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摘要：簡(jiǎn)要總結(jié)了光固化粘合劑及其應(yīng)用的特點(diǎn)、配方設(shè)計(jì)要點(diǎn)、難點(diǎn)和核心性能指標(biāo)；從技術(shù)特色和技術(shù)先進(jìn)性角度提出了一些值得關(guān)注、并有較大市場(chǎng)空間的光固化粘合劑，包括UV壓敏膠、復(fù)合膠、建筑膠、電子膠和光學(xué)膠；分析了提高光固化的官能團(tuán)轉(zhuǎn)化率的重要性以及新原料、新產(chǎn)品開發(fā)方面的一些難題。

關(guān)鍵詞：光固化；粘合劑；光聚合

1 UV粘合劑

光固化粘合劑，簡(jiǎn)稱UV粘合劑，其膠層是采用紫外光照射而固化。與熱固化、濕氣固化等固化方式相比，UV固化有許多獨(dú)特和先進(jìn)之處：

1）快速固化：可在0.01～數(shù)秒的時(shí)間“瞬間”固化。例如，DVD光盤的粘接用閃光曝光固化；

2）單組分：使用時(shí)無(wú)需配膠，打開即用；

3）常溫固化：光固化無(wú)需加熱，低溫也可以固化；

4）節(jié)能：與熱固化相比可節(jié)能90%以上；

5）無(wú)溶劑：光固化材料組分幾乎100%固化，幾乎無(wú)VOC排放。

上述的前3個(gè)特征顯示了UV膠在使用方便的優(yōu)點(diǎn)，使得一些傳統(tǒng)的熱固化粘合劑升級(jí)為光固化粘合劑，并開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，也推動(dòng)UV膠在電子產(chǎn)品生產(chǎn)獲得廣泛應(yīng)用，可通過(guò)程序化控制使光電子元件連續(xù)、高效、自動(dòng)化地粘接、定位。在現(xiàn)代先進(jìn)光電子器件、觸摸屏器件、智能手機(jī)等電子產(chǎn)品中，UV膠成為必用品和必用技術(shù)。

近年來(lái)我國(guó)在光固化材料領(lǐng)域發(fā)展速度非?？?，UV固化涂料已廣泛應(yīng)用于日常生活的各個(gè)方面，包括建筑裝飾、包裝和印刷、手機(jī)以及電器等的保護(hù)和裝飾等用途；UV粘合劑也在各個(gè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，尤其是需要快速、高效裝配的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，例如照相機(jī)、光盤、手機(jī)按鍵、磁電機(jī)的裝配、印刷線路板、偏光部件以及LCD模組、智能手機(jī)、觸摸屏器件等光電信息產(chǎn)品的制造；在日用品領(lǐng)域，UV 膠，俗稱“無(wú)影膠”廣泛用于玻璃家具和玻璃工藝品、燈具、玩具、鐘表、圖（像）片保護(hù)等，已經(jīng)是粘合劑的一個(gè)品種。

2 UV粘合劑的設(shè)計(jì)

UV膠由光敏劑、樹脂和單體為主要成分構(gòu)成，光敏劑吸收光能而激活，并分解出高活性物種，引發(fā)樹脂和單體的聚合官能團(tuán)發(fā)生聚合反應(yīng)，使得粘合劑固化并產(chǎn)生強(qiáng)的粘合力。按照聚合反應(yīng)的類型UV膠分為自由基型和陽(yáng)離子型，前者的單體和樹脂含丙烯酸酯基團(tuán)、后者主要是環(huán)氧基團(tuán)。2種聚合反應(yīng)的差異主要在于：自由基聚合反應(yīng)速度快，但體積收縮大，空氣有嚴(yán)重的聚合抑制作用；后者聚合體積收縮小，空氣無(wú)影響，但聚合速度稍慢，反應(yīng)對(duì)水汽敏感，而且陽(yáng)離子引發(fā)劑分解的酸可能對(duì)一些粘接材質(zhì)有腐蝕作用。總體來(lái)說(shuō)，自由基型粘合劑的原料來(lái)源更多，成本更低。

不同于UV涂料單面附著，以裝飾和保護(hù)功能為主，UV膠則是要使2個(gè)界面牢固地聯(lián)接，性能和配方設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)不同。UV膠的性能設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)的粘合劑有很多相同，要考慮的因素包括：

1）性能要求：粘接件的用途、使用環(huán)境、溫度范圍、電性能、光學(xué)性能、健康指標(biāo)；

2）粘接材質(zhì)，特別是表面特性：塑料、金屬、皮革、薄膜、光滑性、多孔性、結(jié)晶或非晶性等；

3）粘接工藝：固化方式和速度、光源、施膠方式、黏度；粘接件的用途決定了粘合劑的性能要求：結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)調(diào)粘接強(qiáng)度、穩(wěn)定性；電子膠要兼顧粘接力、電性能、固化速度；光學(xué)膠需要特定的光學(xué)指標(biāo)，包括透明性、折射率、黃變性和高低溫穩(wěn)定性等；無(wú)影膠的重要性能是粘接力、環(huán)境穩(wěn)定性、顏色。粘接力是所有粘合劑的第一評(píng)價(jià)指標(biāo)，它受粘接材質(zhì)和固化工藝影響，非極性、低表面能、光滑、結(jié)晶性基材通常難粘接；基材的透光性影響光固化的速度、程度和深度，一些透明的塑料基材，可能含有光穩(wěn)定劑而對(duì)紫外光有屏蔽，需要選用光引發(fā)劑以避開穩(wěn)定劑的吸收峰。

設(shè)計(jì)UV粘合劑時(shí)也需要考慮使用工藝的要求，電腦控制的點(diǎn)膠和印刷涂布施膠對(duì)UV膠的黏度、感光特性和光活性差別很大；用于玻璃家具和玻璃工藝品的無(wú)影膠在陰天也可以自然光固化，無(wú)需UV燈。光纖耦合UV膠則用很弱的熒光燈固化。這些要求都是UV粘合劑設(shè)計(jì)的邊界條件，要通過(guò)UV樹脂、單體以及光敏劑的組合才能滿足這些條件。

3 UV粘合劑的機(jī)遇

UV粘合劑大致可以分為有基材（膠帶、雙面膠），和無(wú)基材（液態(tài)膠水）的2大類，后者使用時(shí)UV光照射固化，前者UV光照射可以增加或減低粘接性，UV減粘膠帶作為臨時(shí)保護(hù)或臨時(shí)定位，在微電子、光電子器件，例如晶片、觸摸屏玻璃加工業(yè)有很大的需求。

3.1 壓敏膠（PSA）

PSA目前都是經(jīng)過(guò)溶液涂布、干燥和化學(xué)反應(yīng)制得，超過(guò)60%的溶劑要揮發(fā)、燃燒掉，排放高、生產(chǎn)過(guò)程長(zhǎng)、效率低，產(chǎn)品中還可能殘留溶劑等有害化學(xué)品。用UV固化方式生產(chǎn)PSA，將無(wú)溶劑的液態(tài)成分涂布在基材上后，用UV光照射進(jìn)行光聚合就制成，無(wú)需熱烘道，生產(chǎn)線簡(jiǎn)化，生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保，幾乎零排放，生產(chǎn)效率也大大提高。

PSA 的產(chǎn)品形式多樣，從裝飾膜、各種保護(hù)膜到工程結(jié)構(gòu)膠帶，用途非常廣，在廣告板、電子產(chǎn)品到高端包裝盒中都要用到。

3.2 復(fù)合膠

食品、飲料和一些生物醫(yī)藥制品需要高阻隔軟包裝，包裝材料的阻隔性決定和影響可食用的時(shí)間。高阻隔包裝材料由塑料薄膜與紙張、金屬膜復(fù)合制成，具有強(qiáng)度高、隔氧和隔水性好、安全衛(wèi)生無(wú)毒、適應(yīng)印刷的特點(diǎn)，能耐凍和耐120 ℃高溫。目前軟包裝行業(yè)的復(fù)合膠幾乎都是溶劑型粘合劑，溶劑的質(zhì)量＞70%，復(fù)合過(guò)程經(jīng)由涂布、溶劑揮發(fā)、復(fù)合、存放和熟化的工藝步驟，除了易燃、易爆，排放高、生產(chǎn)過(guò)程長(zhǎng)、效率低，復(fù)合膜中還殘留有溶劑。每到精美包裝需求旺盛、交貨急的節(jié)日時(shí)段，許多復(fù)合包裝膜并沒(méi)有充分反應(yīng)和徹底揮發(fā)干凈溶劑就交付使用，殘留的溶劑和未反應(yīng)完全的化學(xué)物質(zhì)可能滲透、污染食品，這是目前仍有不少醫(yī)藥和食品包裝物的健康指標(biāo)不達(dá)標(biāo)的一個(gè)主要原因。水性粘合劑雖然無(wú)溶劑，但干燥慢、生產(chǎn)效率低，對(duì)塑料的粘接性能也不理想。用UV粘合劑取代溶劑型粘合劑，不僅復(fù)合膜的生產(chǎn)效率將會(huì)大大提高，由原來(lái)的幾小時(shí)的生產(chǎn)過(guò)程減小到一分鐘就可完成；UV粘合劑不含溶劑，無(wú)揮發(fā)，無(wú)有害殘留物，更可以保證復(fù)合膜達(dá)到食品、醫(yī)藥等包裝材料的健康和衛(wèi)生要求。

3.3 建筑膠

安全玻璃主要采用聚乙烯醇縮丁醛膠片為粘接材料，經(jīng)過(guò)真空脫氣和熱壓的工藝將玻璃片粘接而成，總生產(chǎn)時(shí)間需要約十多個(gè)小時(shí)。采用封邊、灌膠、自然光下存放數(shù)十分鐘完成光聚合的液態(tài)粘貼方式生產(chǎn)夾膠安全玻璃，也已經(jīng)有較長(zhǎng)的時(shí)間，但目前還是非主流產(chǎn)品，主要用在低端安全玻璃市場(chǎng)。液態(tài)粘接方式不能廣泛接受的原因，主要是UV膠的性能還不足，安全性缺乏可信賴的數(shù)據(jù)。UV膠在建筑領(lǐng)域的增長(zhǎng)勢(shì)頭良好，商店廚窗和裝修、彩色玻璃都在使用UV膠。隨著性能的提高，UV建筑膠將有很大的發(fā)展。

近年來(lái)PVC石塑地板的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)得到快速發(fā)展，施工方法是先在施工地面上刮平一層粘合劑，然后將PVC地板粘接上去。PVC塑料地板膠主要可分為水乳型、溶劑型、反應(yīng)型3大類。水乳型膠粘劑以水為分散介質(zhì)，產(chǎn)品無(wú)毒，成本低。但耐水性差，一般經(jīng)水浸泡后，粘接力大幅下降，如水性丙烯酸酯。溶劑型膠粘劑主要是聚醋酸乙烯系和氯丁橡膠系膠粘劑。反應(yīng)型則有聚氨酯系列膠粘劑。這類粘合劑施工后都需要等溶劑揮發(fā)幾個(gè)甚至幾十個(gè)小時(shí)，在此期間施工場(chǎng)所不能使用，若使用光固化粘合劑則不存在這樣的問(wèn)題，可以先將光固化膠涂布在地面上，自流平后用紫外光照使其固化，表面具有粘性，然后將PVC地板鋪上即可立即使用，不僅大大縮短了施工周期，而且整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有溶劑揮發(fā)，不污染室內(nèi)空氣。

3.4 電子膠

電子產(chǎn)品領(lǐng)域已經(jīng)大量使用UV膠，包括排線定位、管腳密封、液晶面板的制備、手機(jī)按鍵等，UV固化粘接是電子產(chǎn)品制造中必用的技術(shù)手段。隨著電子產(chǎn)品的薄層化以及有機(jī)光電子器件、柔性可彎曲顯示器件的出現(xiàn)，適應(yīng)卷對(duì)卷工藝的UV粘合劑有巨大的需求。UV固化的高效、快速、及時(shí)、可控制性的特點(diǎn)將充分顯現(xiàn)。

3.5 光學(xué)膠

觸摸屏目前是UV光學(xué)膠的最大單一應(yīng)用。觸摸屏中的UV光學(xué)膠有3個(gè)功能：粘接、增加透光性和提高抗沖能力，需要滿足嚴(yán)格的性能要求，包括顏色、耐候和環(huán)境穩(wěn)定性、電器性能、光學(xué)性能等。觸摸屏貼合涉及的粘接材質(zhì)主要有：玻璃、ITO導(dǎo)電層、PET、PMMA、PC等。當(dāng)觸摸屏采用藍(lán)寶石用后，為提高透光性將需要更高折射率的UV膠。目前用于觸摸屏的有液態(tài)（LOCA）和固態(tài)的 （ O CA ） 光學(xué)膠，前者用程序控制點(diǎn)膠機(jī)點(diǎn)膠，蓋上玻璃蓋板、流平和充滿后透過(guò)蓋板固化，具有填充性好、施膠方便的優(yōu)點(diǎn)，但需要做溢膠清理；OCA是無(wú)基材的雙面PSA，上下都是離型膜，使用時(shí)先去除輕離型膜進(jìn)行貼合，然后去除重離型膜再與另一粘接面貼合。早先的觸摸屏采用的液態(tài)膠是熱固化，生產(chǎn)過(guò)程長(zhǎng)，效率低，現(xiàn)在已經(jīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)閁V固化膠。目前的OCA還是采用傳統(tǒng)的溶劑型膠經(jīng)過(guò)涂布、干燥、熱交聯(lián)工藝生產(chǎn)，烘道長(zhǎng)，灰塵等引起的瑕疵多。改用UV固化工藝將大大提高生產(chǎn)效率、降低設(shè)備投入和生產(chǎn)成本。圖1 觸摸屏的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 of structure of touch panel

圖1 觸摸屏的結(jié)構(gòu)示意圖

3.6 UV醫(yī)用膠

UV膠在醫(yī)療領(lǐng)域有極大的增長(zhǎng)空間，例如醫(yī)用壓敏膠或膠帶改為UV固化制備，可以形成系列產(chǎn)品，優(yōu)點(diǎn)已如前所述。

3.7 UV粘合劑面臨的挑戰(zhàn)

要適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用需求，UV粘合劑在固化技術(shù)、原材料和開發(fā)新品種方面都面臨諸多挑戰(zhàn)。

在UV固化技術(shù)方面，提高官能團(tuán)以及單體的UV固化轉(zhuǎn)化率，降低固化的體積收縮率，對(duì)于提高UV膠的性能、擴(kuò)展應(yīng)用性能特別重要。殘留的官能團(tuán)會(huì)使得光固化后的粘合劑層的性能逐步變化，比如可能硬化、收縮、破壞粘接層；單體轉(zhuǎn)化不完全，固化物會(huì)產(chǎn)生異味或刺激性氣味，影響UV-PSA的可使用性；固化過(guò)程的體積收縮越小，粘合劑的粘接力越強(qiáng)，界面變形越小，這對(duì)光電子功能器件的粘接非常關(guān)鍵。自由基UV膠的體積收縮一般大于5%，陽(yáng)離子UV膠的體積收縮可以很小，但光產(chǎn)酸劑的分解物對(duì)一些應(yīng)用有影響，同時(shí)原料品種有限，導(dǎo)致陽(yáng)離子UV膠應(yīng)用有限。

開發(fā)基于天然產(chǎn)物以及生物質(zhì)的UV固化樹脂，開發(fā)高分子質(zhì)量、低黏度的UV固化樹脂，制備高折射率的UV固化原材料。天然產(chǎn)物或生物質(zhì)原料的UV固化樹脂，可以完全分解，回歸自然，對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響小，以此開發(fā)UV復(fù)合膠、UV-PSA的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義都很大。UV樹脂通常是分子質(zhì)量在一萬(wàn)以下的齊聚物，高分子質(zhì)量的樹脂黏度大，需要稀釋劑降低黏度，但高分子質(zhì)量的樹脂，即使所帶的官能團(tuán)少也可以快速固化，氧阻聚不明顯，體積收縮小，非常適合高性能UV-PSA；用高分子質(zhì)量、低黏度的UV固化樹脂可以開發(fā)出耐候性好、粘接力強(qiáng)而穩(wěn)定的UV建筑膠，可用于新型安全玻璃、節(jié)能玻璃，有巨大的應(yīng)用市場(chǎng)。目前還沒(méi)有成熟的高分子質(zhì)量、低黏度的UV固化樹脂的制備方法。高折射率的UV固化材料是大功率LED的封裝、藍(lán)寶石光學(xué)器件粘接的關(guān)鍵材料。通常有機(jī)材料的折射率在1.6以下，而且高折射率材料通常帶顏色，耐熱性不好；需要采用有機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合才可能得到顏色淺、折射率高于1.7，耐熱性較好的材料。可以找到一些制備高折射率材料的實(shí)驗(yàn)室方法。

高阻隔性UV膠、光固化異向?qū)щ娔z（UVACF）、高耐水性“無(wú)影膠”、高強(qiáng)度UV復(fù)合膠、UV醫(yī)用膠等新產(chǎn)品和技術(shù)都待開發(fā)。

柔性、可卷曲光電子器件都需要UV膠進(jìn)行粘接和封裝，高透明、高阻隔性封裝膠是關(guān)鍵材料。以性能要求最高的有機(jī)發(fā)光器件（OLED）為例，封裝材料對(duì)氧氣和水的滲透率分別為：H O ＜5×10^-6 g/m²·₂ d，O ＜10^-5 c m³ / m²·d?，F(xiàn)有的有機(jī)材料的氧氣、水₂的滲透率低了4～5個(gè)數(shù)量級(jí)，需要與最近剛出現(xiàn)的厚度僅幾十微米的可卷曲的玻璃復(fù)合，才有望達(dá)到阻隔性能的要求。

異向?qū)щ娔z（ACF）是液晶、等離子等顯示器件的定向?qū)щ姴牧?，在電視機(jī)、電腦、觸摸屏以及智能可穿戴電子產(chǎn)品中用途廣泛，其結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電機(jī)理如圖2所示，圖2中的小元點(diǎn)代表高導(dǎo)電的微球，粒徑小于10 μm，在ACF中的填充量通常小于10%。上圖為包含固化劑、需要低溫保存、預(yù)涂在離型基材上的帶狀A(yù)CF，使用時(shí)去除上下離型層、貼合、熱壓固化；壓合后多余的導(dǎo)電微球被擠到空隙處，留在上下微電極間的微球?qū)娐?，與左右的微球不接觸，導(dǎo)電性被限制在上下方向。熱固化的ACF如果改成UV固化，可以使運(yùn)輸、保存的條件大為寬松，無(wú)需低溫存放的嚴(yán)格要求，固化過(guò)程無(wú)需加熱，粘接后無(wú)熱應(yīng)力殘留，也更高效和快速。由于ACF中的導(dǎo)電粒子含量不多，采用光固化是可能的，但由于在貼合時(shí)電極可能僅部分透光，需要從貼合側(cè)面曝光，固化深度可能需要達(dá)到10 mm級(jí)，有一定的困難，需要新的固化技術(shù)。

圖2 異向?qū)щ娔z（ACF）的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電機(jī)理

“無(wú)影膠”廣泛用于玻璃、鐘表、工藝裝飾工藝品等的粘接和制造，使這些產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程大為簡(jiǎn)化，但目前的"無(wú)影膠"耐水性不夠，比如不能用于魚缸一類玻璃制品的粘接或封邊。對(duì)玻璃一類極性基材，需要極性的官能團(tuán)提供粘接力，但極性的官能團(tuán)親水性高，耐水性不足。需要新的技術(shù)和專用樹脂來(lái)開發(fā)對(duì)玻璃的呈高粘接力的高耐水性“無(wú)影膠”。聚酯膜PET的光學(xué)性能好，強(qiáng)度高，阻隔紅外線的PET防曝膜技術(shù)也成熟，如果有高強(qiáng)度的PET膠，可以形成一系列產(chǎn)品，例如新的建筑節(jié)能安全玻璃、安全玻璃膜，采用UV固化的方式生產(chǎn)。目前的防曝膜對(duì)玻璃的粘接力尚可，但還達(dá)不到安全玻璃的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和耐水等的要求，而現(xiàn)有的UV-PSA膠殘留氣味大，需要用新樹脂和新方法開發(fā)高性能的UV-PSA。

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)有巨大的制造業(yè)和產(chǎn)品市場(chǎng)，但目前先進(jìn)技術(shù)主要依靠外面輸入，與先進(jìn)制造配套的材料也是靠進(jìn)口，這種狀況正在改變。雖然我國(guó)的粘合劑企業(yè)成規(guī)模的不多，但多年的按訂單制造，仿制和改進(jìn)實(shí)踐，還是積淀了技術(shù)，也形成了不少有一定創(chuàng)新能力的公司。“無(wú)影膠”就是我們逐漸優(yōu)化成形的產(chǎn)品，我們也開發(fā)了UV光學(xué)膠。市場(chǎng)需求就是最有效的推動(dòng)力，未來(lái)幾年我國(guó)UV膠產(chǎn)品和技術(shù)將有非常大的進(jìn)步。更多濾芯膠請(qǐng)?jiān)L問(wèn)m.jbmtpc.com