紫外光固化胶黏剂使用适当的波长和光强的紫外光照射,使光引发剂迅速分解成自由基或阳离子,进而引发不饱和有机化合物发生聚合反应,最终生产交联结构的固化产物。
一、 UV胶有以下特点:
(1)固化时间短,一般几十秒内即可固化;
(2)粘接范围广,可粘接金属、玻璃、塑料等各种材料,也可进行结构材料的粘接;
(3)环保、安全,适用于高速自动化生产,因而在需要快速装配的高技术产业领域得到广泛应用。
UV胶看似高大上、颇有神秘感,当了解以下几点,你也就不会大惊小怪了。
二、UV光固胶主要由光引发剂、光敏树脂(预聚体)和活性稀释剂组成。
1、 UV光引发剂
光引发剂是光固胶组成中最重要的成分。选用光引发剂时应注意其吸收光谱与光源的发射光谱相匹配,在UV光源的光谱范围内光活性要高,具有较高的活性体(自由基或阳离子)量子效率,在齐聚体和单体中有良好的溶解性和反应活性。引发剂的添加量越大,固化速度越快,但也导致交联密度降低,影响粘接性能。
一般,单一的引发剂引发能力有限,而利用混合型的引发剂体系可以达到更好的效果。将安息香乙醚和二苯甲酮混合为光引发剂,制备了环氧丙烯酸酯体系的UV光固化涂料。实验发现单独使用安息香乙醚和二苯甲酮中的任何一种光引发剂,其固化速度都不能令人满意,而利用两者的混合体系效果较好。
2 、光敏树脂(预聚体)
光敏树脂(相对分子质量1000~5000),是胶黏剂的基体成分,占比在 40%~80% ,其种类及含量决定了胶粘剂固化后的粘接强度、柔韧性、硬度、耐介质性和耐老化等性能,含量过低导致粘接强度不高并且收缩率较大,含量过高则会导致体系粘度升高,流动性变差。
紫外光固化预聚物通常是聚丙烯酸酯类,分为聚酯丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和环氧聚丙烯酸酯,其中聚酯和聚氨酯丙烯酸酯类预聚物采用自由基型紫外光固化剂固化,环氧聚丙烯酸酯类采用阳离子型引发剂固化。
2.1 聚酯丙烯酸酯
聚酯丙酸酯是目前市场上广泛应用的紫外光固化胶粘剂预聚物,由丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯等共聚而成,采用自由基型光引发剂固化,固化产物具有较好的弹性、粘合性。
实验结果发现: 羟羧比在1.2左右时,粘度和附着力同时达到最大值,这是因为聚合物表面具有大量羟基、羧基,大分子链之间及大分子链与基材表面之间都易形成氢键,增大了粘度和附着力。为获得高粘度、粘结性 好的预聚物,羟基的相对含量应稍微过量。
2.2 聚氨酯丙烯酸酯
聚氨酯丙烯酸酯(PUA) ,又称聚丙烯酸氨基甲酸酯,由两个大分子二元醇或多元醇的含端羟基预聚物分别与二异氰酸酯、丙烯羟乙酯反应制得。PUA 分子的结构与其自身的性能有着密切的联系。PUA 分子中含有三种结构的链段,分别是氨基甲酸酯官能团嵌段、多元醇形成的主链和由丙烯酸羟烷酯基形成的端链[10]。这些官能团结构决定了PUA既有聚氨酯高强的耐磨性、抗老化性,又有聚丙烯酸酯良好的耐候性。同时,多元 醇形成的主链含有 C-O-C 键,降低了交联体系三维网状结构的刚性,宏观上PUA展现出高韧性。然而,PUA也存在较大的缺陷,比如机械强度和刚度较差。
2.3 环氧聚丙烯酸酯
环氧聚丙烯酸酯(EA) 是由丙烯酸或含羟基的丙烯酸酯与环氧树脂发生亲核开环反应制得。EA较聚酯丙烯酸酯和PUA而言,具有固化速度快、硬度大、耐化学性极好的优点,但EA预聚物粘度较高,交联后抗黄变性差、柔韧性不佳。粘度高是由于大分子链上丙烯酯基的 β 位上有裸露的羟基,易形成偶极-偶极作用力或分子间氢键,导致基体流动阻力变大。
目前,EA 的主要类型有双酚型环氧丙烯酸酯、酚醛环氧丙烯酸酯、环氧 化油丙烯酸酯等。其中最常用的的是双酚型环氧丙烯酸酯,在 实际应用中,根据不同性能要求和使用场合的特殊性对其进行 改性处理。
除上述三类主要预聚物之外,也经常使用其它类型的预聚物,例如: 聚醚丙烯酸酯、有机硅丙烯酸酯和超支化预聚物等。
3、 稀释剂
在紫外光固化胶黏剂中加入稀释剂能够有效调节体系浓度,增大交联度,获得较好的使用性能。一般应选用气味、刺激性、挥发性低的活性稀释剂。
稀释剂按其作用机理, 可分为活性稀释剂和非活性稀释剂两类:非活性稀释剂往往充当有机溶剂使用,提升胶黏剂的流变性能,其含量一般不超 过5%~10%,如果含量过多会降低胶接强度;活性稀释剂多为烯类单体,按官能度多少可分为单官能度单体、二官能度单体和多官能度单体。
一方面,活性单体充当溶剂使用,降低体系粘度; 另一方面,单体参与预聚物固化反应,其官能度和添加量决定了胶黏剂的交联程度、粘接性能等。选用此类稀释剂的时候,要保证活性单体与预聚物的聚合活性相近,防止单体均聚,降低交联程度,只起到类似增塑剂的效果。常见的单官能团活性单体有苯乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯酸丁酯等,多官能团单体有 TPG-DA、HDDA等,单体官能度越大,交联程度越高,体系粘度越大。
研究发现固化体系粘度随稀释剂官能度、相对分子量的增大而不断提高; 稀释剂分子中柔顺性基团越多,链段运动越容易,导致胶黏剂韧性越强,硬度越小; 多官能团稀释剂提高交联密度,导致收缩率增大,稀释剂单体的结构决定了胶黏剂的使用性能。
UV胶的成分当然还有其它,但以上三个成分是必然含有的,共同决定了UV胶的基本性能。配方看似简单,其实也不简单,需要多学多做多经历,才能成为真正的UV胶大神。
来源:胶界
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