光固化胶粘剂的研究进展

苏凡荻(山东省莱芜第一中学，上冻 莱芜 271100)

光固化胶粘剂的研究进展

苏凡荻(山东省莱芜第一中学，上冻 莱芜 271100)

紫外光（UV）固化胶粘剂是发展迅速的绿色精细化工产品。本文从光引发剂、预聚物和活性稀释剂3方面介绍了UV光固化胶粘剂的最新研究进展，以及UV固化胶粘剂在医疗、电子电器、汽车等方面的应用。展望了UV固化胶粘剂的研究与发展方向。

紫外光固化；胶粘剂；应用

波长200～400 nm的紫外光（UV）固化胶粘剂和波长400～500 nm的可见光固化胶粘剂是光固化胶粘剂（以下简称光固胶）主要的两种。UV光固化就是用一定的波长范围和强光的紫外线照射原理，造成光引发剂的分解，成为阳离子和自由基，进一步造成不饱和的有机化合物产生聚合反应，最终生成具有交联结构的固化物体。

自从1960年国外媒体首次公开报道UV光固胶至今，该胶的应用领域正在以超乎人们想象的速度增长，尤其是在如今快速发展的许多高新技术领域，最典型的就是LCD（液晶显示器）制造业，还有照相机等光学产品制造业和光盘制造业，主要集中于信息产业。UV光固胶在日用品领域的应用主要是在玻璃制品行业，包括家具、工艺品、装饰品和玩具等。传统产业如磁电机的装配中也使用UV光固胶。

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。本文基于近几年来紫外光固化胶粘剂的研究现状入手，进而针对未来这种材料的发展前景作出展望。

1 UV光固化胶粘剂

1.1 UV光引发剂

光固胶中最重要的成分之一就是光引发剂，但引发剂的选取需要注意广元的发射光谱和其吸收光谱要一致。在UV光源的光谱范围内光活性要高一点，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。另外，为了提高光固化速度可使用复合光敏引发剂。

光引发剂主要是影响固化速度和固化程度。C.Decker等和Zbigniew Czech等都对光引发剂的影响进行了探讨。Xinyan Xiao等以双酚A环氧树脂为基体，丙烯酸和马来酸酐为改性剂合成了一种新型的水性环氧丙烯酸酯，外加纳米硅溶胶（溶胶凝胶法），制备了UV光固化水性环氧丙烯酸/硅溶胶杂化材料。进行了光引发剂含量对固化体系固化时间的影响程度试验，结果表明，固化程度最高可达88%，光引发剂的最佳用量为3.5%，固化时间为40 s，而且纳米硅溶胶的加入改善了水性环氧丙烯酸酯热稳定性。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。唐铭等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，而利用二者的混合体系效果较好。

1.2 预聚体

1.2.1 丙烯酸酯体系

UV胶粘剂目前大部分仍然是丙烯酸酯型，其固化机理是自由基聚合。Shi制造了功能端基超支化聚合物，主要的原料就是由偏苯三酸酐和季戊四醇组成，然后用甲基丙烯酸缩水甘油酯或甲基丙烯酸酐改性得到的超支化不饱和树脂，在这过程中可以使用UV光固化作为涂料。丙烯酸酯光固胶在固化过程中收缩率较大，会使构件中产生内应力，影响粘接强度。J.H. Moon等研究了交联聚氨酯-丙烯酸酯和填料组成的UV光固胶，这种方式产生的物质可以控制固化速度，摆脱潮湿和高温环境的制约。

1.2.2 环氧体系

C.Esposito Corcione等通过阳离子聚合制备了勃姆石脂环族环氧树脂复合材料，并对其反应动力学进行了研究。所得到的产物随着勃姆石纳米填料的增加，Tg略有下降，表明交联密度有所降低。环氧预聚物有易变黄、黏度高等缺点；聚氨酯树脂化学稳定性好、柔韧性好、黏度较低。王云等将环氧型和聚氨酯型预聚物、活性稀释剂搅拌均匀，加入增稠剂、填料等助剂，待完全溶解后，加入一种或多种光引发剂，制成的光固胶，固化快、强度高。

1.2.3 混合型

混合型UV胶粘剂是自由基型和阳离子型的混合体系，通常是丙烯酸酯和环氧化合物混合物，兼具二者的优点。这种UV固化体系引发效率高，还可减少体积收缩，同时在其他性能方面也具有很好的协同效应。

Biwu Huang利用己二醇二缩水甘油醚和丙烯酸为原料，产生了一种新的UV光固化预聚物，这种新产物虽然黏度比较低，但是弹性却十分好，数据表明：弹性模量为871.88 MPa，断裂伸长率为6.77%。王云等人通过实验研究分析，发现只要是单一的光引发剂，不管酰基磷酮类，还是羟基酮、安息香类，UV光都能将其引发聚合，存在区别的就是在最终强度和定位时间方面。

1.2.4 聚氧酯型

聚氨酯丙烯酸酯(PUA)分子结构中含有氨基甲酸酯键和丙烯酸官能团,固化后的材料兼具聚氨酯的高耐磨性、粘附力、柔韧性和优良的低温性能以及聚丙烯酸酯卓越的光学性能和耐候性能,综合性能优异。

溶剂型PU虽然具有性能优势，但有机溶剂不但会造成空气污染，还有一定的毒性。水性聚氨酯引发剂不含有机溶剂，是环境友好产品，已广泛应用在许多领域。但PU胶膜的机械强度和刚度较差。改善水性聚氨酯性能的有效方法之一是加入无机纳米填料，如纳米二氧化硅、粘土碳纳米管、纤维素纳米晶等等。Zhang用硅溶胶通过原位合成制备了水性UV光固化聚氨酯/SiO2纳米复合材料。纳米二氧化硅在聚氨酯中分散均匀，聚氨酯的软段和硬段混合也十分均匀，在DMA分析中表现出单一的δ峰值。Zhang Tong等对一系列的水性聚氨酯-丙烯酸酯（WPUA）UV光固胶进行了研究，并提出了新的合成方法。

1.3 活性稀释剂

辐射固化胶中的单体的另一个名称是活性稀释剂，它发挥的主要功能是调节粘度，使其能够参加聚合反应。一般应选用气味、刺激性、挥发性低的活性稀释剂。郑嘉咏以丙烯酸羟乙酯、聚酯多元醇和二异氰酸酯为原料，合成了聚氨酯丙烯酸预聚体并配制UV光固胶。试验结果表明，在活性稀释单体质量分数处于20%～25%之间时，得到的粘结强度质量比较好。罗晔研究了活性稀释剂的添加量对固化速度的影响，实验采用N-乙烯吡咯烷酮（NVP，单官能团）和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA，多官能团）为活性稀释剂，研究了稀释剂的用量与固化速度的关系。发现当NVP和TMPTA的用量都为2.0g时固化时间最短。

2 光固胶的应用

2.1 医学领域

由于光固化时间的有限性，使得UV光固胶在医学领域的应用范围得到推广。例如光固胶对蛋白质的捕获能力相当强，进而将其固定在固体表面进行免疫检测。还有利用UV光固胶可以将注射器与皮下注射针头相连接，此外子啊医用过滤嘴和导尿管方面也存在着普遍应用，在医学领域的使用量逐年递增。

2.2 电子电器

UV光固胶可以作为液晶显示器制作的一种重要材料，目前在LCD产业中发挥着重要作用。郑嘉咏从聚氨酯丙烯酸酯预聚体的合成角度入手，对UV光固胶进行配置，分析了不同组分对LCD液晶灌注口及金属管脚粘接性能影响。结果是UV光固胶具有高强度的粘合作用，具有极好的耐候性能，是LCD的性能最佳选择。利用UV光固化树脂可制备嵌入式电极。在压印光刻技术领域，UV光压印光刻技术能使分辨率达到一个更高的水平，而且成本还不会增加。UV光固胶在线圈导线端子和零部件的固定，印刷电路板上集成电路块的粘接等方面也得到了应用。

2.3 汽车领域

基于UV光固化涂料本身的特性，广泛应用于汽车维修和补漆市场，传统材料耗费时间而固话涂层只需要几分钟，固化漆膜还具有耐溶剂型。在汽车的车灯配置和倒车镜方面会使用此方法进行连接，燃油喷射系统和方向盘生产也经常使用UV光固胶。

3 结语

为了普及光固化的这种技术，同时研发出高感知度和低能源消耗的的物质，这种物质能对长波的存在比较敏感，这是一个值得仔细研究的问题。此外，光固化胶粘剂固化过程中也存在着一系列问题，包括固化的深度受到限制和不透明材料的应用比较困难等问题。因此，对新型引发剂和固化方式的研究就显得格外重要，研究要致力于高性能、环保型方面发展。