紫外光固化技術(shù)基本知識(shí)及UV膠的應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上紫外光固化技術(shù)基本知識(shí)及UV膠的應(yīng)用 【摘要】 紫外光固化是輻射固化的一類，輻射固化是利用電磁輻射，如紫外線（UV）或電子束（EB）照射涂層，產(chǎn)生輻射聚合、輻射交聯(lián)和輻射接技等反應(yīng)。迅速將低分子量物質(zhì)轉(zhuǎn)變成高分子量產(chǎn)物的化學(xué)過(guò)程，固化是直接在不加熱的底材上進(jìn)行的，體系中不含溶劑或含極少量溶劑，輻照后液膜幾乎100%固化，因而VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）排放量很低。因此，自60年代末以來(lái)，這一技術(shù)在國(guó)際上得到飛速發(fā)展，其產(chǎn)品在許多行業(yè)都得到廣泛應(yīng)用。 一、概述： 紫外光固化是輻射固化的一類，輻射固化是利用電磁輻射，如紫外線（UV）或電子束（EB）照射涂層，產(chǎn)生輻射聚合、輻

2、射交聯(lián)和輻射接技等反應(yīng)。迅速將低分子量物質(zhì)轉(zhuǎn)變成高分子量產(chǎn)物的化學(xué)過(guò)程，固化是直接在不加熱的底材上進(jìn)行的，體系中不含溶劑或含極少量溶劑，輻照后液膜幾乎100%固化，因而VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）排放量很低。因此，自60年代末以來(lái)，這一技術(shù)在國(guó)際上得到飛速發(fā)展，其產(chǎn)品在許多行業(yè)都得到廣泛應(yīng)用。、分類： 輻射固化按應(yīng)用可分為輻射固化膠粘劑、輻射固化涂料、輻射固化油墨。按所用的輻射源可分為紫外（UV）光固化、電子束（EB）固化、可見(jiàn)光固化。如下圖（1）、（2）。2、紫外光基本知識(shí)： 紫外線（簡(jiǎn)稱UV）是屬于電磁波輻射的一段，電磁波譜包括無(wú)線電波、紅處線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、射線，波長(zhǎng)范圍從10-

3、14米至106米，如圖所示。紫外線只其中很窄的一段，波長(zhǎng)范圍為10400nm（nm：納米，1nm=10-9 m）可劃分為長(zhǎng)波紫外線（UVA）、中波紫外（UVB）、短波紫外線（UVC）、超短波紫外線。波長(zhǎng)越短，能量越強(qiáng)，穿透能力越弱。 長(zhǎng)波UVA，波長(zhǎng)介于320400nm，具有較強(qiáng)的穿透能力，能穿透玻璃，這一波段的紫外線能量與多數(shù)化學(xué)鍵能相當(dāng)，容易引光化學(xué)反應(yīng)，通常用于光固化的即是UVA。 中波UVB，波長(zhǎng)介于280320，穿透力較弱，玻璃對(duì)它有強(qiáng)烈的吸收。太陽(yáng)光中含有豐富的UVA和UVB。 短波UVC，波長(zhǎng)介于200280nm，臭氧層對(duì)它有強(qiáng)烈的吸收，所以太陽(yáng)光中UVC在到地面之前就被臭氧層吸

4、收了，UVC對(duì)生物體就很強(qiáng)的破壞作用，可殺死細(xì)菌、病毒，因此常用于消毒。 紫外線會(huì)損害皮膚和眼睛，UVA會(huì)使皮膚變黑、松馳、皺紋；UVB會(huì)產(chǎn)生急性皮炎（即曬傷）等癥，皮膚會(huì)變紅、發(fā)痛，長(zhǎng)期照射還容易導(dǎo)致皮膚癌變，因此在進(jìn)行光固化作業(yè)時(shí)，應(yīng)注意防護(hù)： （1）、固化機(jī)應(yīng)有適當(dāng)屏敝裝備，紫外光不易透出； （2）、適當(dāng)?shù)膫€(gè)人防護(hù)，穿長(zhǎng)袖衣服、布工作手套，戴防紫外線眼鏡、面罩，不要直視燈具。 （3）、注意環(huán)境通風(fēng)，以防臭氧積聚。 一般而言，也不必太過(guò)擔(dān)心，因設(shè)備制造商在設(shè)計(jì)時(shí)一般都把保護(hù)裝備考慮在內(nèi)，只要按規(guī)定操作沒(méi)事的。3、 輻射固化的特點(diǎn)：輻射固化的優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)需混合的單組分體系，使用方便；（2）

5、固化速度快，幾秒至幾十秒即可完成固化，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)線，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；（3）固化溫度低，節(jié)省能源，室溫即可固化，可用于不宜高溫固化的材料，紫外光固化所消耗的能量與熱固化樹(shù)脂相比可節(jié)約能耗90%；（4）無(wú)污染，可采用低揮發(fā)性單體和齊聚物，不使用溶劑，100%固化，故基本上無(wú)大氣污染，也沒(méi)有廢水污染問(wèn)題；（5）性能優(yōu)良，耐磨、抗溶劑、搞沖擊、強(qiáng)度高。輻射固化的缺點(diǎn)：（1）設(shè)備投資較大，特別是電子束固化設(shè)備，輻射固化膠粘劑的價(jià)格高于常規(guī)膠粘劑的價(jià)格，這都分可由能耗低，生產(chǎn)效率高得到補(bǔ)償；（2）由于紫外光穿透力較弱，固化深度有限，因而可固化產(chǎn)品的幾何形狀受到限制，不透光的部位及紫外光照射不到的死角

6、不易固化；（3）紫外光能產(chǎn)生臭氧，需要排風(fēng)系統(tǒng)。二、固化機(jī)理：UV光固化體系分為自由基體系和陽(yáng)離子體系，兩者固化機(jī)理成分都有所不同。自由基體系是由光引發(fā)劑受UV照射激發(fā)產(chǎn)生自由基，引發(fā)單體和預(yù)聚物聚合交聯(lián)；陽(yáng)離子體系是由陽(yáng)離子光引發(fā)劑受輻射產(chǎn)生強(qiáng)質(zhì)子酸，催化加成聚合，使樹(shù)脂固化，下面以自由基體系為例說(shuō)明：UV自由基固化經(jīng)過(guò)以下步驟：（1）自由基光引發(fā)劑受到UV照射后，激發(fā)分解產(chǎn)生自由基：（2）鏈引發(fā)：引發(fā)劑產(chǎn)生的自由基引發(fā)樹(shù)脂和單體分子的不飽和雙鍵產(chǎn)生新的自由基。（3）鏈增長(zhǎng)：由樹(shù)脂和單體產(chǎn)生的自由基可以繼續(xù)引發(fā)樹(shù)脂和單體分子中的不飽和雙鍵產(chǎn)生自由基，進(jìn)行自由基連鎖反應(yīng)。（4）鏈終止：化學(xué)反應(yīng)

7、中，由于自由基含有未偶化電子，非常活潑，極易傾向于基他自由基偶合或發(fā)生酸化作用，使鏈反應(yīng)終止。上述反應(yīng)結(jié)果，生成高分子化合物，使膠液轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。三、紫外光固化膠的組成1、預(yù)聚物預(yù)聚物是UV光固化膠的骨架，它是具有反應(yīng)活性的低分子聚合物，預(yù)聚物的主要功能是提供膠層的關(guān)鍵性能，例如：粘度、抗張強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、硬度和柔順性等。在光固化自由基體系中使用的預(yù)聚物是一些含雙鍵的不飽和聚合物，主要有：聚丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、不飽和聚酯、聚烯烴/硫醇等，其中環(huán)氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯反應(yīng)活性高、原料豐富、品種多、價(jià)格適中，所以用量最多。2、 單體輻射固化組分中單體又叫活性稀釋劑，其主要作用

8、是調(diào)節(jié)粘度和參加聚合反應(yīng)。單體按官能度的多少可分為單官能單體、二官能單體及多官能單體，單官能單體固化生成線型聚合物，它有利于提高膠層的柔韌性和附著；二官能和多官能單體不僅起反應(yīng)性稀釋劑的作用，而且起交聯(lián)劑的作用，它們對(duì)膠層的硬度、韌性和強(qiáng)度有重要影響。增加單體的官能度可加速固化過(guò)程，為適應(yīng)生產(chǎn)具有良好性能的粘合劑，常使用單官能、二官能和多官能的混合物。 自由基固化體系所用的單體主要有于（甲基）丙烯酸酯類、乙烯基類和乙烯基醚類等，如苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸異冰片酯、二縮三丙二醇二丙烯酸酯、已二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯等。應(yīng)用這些單體除了考慮粘合的性能，成本等因素外，還

9、要考慮刺激性和毒性，一些刺激性和毒性較大的品種逐漸被淘汰，更多刺激性和毒性低的品種被開(kāi)發(fā)出來(lái)并用于工業(yè)生產(chǎn)。陽(yáng)離子固化體系所用的預(yù)聚物和單體與環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑相類似。3、 光引發(fā)劑 光引發(fā)劑是任何UV固化體系都需要的主要組分之一，對(duì)UV固化體系的靈敏度（固化速率）起決定作用。光引發(fā)劑有自由基光引發(fā)劑和陽(yáng)離子光引發(fā)劑，分別應(yīng)用于自由基體系和陽(yáng)離子體系。自由基引發(fā)劑常用的有羰基化合物、偶氮化合物、有機(jī)硫化物、氧化還原物質(zhì)、鹵素化合物、有機(jī)金屬化合物、增咸染料等。應(yīng)用較廣泛且效果較好的是羰基化合物，主要有聯(lián)苯甲酰、二苯甲酮、安息香及其醚化合物如安息香乙醚、安息香丁醚等。 陽(yáng)離子光引發(fā)劑品種少且價(jià)格高，

10、所以一直以來(lái)陽(yáng)離子固化體系發(fā)展緩慢，所占的份額低。目前應(yīng)用的種類有二芳基碘鹽，三芳基硫鹽和芳茂鐵鹽等。 與自由基光固化體系相比，陽(yáng)離子光固化體系具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）固化時(shí)體積收縮小，附著力強(qiáng)； （2）不被氧氣所阻聚，在空氣氛圍中可獲得快速而完全的固化； （3）固化反應(yīng)不易終止，適用于厚膜和色漆的固化。表1列出了陽(yáng)離子固化體系與自由基固化體系的簡(jiǎn)單對(duì)比。表陽(yáng)離子固化與自由基固化體系的比較指標(biāo)自由基固化體系陽(yáng)離子固化體系樹(shù)脂丙烯酸酯樹(shù)脂、不飽和樹(shù)脂、聚酯、聚烯烴硫醇等環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基醚樹(shù)脂單體丙烯酸酯、乙烯基化合物等脂環(huán)族環(huán)氧化合物、乙烯基醚（）引發(fā)劑自由基陽(yáng)離子（超強(qiáng)酸）固化速度快對(duì)：中等；對(duì)：

11、快后固化可忽略強(qiáng)對(duì)氧的敏感性強(qiáng)無(wú)對(duì)堿的敏感性無(wú)強(qiáng)對(duì)潮氣的敏感性無(wú)強(qiáng)氣味高低價(jià)格低高固化膜特性收縮率高，附著力差收縮率低，附著力好總之，盡管由于開(kāi)發(fā)時(shí)間短，以及價(jià)格等因素，陽(yáng)離子光引發(fā)體系目前僅占整個(gè)UV固化市場(chǎng)約5%，但鑒于上述較之自由基固化體系的優(yōu)點(diǎn)，將是一類大有前途的光引發(fā)體系。由于基礎(chǔ)研究和開(kāi)發(fā)的時(shí)間較短，因此尚有很多不夠完善的地方。例如，研究出能夠更多地吸收，或吸收更長(zhǎng)波長(zhǎng)的陽(yáng)離子引發(fā)劑使之免受顏料的影響，這可能就是今后在該領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向。、其它助劑 其它助劑有穩(wěn)定劑、附著力增強(qiáng)劑、顏料色素、觸變劑等，種類和要求大體上與一般丙烯酸粘合劑相同。唯獨(dú)顏料和色素的使用需注意對(duì)紫外線的吸收

12、和散射，可能會(huì)影響固化速度和固化深度。四、固化裝置 用于UV膠固化的輻射裝置通稱光固化機(jī)，可分為履帶式、箱式、點(diǎn)光源系列。它的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，主要由光源、反射器、冷卻系統(tǒng)（風(fēng)冷或水冷）和傳動(dòng)裝置（傳送帶）組成。 紫外線由紫外燈產(chǎn)生，常用的紫外燈源有低壓汞燈、中壓汞燈、高壓汞燈、氙燈、金屬鹵化物燈以及最新式的無(wú)極燈。其中中壓汞燈相對(duì)便宜、易于安裝和維護(hù)，且在此340380nm范圍波長(zhǎng)的強(qiáng)烈輻射峰，正好落在許多光引發(fā)體系的吸收譜。因此中壓汞燈獲得廣泛的應(yīng)用。五、紫外光固化膠粘劑的應(yīng)用 自1960年，國(guó)外報(bào)道了UV光固化膠粘劑以來(lái)，人們對(duì)其進(jìn)行了大量的研究并取得了令人矚目的成就。如今UV膠已在許多工業(yè)

13、裝配領(lǐng)域成功應(yīng)用，尤其是需要快速裝配的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，例如LCD制造業(yè)、照相機(jī)等光學(xué)產(chǎn)品制造業(yè)、光盤制造業(yè)（CD、VCD、DVD、DVD一R）、手表制造業(yè)、蜂鳴器、手機(jī)按鍵的裝配、電子線路板的制造、偏光部件的制造等光電信息產(chǎn)業(yè)的電子部件制造。在日用品領(lǐng)域，例如玻璃家具的制造、玻璃工藝品的組裝、玩具、珠寶等裝飾品的組裝上也普遍使用UV膠。甚至傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)也在大量使用UV膠進(jìn)行裝配，例如磁電機(jī)的裝配?？色@得快速、高效的生產(chǎn)效率。 隨著科技人員不斷的研究進(jìn)取，UV膠的一些缺點(diǎn)得到了克服，應(yīng)用領(lǐng)域得到擴(kuò)展。例如，應(yīng)用新型的光引發(fā)劑可使固化波長(zhǎng)向可見(jiàn)光方向擴(kuò)展，可用可見(jiàn)光固化；應(yīng)用高效的光引發(fā)劑可用于有色或

14、含填料體系的粘接，可在透光率低至0.0120%的基體之間的粘合。又如，將UV固化技術(shù)和厭氧固化、熱固化技術(shù)相結(jié)合制造出雙重固化的產(chǎn)品，它不僅能對(duì)透光部分進(jìn)行光固化，非透光部分也可進(jìn)行厭氧或熱固化。 表、表 列出歐洲紫外固化膠粘劑應(yīng)用情況，其中涉及醫(yī)療、玻璃制品、汽車、電器、電子和光電子部分。表歐洲紫外光膠粘劑分類市場(chǎng)（噸）類型 用量（年） 用量（年）結(jié)構(gòu)膠粘劑非結(jié)構(gòu)膠粘劑合計(jì) 表20002005年歐洲紫外固化結(jié)構(gòu)膠粘劑應(yīng)用市場(chǎng)情況（噸、年增長(zhǎng)率）用途用量（年）用量（年）增長(zhǎng)率（） 電器電子汽車 醫(yī)療 玻璃 光電子 合計(jì) .下面是UV膠一些主要應(yīng)用領(lǐng)域：1、 在醫(yī)療用品中的應(yīng)用 一次性用品成為紫

15、外光固化膠粘劑用量增長(zhǎng)的推動(dòng)力之一。技術(shù)擴(kuò)展到將皮下注射針頭與注射器和靜脈注射管粘接上，以及在導(dǎo)尿管和醫(yī)用過(guò)濾器的使用。歐洲每年在該領(lǐng)域消耗的紫外光膠粘劑估計(jì)在噸，年增長(zhǎng)率5.4。2、在玻璃和工藝品、珠寶業(yè)的應(yīng)用 紫外光固化膠粘劑用量在其它幾方面的增長(zhǎng)勢(shì)頭良好，零售商店廚窗和裝修，包括彩色玻璃在內(nèi)的建筑物應(yīng)用，更重要的是安全玻璃的應(yīng)用。傳統(tǒng)工藝是用聚乙烯醇縮丁醛粘接，需將涂有這種粘合劑的兩片玻璃疊放在熱壓機(jī)中滾壓，溫度130，壓力1.3MPa，并維持一定時(shí)間。這種安全玻璃的總生產(chǎn)時(shí)間約20小時(shí)左右。而借助UV固化粘合劑則僅需幾秒或幾分鐘即可完成粘接過(guò)程。這樣大大縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)省了能源，提高

16、了經(jīng)濟(jì)效益。在珠寶、裝飾品業(yè)中，可快速的完成寶石、水晶等鑲嵌、定位等。玻璃家具也是重要的應(yīng)用領(lǐng)域，盡管受時(shí)尚的影響很大。 3、在電器和電子行業(yè)應(yīng)用 紫外光固化膠粘劑在電器和電子應(yīng)用的發(fā)展速度最快，兩者合計(jì)的年增長(zhǎng)率平均為，估計(jì)用量由年的噸 增加到年的噸，主要用途包括： 智能卡和導(dǎo)電聚合物顯示器的粘接和密封；接線柱、繼電器、電容器和微開(kāi)關(guān)的涂裝和密封；印刷電路板（）粘貼表面元件；印刷電路板上集成電路塊粘接；線圈導(dǎo)線端子的固定和零部件的粘接。同樣，汽車工業(yè)零部件的粘接通常也屬于這一領(lǐng)域，其應(yīng)用覆蓋汽車燈裝配、倒車鏡和氣袋部件的粘接和燃油噴射系統(tǒng)。4、在光電子、信息行業(yè)應(yīng)用 雖然電器、電子和汽車業(yè)是

17、發(fā)展最快的部分，而消耗量最大的則是具有巨大潛力的光電子信息行業(yè)，其中主要包括三個(gè)消費(fèi)領(lǐng)域：數(shù)字光盤制造業(yè)、光學(xué)纖維粘合和液晶和聚合物顯示器。 進(jìn)入信息時(shí)代，光盤作為最重要的信息載體之一需求量十分驚人，預(yù)計(jì)未來(lái)年將呈爆炸式增長(zhǎng)。無(wú)論是現(xiàn)在還是未來(lái)都將是紫外光固化膠粘劑最大的應(yīng)用領(lǐng)域。C D、C DR、C DR W制造中主要用于反射膜層、保護(hù)膜層的涂覆。而更大的用量是在D V D制造業(yè)，關(guān)于生產(chǎn)有很重要的二點(diǎn)：首先是不像其前身光盤，它的制造依靠?jī)蓪泳厶妓狨ツふ辰釉谝黄饦?gòu)成基本盤；其次，不是以點(diǎn)而是以面來(lái)粘接，使得用量增加。另外用于包裝的密封罩也使用紫外光固化膠粘劑。 的需求趨勢(shì)表明，市場(chǎng)加上家庭影

18、院在內(nèi)有很高的增長(zhǎng)率?？紤]到諸如多層的潛在技術(shù)的發(fā)展，用于該領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模會(huì)有巨大的增長(zhǎng)，到年可達(dá)噸，相應(yīng)的年增長(zhǎng)率可達(dá)。 光導(dǎo)纖維和導(dǎo)電泵合物顯示器也是應(yīng)用領(lǐng)域之一，美國(guó)已經(jīng)用光導(dǎo)纖維代替銅線傳輸信號(hào)，中國(guó)的發(fā)展前景也是一片光明。 液晶及聚合物顯示器是技術(shù)的延續(xù)，最具發(fā)展前景的扁平面板顯示技術(shù)-液晶顯示器(LCD)，正經(jīng)歷著迅速發(fā)展，成為市場(chǎng)熱點(diǎn)。現(xiàn)時(shí)液晶顯示器被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備上，這些設(shè)備包括 *手表、計(jì)算器*電腦顯示器*電視屏幕*攝像機(jī)/時(shí)鐘*測(cè)試儀讀數(shù)盤*汽車電子儀表盤*個(gè)人數(shù)字助理（PDA）顯示屏 紫外光固化膠粘劑在液晶顯示器制造中用途如下：光電組件對(duì)位臨時(shí)固定；主板密封；端口密封；金屬引端子的粘接；柔性封端；裸芯片貼裝；同向異位和薄膜粘接，以及FCOG蓋涂層。 我國(guó)是全球液晶顯示器的主要生產(chǎn)地，所用材料仍需大量進(jìn)口，LCD組裝用UV固化膠粘劑主要使用