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紫外线UV無影膠知识
膠粘知識:  2018-04-07 12:30:01    
     紫外光固化是辐射固化的一类,辐射固化是利用电磁辐射,如紫外线(UV)或电子束(EB)照射涂层,产生辐射聚合、辐射交联和辐射接技等反应。迅速将低分子量物质转变成高分子量产物的化学过程,固化是直接在不加热的底材上进行的,体系中不含溶剂或含极少量溶剂,辐照后液膜几乎100%固化,因而VOC(挥发性有机化合物)排放量很低。因此,自60年代末以来,这一技术在国际上得到飞速发展,其产品在许多行业都得到广泛应用。 1、分類:輻射固化按應用可分爲輻射固化膠粘劑、輻射固化塗料、輻射固化油墨。按所用的輻射源可分爲紫外(UV)光固化、電子束(EB)固化、可見光固化。如下圖(1)、(2)。2、紫外光基本知識:紫外线(简称UV)是属于电磁波辐射的一段,电磁波谱包括無线电波、红处线、可见光、紫外线、X射线、γ射线,波长范围从10-14米至106米,如图3所示。紫外线只其中很窄的一段,波长范围为10~400nm(nm:纳米,1nm=10-9 m)可划分为长波紫外线(UVA)、中波紫外(UVB)、短波紫外线(UVC)、超短波紫外线。波长越短,能量越強,穿透能力越弱。
長波UVA,波長介于320~400nm,具有較強的穿透能力,能穿透玻璃,這一波段的紫外線能量與多數化學鍵能相當,容易引光化學反應,通常用于光固化的即是UVA。     中波UVB,波长介于280~320,穿透力较弱,玻璃对它有強烈的吸收。太阳光中含有丰富的UVA和UVB。    短波UVC,波长介于200~280nm,臭氧层对它有強烈的吸收,所以太阳光中UVC在到地面之前就被臭氧层吸收了,UVC对生物体就很強的破坏作用,可杀死细菌、病毒,因此常用于消毒。    紫外线会损害皮肤和眼睛,UVA会使皮肤变黑、松驰、皱纹;UVB会产生急性皮炎(即晒伤)等症,皮肤会变红、发痛,长期照射还容易导致皮肤癌变,因此在进行光固化作业时,应注意防护:   (1)、固化机应有适当屏敝装备,紫外光不易透出;   (2)、适当的个人防护,穿长袖衣服、布工作手套,戴防紫外线眼镜、面罩,不要直视灯具。   (3)、注意环境通风,以防臭氧积聚。    一般而言,也不必太过担心,因设备制造商在设计时一般都把保护装备考虑在内,只要按规定操作没事的。 3、 辐射固化的特点:輻射固化的優點:(1)無需混合的單組分體系,使用方便;(2)固化速度快,幾秒至幾十秒即可完成固化,有利于自動化生産線,提高勞動生産率;(3)固化溫度低,節省能源,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脂相比可節約能耗~90%;(4)無汙染,可采用低揮發性單體和齊聚物,不使用溶劑,100%固化,故基本上無大氣汙染,也沒有廢水汙染問題;(5)性能優良,耐磨、抗溶劑、搞沖擊、強度高。輻射固化的缺點:(1)設備投資較大,特別是電子束固化設備,輻射固化膠粘劑的價格高于常規膠粘劑的價格,這都分可由能耗低,生産效率高得到補償;(2)由于紫外光穿透力較弱,固化深度有限,因而可固化産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不易固化;(3)紫外光能産生臭氧,需要排風系統。 二、固化機理: UV光固化體系分爲自由基體系和陽離子體系,兩者固化機理成分都有所不同。自由基體系是由光引發劑受UV照射激發産生自由基,引發單體和預聚物聚合交聯;陽離子體系是由陽離子光引發劑受輻射産生強質子酸,催化加成聚合,使樹脂固化,下面以自由基體系爲例說明: UV自由基固化經過以下步驟:(1)自由基光引發劑受到UV照射後,激發分解産生自由基:(2)鏈引發:引發劑産生的自由基引發樹脂和單體分子的不飽和雙鍵産生新的自由基。 (3)鏈增長:由樹脂和單體産生的自由基可以繼續引發樹脂和單體分子中的不飽和雙鍵産生自由基,進行自由基連鎖反應。 (4)鏈終止:化學反應中,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生酸化作用,使鏈反應終止。 上述反應結果,生成高分子化合物,使膠液轉變爲固體。 三、紫外光固化膠的組成1、預聚物預聚物是UV光固化膠的骨架,它是具有反應活性的低分子聚合物,預聚物的主要功能是提供膠層的關鍵性能,例如:粘度、抗張強度、剪切強度、硬度和柔順性等。在光固化自由基體系中使用的預聚物是一些含雙鍵的不飽和聚合物,主要有:聚丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、不飽和聚酯、聚烯烴/硫醇等,其中環氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯反應活性高、原料豐富、品種多、價格適中,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,其主要作用是調節粘度和參加聚合反應。單體按官能度的多少可分爲單官能單體、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性稀釋劑的作用,而且起交聯劑的作用,它們對膠層的硬度、韌性和強度有重要影響。增加單體的官能度可加速固化過程,爲適應生産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单体主要有于(甲基)丙烯酸酯类、乙烯基类和乙烯基醚类等,如苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异冰片酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、已二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等。应用这些单体除了考虑粘合的性能,成本等因素外,还要考虑刺激性和毒性,一些刺激性和毒性较大的品种逐渐被淘汰,更多刺激性和毒性低的品种被开发出来并用于工业生产。 陽離子固化體系所用的預聚物和單體與環氧樹脂膠粘劑相類似。3、光引發劑    光引發劑是任何UV固化体系都需要的主要组分之一,对UV固化体系的灵敏度(固化速率)起决定作用。光引發劑有自由基光引發劑和阳离子光引發劑,分别应用于自由基体系和阳离子体系。自由基引發劑常用的有羰基化合物、偶氮化合物、有机硫化物、氧化还原物质、卤素化合物、有机金属化合物、增咸染料等。应用较广泛且效果较好的是羰基化合物,主要有联苯甲酰、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。    阳离子光引發劑品种少且价格高,所以一直以来陽離子固化體系发展缓慢,所占的份额低。目前应用的种类有二芳基碘盐,三芳基硫盐和芳茂铁盐等。   与自由基光固化体系相比,阳离子光固化体系具有以下优点:(1)固化時體積收縮小,附著力強;   (2)不被氧气所阻聚,在空气氛围中可获得快速而完全的固化;   (3)固化反应不易终止,适用于厚膜和色漆的固化。表1列出了陽離子固化體系與自由基固化體系的簡單對比。 表1 陽離子固化與自由基固化體系的比較

指   標自由基固化體系陽離子固化體系
樹 脂丙烯酸酯樹脂、不飽和樹脂、聚酯、聚烯烴/硫醇等環氧樹脂、乙烯基醚樹脂
單 體丙烯酸酯、乙烯基化合物等脂環族環氧化合物、乙烯基醚(VE)
引發劑自由基陽離子(超強酸)
固化速度對EP:中等;對VE:快
後固化可忽略
對氧的敏感性
對堿的敏感性
對潮氣的敏感性
氣 味
價 格
固化膜特性收縮率高,附著力差收縮率低,附著力好

    总之,尽管由于开发时间短,以及价格等因素,阳离子光引发体系目前仅占整个UV固化市场约5%,但鉴于上述较之自由基固化體系的优点,将是一类大有前途的光引发体系。由于基础研究和开发的时间较短,因此尚有很多不够完善的地方。例如,研究出能够更多地吸收UV,或吸收更长波长的阳离子引發劑使之免受颜料的影响,这可能就是今后在该领域的一个发展方向。
4、其它助劑
其它助剂有稳定剂、附着力增強剂、颜料色素、触变剂等,种类和要求大体上与一般丙烯酸粘合剂相同。唯独颜料和色素的使用需注意对紫外线的吸收和散射,可能会影响固化速度和固化深度。四、固化裝置用于UV膠固化的辐射装置通称光固化机,可分为履带式、箱式、点光源系列。它的构造比较简单,主要由光源、反射器、冷却系统(风冷或水冷)和传动装置(传送带)组成。紫外线由紫外灯产生,常用的紫外灯源有低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯、氙灯、金属卤化物灯以及最新式的無极灯。其中中压汞灯相对便宜、易于安装和维护,且在此340~380nm范围波长的強烈辐射峰,正好落在许多光引发体系的吸收谱。因此中压汞灯获得广泛的应用。五、紫外光固化膠粘劑的應用自1960年,国外报道了UV光固化胶粘剂以来,人们对其进行了大量的研究.并取得了令人瞩目的成就。如今UV膠已在许多工业装配领域成功应用,尤其是需要快速装配的高技术产业领域,例如LCD制造业、照相机等光学产品制造业、光盘制造业(CD、VCD、DVD、DVD一R)、手表制造业、蜂鸣器、手机按键的装配、电子线路板的制造、偏光部件的制造等光电信息产业的电子部件制造。在日用品领域,例如玻璃家具的制造、玻璃工艺品的组装、玩具、珠宝等装饰品的组装上也普遍使用UV膠。甚至传统产业也在大量使用UV膠进行装配,例如磁电机的装配。可获得快速、高效的生产效率。随着科技人员不断的研究进取,UV膠的一些缺点得到了克服,应用领域得到扩展。例如,应用新型的光引發劑可使固化波长向可见光方向扩展,可用可见光固化;应用高效的光引發劑可用于有色或含填料体系的粘接,可在透光率低至0.01~20%的基体之间的粘合。又如,将UV固化技术和厌氧固化、热固化技术相结合制造出双重固化的产品,它不仅能对透光部分进行光固化,非透光部分也可进行厌氧或热固化。表2、表3 列出欧洲紫外固化胶粘剂应用情况,其中涉及醫療、玻璃制品、汽车、电器、电子和光电子部分。 表2歐洲紫外光膠粘劑分類市場(噸)

類型  用量(2000年) 用量(2005年)
結構膠粘劑175696
非結構膠粘劑46757430
合計  4850 8126

 表3 2000-2005年欧洲紫外固化結構膠粘劑应用市场情况(吨、年增长率%)

用途用量(2000年)用量(2005年)增長率(%)
電器/電子/汽車45 70 9.2
醫療20 26 5.4
玻璃 20 25 4.6
光電子  90 575 45.0
合計 175 696.

 下面是UV膠一些主要应用领域:1、 在醫療用品中的应用一次性用品成爲紫外光固化膠粘劑用量增長的推動力之一。 技術擴展到將皮下注射針頭與注射器和靜脈注射管粘接上,以及在導尿管和醫用過濾器的使用。歐洲每年在該領域消耗的紫外光膠粘劑估計在20噸,年增長率5.4%。2、在玻璃和工藝品、珠寶業的應用紫外光固化膠粘劑用量在其它幾方面的增長勢頭良好,零售商店廚窗和裝修,包括彩色玻璃在內的建築物應用,更重要的是安全玻璃的應用。傳統工藝是用聚乙烯醇縮丁醛粘接,需將塗有這種粘合劑的兩片玻璃疊放在熱壓機中滾壓,溫度130℃,壓力1.3MPa,並維持一定時間。這種安全玻璃的總生産時間約20小時左右。而借助UV固化粘合劑則僅需幾秒或幾分鍾即可完成粘接過程。這樣大大縮短了生産周期,節省了能源,提高了經濟效益。在珠寶、裝飾品業中,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用領域,盡管受時尚的影響很大。3、在電器和電子行業應用紫外光固化胶粘剂在电器和电子应用的发展速度最快,两者合計的年增长率平均为9.2%,估计用量由2000年的45吨增加到2005年的70吨,主要用途包括:
    ①智能卡和导电聚合物显示器的粘接和密封;
  ②接線柱、繼電器、電容器和微開關的塗裝和密封;
  ③印刷電路板(PCB)粘貼表面元件;
  ④印刷電路板上集成電路塊粘接;
  ⑤線圈導線端子的固定和零部件的粘接。
  同樣,汽車工業零部件的粘接通常也屬于這一領域,其應用覆蓋汽車燈裝配、倒車鏡和氣袋部件的粘接和燃油噴射系統。
4、在光電子、信息行業應用雖然電器、電子和汽車業是發展最快的部分,而消耗量最大的則是具有巨大潛力的光電子信息行業,其中主要包括三個消費領域:數字光盤制造業、光學纖維粘合和液晶和聚合物顯示器。
    进入信息时代,光盘作为最重要的信息载体之一需求量十分惊人,预计未来5年将呈爆炸式增长。無论是现在还是未来都将是紫外光固化胶粘剂最大的应用领域。CD、CD―R、CD―RW制造中主要用于反射膜层、保护膜层的涂覆。而更大的用量是在DVD制造业,关于DVD生产有很重要的二点:首先是不像其前身CD光盘,它的制造依靠两层聚碳酸酯膜粘接在一起构成基本盘;其次,不是以点而是以面来粘接,使得用量增加。另外用于DVD包装的密封罩也使用紫外光固化胶粘剂。
    DVD的需求趋势表明,DVD市场加上家庭影院在内有很高的增长率。考虑到诸如多层DVD的潜在技术的发展,用于该领域的市场规模会有巨大的增长,到2005年可达575吨,相应的年增长率可达45%。
光導纖維和導電泵合物顯示器也是應用領域之一,美國已經用光導纖維代替銅線傳輸信號,中國的發展前景也是一片光明。
     
液晶及聚合物显示器是LCD技术的延续,最具发展前景的扁平面板显示技术-液晶显示器(LCD),正经历着迅速发展,成为市场热点。现时液晶显示器被广泛应用于电子设备上,这些设备包括?  *手表、計算器
*電腦顯示器
*電視屏幕
*攝像機/時鍾
*測試儀讀數盤
*汽車電子儀表盤
*個人數字助理(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:①光電組件對位臨時固定;②主板密封;③端口密封;④金屬引端子的粘接;⑤柔性封端;⑥裸芯片貼裝;⑦同向異位和薄膜粘接,以及FCOG蓋塗層。
  
在计算机硬盘制造用,磁头与折片粘接工作程序是:把少量的胶加在折片前端的舌片上,再由中央具夹着磁头放在舌片加胶处。用一定強度的紫外光照射数秒钟,使胶粘剂初固化;然后从自动粘合机中取出,经加工处理后放人烘箱,在设定的温度下加热固化。
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