耐高溫UV膠的配方研究

甘 淳，劉海濤，蔣 濤（1.廣州機械科學研究院有限公司，廣東 廣州 510700；2.國家橡塑密封工程技術研究中心，廣東 廣州 51050；.湖北大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 40062）

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耐高溫UV膠的配方研究

甘 淳2,3，劉海濤1,2，蔣 濤3
（1.廣州機械科學研究院有限公司，廣東 廣州 510700；2.國家橡塑密封工程技術研究中心，廣東 廣州 510530；3.湖北大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430062）

摘要：研究了手機導電玻璃鍍膜生產用耐高溫紫外光固化膠（耐高溫UV膠）的配方組成，通過單一變量實驗方法，從單體及偶聯劑種類、偶聯劑及光引發劑用量、抗氧化劑種類及用量等因素出發，對導電玻璃與基材玻璃在高溫下粘接性能的影響進行了研究。結果表明，配方組成為丙烯酸酯改性聚硅氧烷70質量份、異十三烷基丙烯酸酯30質量份、γ-縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1質量份、1-羥基環己基苯基甲酮3質量份和抗氧化劑0.4質量份時，耐高溫UV膠對玻璃的粘接力較好，且有優異的耐高溫性能。

關鍵詞：鍍ITO；耐高溫；紫外光固化膠；粘接力；配方

紫外光固化膠（UV膠）是近些年飛速發展的紫外光固化材料中的一個重要分支，它符合“5E”原則，即經濟（Economy）、節能（Energy）、環保（Ecology）、高效（Efficiency）、多能（Enabling）[1～5]。

小片制程OGS生產過程中，導電玻璃鍍氧化銦錫最高需要在260 ℃的真空環境下操作，而鍍膜工藝完成后要求易于將導電玻璃從玻璃基材上剝離下來，所以需要用紫外光固化壓敏膠[7，8]。本文主要研究UV膠各組分變化時，對高溫下粘接力和使用工況的影響，找出最佳的耐高溫UV膠配方。

紫外光固化膠的粘接力主要與膠的配方、被粘材質、表面處理方法等有關，其中最重要的是紫外光固化膠的配方設計。本文從紫外光固化膠的各組分對高溫粘接力的影響出發，討論耐高溫UV膠的配方設計。由于玻璃是導電玻璃與基板玻璃的主體材料，因此重點測試UV膠在高溫下對玻璃的粘接強度和不良工藝現象。

1　實驗部分

1.1 原料

丙烯酸酯改性聚硅氧烷，Mn=10 000，自制；四氫呋喃丙烯酸酯、2-苯氧乙基丙烯酸酯、丙烯酸十二醇酯、異十三烷基丙烯酸酯，美國沙多瑪；甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸-4-羥基丁酯，日本三菱；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷（KH560）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）、γ-巰丙基三甲氧基硅烷（KH590），佛山文泰化工；Irganox 1010，汽巴精化；CYANOX 1790，美國氰特；BELANOX 6026，廣州騰順化工；1-羥基環己基苯基甲酮，常州華鈦化學。

1.2 儀器及設備

Intelli-Ray 400全功能紫外光固化機，美國UVITRON公司；RSZ-2000型熱重分析儀，北京精儀化工有限公司；FO310C型馬弗爐，重慶雅馬拓科技有限公司；TD5A型離心機，湖南長沙湘儀離心機儀器有限公司。

1.3 樣品的制備

在100 mL的燒杯中，加入計量的丙烯酸酯單體、光引發劑1-羥基環己基苯基甲酮和抗氧化劑，加熱至50 ℃，直至1-羥基環己基苯基甲酮和抗氧化劑完全溶解，冷卻至室溫；加入計量的丙烯酸酯改性聚硅氧烷和硅烷偶聯劑，充分攪拌混合均勻，通過離心機脫泡處理，得到紫外光固化膠樣品。

1.4 性能測試

熱重分析：將UV膠在光強60 mW/cm2的紫外光下固化120 s，取10 mg樣品放于坩堝，氮氣保護，從室溫升溫至600 ℃，保持5 min，升溫速率10 ℃/min。

高溫烘烤模擬測試：將約1.5 g膠樣涂在玻璃基板上，從一邊開始緩慢將5英寸的手機導電玻璃蓋在玻璃基板（厚0.7 mm）上，等膠樣自然流平后，在光強60 mW/cm2下正反各光固化60 s。將玻璃基板垂直放于馬弗爐中，從室溫升至260 ℃，升溫速率20 ℃/min，260 ℃保溫1 h，觀察玻璃貼合處是否存在發黃、氣泡、裂紋、脫開等不良現象。

2　結果與分析

2.1 稀釋單體對粘接力的影響

選取不同類型的單體，測試UV膠在高溫烘烤1 h后的性能變化。膠粘劑組成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份（質量份，下同），單體30份，硅烷偶聯劑1份，抗氧化劑0.5份，1-羥基環己基苯基甲酮3份。實驗結果見表1。

表1　稀釋單體對UV膠耐高溫性的影響Tab.1 Effect of diluent monomers on high temperature resistantance of UV curable adhesive

從表1可以看出，2-苯氧乙基丙烯酸酯和異十三烷基丙烯酸酯UV膠的粘接力較高。其中2-苯氧乙基丙烯酸酯的膠樣有發霧現象，主要是反應速度不一致，導致相容性差，出現發霧現象，高溫下容易出現相分離，導致粘接力下降。故主要選取異十三烷基丙烯酸酯作為紫外光固化膠的主要單體成分。

2.2 偶聯劑對粘接力的影響偶聯劑對UV膠粘接力的影響見表2。膠粘劑組成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，異十三烷基丙烯酸酯30份，偶聯劑1份，1-羥基環己基苯基甲酮3份，抗氧化劑0.5份。

表2　偶聯劑對膠粘劑耐高溫性的影響Tab.2 Effect of silane coupling agents on high temperature resistantance of UV curable adhesive

從表2可以看出，KH560和KH570對附著力的貢獻比較大，其中KH560的環氧基與玻璃的親和力較好，因此大幅提高粘接強度，而KH570的雙鍵可以參與UV膠的固化反應，也較大程度提高了粘接強度。綜合考慮，選擇KH560為UV膠的偶聯劑。

2.3 偶聯劑用量對粘接力的影響

膠粘劑組成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，異十三烷基丙烯酸酯30份，偶聯劑為KH560，1-羥基環己基苯基甲酮3份，抗氧化劑0.5份。偶聯劑的用量對耐高溫粘接力的影響見表3。從表3可以看出，最佳偶聯劑用量是1.0%～1.5%，因偶聯劑的成本較高，所以選取偶聯劑的用量為1.0%。

表3　偶聯劑用量對膠粘劑耐高溫性的影響Tab.3 Effect of coupling agent content on high temperature resistantance of UV curable adhesive

2.4 光引發劑用量對粘接力的影響

光引發劑1-羥基環己基苯基甲酮是最通用的光引發劑，其吸收波長與市面上流行的主發射波長365 nm的紫外光源相匹配，同時其具有引發活性高、不易產生黃變、熱穩定性好等優點。因此，本文研制的UV膠選擇1-羥基環己基苯基甲酮作為光引發劑。光引發劑濃度直接影響臨界曝光量E0和透射深度Dp[8]，所以，研究了光引發劑用量對粘接力的影響（見表4）。膠粘劑組成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，異十三烷基丙烯酸酯30份，KH560 1份，光引發劑為1-羥基環己基苯基甲酮，抗氧化劑0.5份。從表4可知，最佳光引發劑用量為3份。引發劑用量少，固化不充分，粘接力不夠；引發劑用量大，導致殘留引發劑多，耐久性差，同時也降低了粘接力。

表4　光引發劑用量對膠粘劑耐高溫性的影響Tab.4 Effect of photoinitiator content on high temperature resistantance of UV curable adhesive

2.5 抗氧化劑的種類對耐高溫性能的影響

抗氧化劑的種類有很多，包括受阻酚類、有機亞磷酸酯類、含有機硫類等抗氧化劑。不同抗氧化劑在不同溶劑中的溶解度也不相同。為了找到溶解于配方體系的抗氧化劑，研究了抗氧化劑種類對UV膠耐高溫性能的影響（見表5）。膠粘劑組成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，異十三烷基丙烯酸酯30份，KH560 1份，1-羥基環己基苯基甲酮3份，抗氧化劑0.5。從表5可知，抗氧化劑6026的效果最好。

表5　抗氧化劑對膠粘劑耐高溫性的影響Tab.5 Effect of antioxidants on hightemperature resistantance of UVcurable adhesive

2.6 抗氧化劑用量對耐高溫性能的影響

膠粘劑組成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，異十三烷基丙烯酸酯30份，KH560 1份，1-羥基環己基苯基甲酮3份，抗氧化劑6026。抗氧化劑用量對膠粘劑耐高溫性的影響見表6、圖1。從表6和圖1可以看出，最佳的抗氧化劑用量是0.4%。因為抗氧化劑用量太小，不能完全清除熱降解產生的自由基；用量太大，可與光引發劑引發時產生的自由基反應，降低了反應交聯程度。

表6　抗氧化劑用量對膠粘劑耐高溫性的影響Tab.6 Effect of antioxidant content on high temperature resistantance of UV curable adhesive

圖1　抗氧化劑用量對膠粘劑耐高溫的影響Fig.1 Effect of antioxidant content on high temperature resistantance of UV curable adhesive

3　結論

最佳耐高溫紫外光固化膠配方為：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70質量份，異十三烷基丙烯酸酯30質量份，γ-縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1質量份，1-羥基環己基苯基甲酮3質量份，抗氧化劑0.4質量份。用此配方制備的UV膠對玻璃的粘接力較好，且有優異的耐高溫性能，在260℃烘烤1 h沒有氣泡和裂紋。

參考文獻

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[2]陳用烈,曾兆華,楊建文.輻射固化材料及應用[M].北京:化學工業出版社,2003.

[3]BOB G.Bonding Glass and Other Substrates with UV Curing Adhesives[J].Inter.J.Adhesion& Adhesives,2002,22:405-408.

[4]NORIO MURATA,SHIRO NISHI,SHIGERU HOSONO. UV-Curable Transparent Adhesives for Fabricating Precision Optical Components[J]. J.Adhesion,1996,59:39-50.

Study on high temperature resistant UV adhesives

GAN Chun2,3, LIU Hai-tao1,2, JIANG Tao3
(1. Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510700, China; 2. National Engineering and Research Center of Rubber and Plastic Sealing, Guangzhou, Guangdong 510530, China; 3.College of Materials Science and Engineering, Hubei University, Wuhan, Hubei 430062, China)

Abstract：This paper studied the high temperature resistant UV-curable adhesive for mobile phone conductive ITO glass plate production. The high temperatures bonding performance of the UV-curable adhesive was discussed by a single variable experiment method, including the monomer type, type and amount of coupling agents, photoinitiator amount, type and amount of antioxidants. The results indicated that the UV-curable adhesive had good adhesion to the conductive ITO glass and excellent high temperature resistance when the adhesive composition was as follows(by weight): acrylate modified polysiloxane 70 parts, tridecyl acrylate 30 parts, 3-glycidyloxypropyl trimethoxy silane 1 parts, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone 3 parts and antioxidants 0.4 parts.

Key words：ITO plating; high temperature resistant; UV-curable adhesive; adhesion; formulation

作者簡介：甘淳（1991-），男，在讀研究生，研究方向：高分子材料。E-mail：592493063@qq.com。

收稿日期：2016-01-22

中圖分類號：TQ577.3+5

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2016）04-0040-04