實驗條件對UV減粘膠性能的影響

張鶴榮，宋書鋒，許士魯，劉 瀛

（中國樂凱集團有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

丙烯酸酯類壓敏膠由于具有低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，常被用作壓敏粘合劑，在各領域中廣泛應用，如電子、汽車、辦公自動化、包裝、日用品等[1-2]。隨著集成半導體技術的快速發(fā)展，電子行業(yè)對壓敏膠類制品有了更高要求[3]，UV減粘膠作為其中的一種應運而生[4]。它作為一種制程保護材料，在產(chǎn)品加工時提供粘接力，防止移動、錯位或碎片飛濺，在加工完成后可以通過紫外光照射使減粘膠瞬間失去粘性，從而使制品從膠膜上輕松移除。

UV減粘膠技術在國內(nèi)的研究處于初級階段[5]，需要在合成、工藝等領域進行更多的研發(fā)與探索[6-7]。一般來說，UV減粘膠需要在膠液活化期，即膠液可使用時間內(nèi)，涂布于基材上，將溶劑充分干燥后覆合離型膜，然后經(jīng)過一段時間的熟化，使其中的活性基團與固化劑充分反應，得到最終的UV減粘膜。本文通過測試UV減粘膠熟化前后、UV照射前后剝離力的變化，分析了涂布厚度、熟化時間、膠液活化期等實驗條件對UV減粘膠性能的影響，為新型壓敏膠的工藝探索提供更多參考。

2 實驗部分

2.1 主要原料及儀器設備

2.1.1 主要原料

UV減粘膠：中國樂凱集團有限公司；乙酸乙酯：工業(yè)級，廠家不限；基材：50 μm PET基材，合肥樂凱科技產(chǎn)業(yè)有限公司；離型膜：PET離型膜，深圳楷模科技有限公司。

2.1.2 主要儀器設備

電子天平：型號EX1103ZH，奧豪斯儀器（常州）有限公司；

鼓風干燥箱：型號DHG9070，上海精宏實驗設備有限公司；

數(shù)字粘度計：型號SNB-4，上海天美天平儀器有限公司；

多頭恒溫磁力攪拌器：型號HJ-6A，金壇市國旺實驗儀器廠；

加熱覆膜機：型號JD500-60E，深圳市龍鋒泰自動化有限公司；

持粘性測試儀：型號classic 920，濟南藍光機電技術有限公司；

拉力機：型號ETM-B，深圳萬測實驗設備有限公司；

絲棒：英國RK系列線棒；

紫外光固化機：型號RW-UVA301，深圳市潤沃機電有限公司。

2.2 測試品的制備

膠液的制備：用電子天平依次稱取原材料，攪拌20 min后，得到固含量為20wt%的涂布液。靜置脫泡10 min之后，用絲棒涂布在基材上。

溶劑的干燥：將膠液用絲棒手工涂布在基材上，然后將基材放入烘箱中干燥，使溶劑完全揮發(fā)，留下平整膠膜。

覆合：室溫0.5 MPa條件下進行PET與離型膜的覆合，速度為10～30 rpm。

熟化：覆合離型膜后的樣片在不同溫度下的鼓風干燥箱中熟化一定時間，得到最終樣片。

測試樣條的制備：按照GB/T 2792-2014，貼于玻璃基材上測試剝離力；按照GB/T 4851-2014，貼于SUS鋼板測試持粘力；按照GB/T 7125-1999測試厚度。

3 實驗條件對性能影響的探索

3.1 膠液的制備及膠液活化期

將UV減粘膠各組分原材料及乙酸乙酯依次加入，混合均勻，攪拌20 min后，靜置脫泡10 min，得到固含量為20wt%的涂布液。

涂布液配制完畢后，用旋轉(zhuǎn)粘度計測試初始粘度，然后將膠黏劑密封好，室溫放置一定時間后再測試相應的粘度，測試結(jié)果見圖1。

圖1 膠液粘度隨時間的變化Fig1 Viscosity change of adhesive with time

從圖1可以看出，膠液會隨著放置時間的延長變黏，粘度呈增加趨勢。分析原因是UV減粘膠之中含有活性官能團，其與固化劑發(fā)生反應，隨著反應的進行，分子量逐漸增大，體系粘度也逐漸增加，并最終形成凝膠而失去涂布性能。在實驗過程中，表現(xiàn)為當粘度增加到一定程度時，會使涂布的樣片出現(xiàn)很多難以流平的絲棒印，給施工操作帶來不便，也影響涂層的表面平整及其他測試性能。因此，膠液放置7d內(nèi)雖然沒有成凝膠狀態(tài)，但考慮到具體涂布操作，所配置的膠液需要在72 h內(nèi)，膠黏劑的粘度低于200 mPa.s時，涂布性能良好。每次涂布的膠液最好做到即涂即配。

在監(jiān)測粘度變化的同時，也對膠液所涂樣片的應用性能進行了測試，其結(jié)果見表1。

表1 膠液放置不同時間的應用性能Table 1 The properties of the adhesive change with time

從表1中性能測試情況來看，膠黏劑放置7d應用性能變化不大，考慮到涂布性能，膠液活化期定為3d。

3.2 涂布厚度的確定

涂布液固含量一定的條件下，不同的涂布濕厚與干膠厚度成正比。實驗過程中配置20%固含量的同一種膠液，選取不同型號的絲棒（不同絲棒型號對應不同涂布濕厚）進行涂布，烘箱中干燥后將樣片覆合，之后測試熟化前后初始剝離力和UV固化后剝離力，以表征不同涂布厚度對膠液性能的影響，見表2。

表2 不同涂布厚度性能測試結(jié)果Table 2 The properties of the adhesive change with coating thickness

從表2中可以看出，涂布厚度對UV減粘膠熟化前后性能的影響有一定差異。

熟化前：隨涂布厚度增加，UV前剝離力呈上升趨勢；UV后剝離力也略有增加。

熟化后：隨涂布厚度增加，UV前剝離力先增加，后增加趨于平穩(wěn)；UV后的剝離力也略有增加。

另外，從表中還可以看出：熟化后的剝離力比熟化前都有一定幅度的降低，只是隨涂布厚度的增加，剝離力降低幅度趨緩，分析原因是熟化后膠黏劑成為體型結(jié)構的交聯(lián)體浸潤性降低，但隨著厚度的增加浸潤性又相應提高，從而降低幅度趨緩。

UV后剝離力與是否熟化關系不大，而UV前剝離力會在熟化后大幅下降。熟化前，無論是否光固化，其剝離力均會隨著膠層厚度的增加而逐漸增大；而熟化后，初始剝離力在膠層增加到一定厚度后變化并不明顯。考慮到膠層整體性能的穩(wěn)定和成本因素，最終選擇20 μm的干膠厚度作為實驗室一系列測試的基礎（20 μm干厚對應的是RK 8#線棒）。

3.3 干燥時間的確定

膠液中主要溶劑為乙酸乙酯，其沸點為77 ℃。為了使乙酸乙酯快速揮發(fā)留下平整的膠膜，需要在高溫下將所涂樣片烘干。實驗室選取80 ℃、90 ℃、100 ℃三個溫度，通過樣片的重量變化，確定最終干燥時間并選取最經(jīng)濟高效的干燥溫度。三種溫度下溶劑的揮發(fā)速度見圖2。

圖2 不同溫度下溶劑揮發(fā)情況Fig2 Coating’s quality change with temperature

從圖2可以看出，溫度越高，溶劑揮發(fā)速率越快；并且隨著時間的延長，溶劑揮發(fā)速率趨于恒定，代表著溶劑已經(jīng)基本揮發(fā)完全了。考慮到實驗室手工操作效率問題，確定最佳干燥溫度為90～100 ℃，干燥時間為2～3 min。

3.4 熟化時間及熟化溫度的確定

熟化時間影響膠黏劑固化交聯(lián)程度，從而影響交聯(lián)體系的耐熱性和成膜后膠黏劑分子鏈內(nèi)聚力。為了考察熟化時間及熟化溫度對膠黏劑性能的影響，實驗過程中對同一配方涂布好的樣片進行40 ℃、50 ℃、60 ℃三個溫度條件下8個不同熟化時間的性能測試，結(jié)果見表3。

表3 不同熟化時間性能測試結(jié)果Table 3 The properties of the adhesive change with curing time

續(xù)表3

從表3可以看出，同樣熟化時間下，50 ℃與60 ℃熟化條件的剝離力沒有太大區(qū)別，都是在熟化3 d后性能趨于穩(wěn)定；40 ℃熟化條件下，需要熟化4 d以上性能趨于穩(wěn)定。考慮到生產(chǎn)效率問題，優(yōu)選熟化時間≥3 d，優(yōu)選熟化溫度≥50 ℃。

3.5 UV固化能量的確定

通過測試不同固化能量后剝離力的變化，可以確定使UV減粘膠完全固化所需要的能量，見表4。

表4 不同固化能量的剝離力變化Table 4 The properties of the adhesive change with UV curing energy

從表4中可以看到，UV光源照射300 mJ/cm2后剝離力不再發(fā)生變化，即UV固化完全。

4 結(jié)果與討論

通過對以上影響UV減粘膠性能的幾個實驗條件的分析情況可以看出：膠液活化期影響實驗室手工涂布表觀和施工難度，但在一定時間內(nèi)對UV減粘膠性能影響不大；膠層厚度對UV減粘膠的剝離力有很大影響，但對UV后力影響較小；膠層干燥過程中，溫度越高，干燥速度越快；同樣熟化時間下，50 ℃與60 ℃熟化條件的剝離力沒有太大區(qū)別，都是在熟化3 d后性能趨于穩(wěn)定；UV光源照射300 mJ/cm2后，UV固化完全。

因此，確定實驗室最佳工藝條件為：涂布厚度20 μm、干燥條件為90～100 ℃且2～3 min、熟化溫度≥50 ℃、熟化時間≥3 d以及不低于300 mJ/cm2的UV固化能量。