耐高温UV胶的配方研究

甘 淳，刘海涛，蒋 涛（1.广州机械科学研究院有限公司，广东 广州 510700；2.国家橡塑密封工程技术研究中心，广东 广州 51050；.湖北大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 40062）



耐高温UV胶的配方研究

甘 淳2,3，刘海涛1,2，蒋 涛3
（1.广州机械科学研究院有限公司，广东 广州 510700；2.国家橡塑密封工程技术研究中心，广东 广州 510530；3.湖北大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430062）

摘要：研究了手机导电玻璃镀膜生产用耐高温紫外光固化胶（耐高温UV胶）的配方组成，通过单一变量实验方法，从单体及偶联剂种类、偶联剂及光引发剂用量、抗氧化剂种类及用量等因素出发，对导电玻璃与基材玻璃在高温下粘接性能的影响进行了研究。结果表明，配方组成为丙烯酸酯改性聚硅氧烷70质量份、异十三烷基丙烯酸酯30质量份、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1质量份、1-羟基环己基苯基甲酮3质量份和抗氧化剂0.4质量份时，耐高温UV胶对玻璃的粘接力较好，且有优异的耐高温性能。

关键词：镀ITO；耐高温；紫外光固化胶；粘接力；配方

紫外光固化胶（UV胶）是近些年飞速发展的紫外光固化材料中的一个重要分支，它符合“5E”原则，即经济（Economy）、节能（Energy）、环保（Ecology）、高效（Efficiency）、多能（Enabling）[1～5]。

小片制程OGS生产过程中，导电玻璃镀氧化铟锡最高需要在260 ℃的真空环境下操作，而镀膜工艺完成后要求易于将导电玻璃从玻璃基材上剥离下来，所以需要用紫外光固化压敏胶[7，8]。本文主要研究UV胶各组分变化时，对高温下粘接力和使用工况的影响，找出最佳的耐高温UV胶配方。

紫外光固化胶的粘接力主要与胶的配方、被粘材质、表面处理方法等有关，其中最重要的是紫外光固化胶的配方设计。本文从紫外光固化胶的各组分对高温粘接力的影响出发，讨论耐高温UV胶的配方设计。由于玻璃是导电玻璃与基板玻璃的主体材料，因此重点测试UV胶在高温下对玻璃的粘接强度和不良工艺现象。

1　实验部分

1.1 原料

丙烯酸酯改性聚硅氧烷，Mn=10 000，自制；四氢呋喃丙烯酸酯、2-苯氧乙基丙烯酸酯、丙烯酸十二醇酯、异十三烷基丙烯酸酯，美国沙多玛；甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸-4-羟基丁酯，日本三菱；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-缩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-巯丙基三甲氧基硅烷（KH590），佛山文泰化工；Irganox 1010，汽巴精化；CYANOX 1790，美国氰特；BELANOX 6026，广州腾顺化工；1-羟基环己基苯基甲酮，常州华钛化学。

1.2 仪器及设备

Intelli-Ray 400全功能紫外光固化机，美国UVITRON公司；RSZ-2000型热重分析仪，北京精仪化工有限公司；FO310C型马弗炉，重庆雅马拓科技有限公司；TD5A型离心机，湖南长沙湘仪离心机仪器有限公司。

1.3 样品的制备

在100 mL的烧杯中，加入计量的丙烯酸酯单体、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和抗氧化剂，加热至50 ℃，直至1-羟基环己基苯基甲酮和抗氧化剂完全溶解，冷却至室温；加入计量的丙烯酸酯改性聚硅氧烷和硅烷偶联剂，充分搅拌混合均匀，通过离心机脱泡处理，得到紫外光固化胶样品。

1.4 性能测试

热重分析：将UV胶在光强60 mW/cm2的紫外光下固化120 s，取10 mg样品放于坩埚，氮气保护，从室温升温至600 ℃，保持5 min，升温速率10 ℃/min。

高温烘烤模拟测试：将约1.5 g胶样涂在玻璃基板上，从一边开始缓慢将5英寸的手机导电玻璃盖在玻璃基板（厚0.7 mm）上，等胶样自然流平后，在光强60 mW/cm2下正反各光固化60 s。将玻璃基板垂直放于马弗炉中，从室温升至260 ℃，升温速率20 ℃/min，260 ℃保温1 h，观察玻璃贴合处是否存在发黄、气泡、裂纹、脱开等不良现象。

2　结果与分析

2.1 稀释单体对粘接力的影响

选取不同类型的单体，测试UV胶在高温烘烤1 h后的性能变化。胶粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份（质量份，下同），单体30份，硅烷偶联剂1份，抗氧化剂0.5份，1-羟基环己基苯基甲酮3份。实验结果见表1。

表1　稀释单体对UV胶耐高温性的影响Tab.1 Effect of diluent monomers on high temperature resistantance of UV curable adhesive

从表1可以看出，2-苯氧乙基丙烯酸酯和异十三烷基丙烯酸酯UV胶的粘接力较高。其中2-苯氧乙基丙烯酸酯的胶样有发雾现象，主要是反应速度不一致，导致相容性差，出现发雾现象，高温下容易出现相分离，导致粘接力下降。故主要选取异十三烷基丙烯酸酯作为紫外光固化胶的主要单体成分。

2.2 偶联剂对粘接力的影响偶联剂对UV胶粘接力的影响见表2。胶粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，异十三烷基丙烯酸酯30份，偶联剂1份，1-羟基环己基苯基甲酮3份，抗氧化剂0.5份。

表2　偶联剂对胶粘剂耐高温性的影响Tab.2 Effect of silane coupling agents on high temperature resistantance of UV curable adhesive

从表2可以看出，KH560和KH570对附着力的贡献比较大，其中KH560的环氧基与玻璃的亲和力较好，因此大幅提高粘接强度，而KH570的双键可以参与UV胶的固化反应，也较大程度提高了粘接强度。综合考虑，选择KH560为UV胶的偶联剂。

2.3 偶联剂用量对粘接力的影响

胶粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，异十三烷基丙烯酸酯30份，偶联剂为KH560，1-羟基环己基苯基甲酮3份，抗氧化剂0.5份。偶联剂的用量对耐高温粘接力的影响见表3。从表3可以看出，最佳偶联剂用量是1.0%～1.5%，因偶联剂的成本较高，所以选取偶联剂的用量为1.0%。

表3　偶联剂用量对胶粘剂耐高温性的影响Tab.3 Effect of coupling agent content on high temperature resistantance of UV curable adhesive

2.4 光引发剂用量对粘接力的影响

光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮是最通用的光引发剂，其吸收波长与市面上流行的主发射波长365 nm的紫外光源相匹配，同时其具有引发活性高、不易产生黄变、热稳定性好等优点。因此，本文研制的UV胶选择1-羟基环己基苯基甲酮作为光引发剂。光引发剂浓度直接影响临界曝光量E0和透射深度Dp[8]，所以，研究了光引发剂用量对粘接力的影响（见表4）。胶粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，异十三烷基丙烯酸酯30份，KH560 1份，光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮，抗氧化剂0.5份。从表4可知，最佳光引发剂用量为3份。引发剂用量少，固化不充分，粘接力不够；引发剂用量大，导致残留引发剂多，耐久性差，同时也降低了粘接力。

表4　光引发剂用量对胶粘剂耐高温性的影响Tab.4 Effect of photoinitiator content on high temperature resistantance of UV curable adhesive

2.5 抗氧化剂的种类对耐高温性能的影响

抗氧化剂的种类有很多，包括受阻酚类、有机亚磷酸酯类、含有机硫类等抗氧化剂。不同抗氧化剂在不同溶剂中的溶解度也不相同。为了找到溶解于配方体系的抗氧化剂，研究了抗氧化剂种类对UV胶耐高温性能的影响（见表5）。胶粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，异十三烷基丙烯酸酯30份，KH560 1份，1-羟基环己基苯基甲酮3份，抗氧化剂0.5。从表5可知，抗氧化剂6026的效果最好。

表5　抗氧化剂对胶粘剂耐高温性的影响Tab.5 Effect of antioxidants on hightemperature resistantance of UVcurable adhesive

2.6 抗氧化剂用量对耐高温性能的影响

胶粘剂组成：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70份，异十三烷基丙烯酸酯30份，KH560 1份，1-羟基环己基苯基甲酮3份，抗氧化剂6026。抗氧化剂用量对胶粘剂耐高温性的影响见表6、图1。从表6和图1可以看出，最佳的抗氧化剂用量是0.4%。因为抗氧化剂用量太小，不能完全清除热降解产生的自由基；用量太大，可与光引发剂引发时产生的自由基反应，降低了反应交联程度。

表6　抗氧化剂用量对胶粘剂耐高温性的影响Tab.6 Effect of antioxidant content on high temperature resistantance of UV curable adhesive

图1　抗氧化剂用量对胶粘剂耐高温的影响Fig.1 Effect of antioxidant content on high temperature resistantance of UV curable adhesive

3　结论

最佳耐高温紫外光固化胶配方为：丙烯酸酯改性聚硅氧烷70质量份，异十三烷基丙烯酸酯30质量份，γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1质量份，1-羟基环己基苯基甲酮3质量份，抗氧化剂0.4质量份。用此配方制备的UV胶对玻璃的粘接力较好，且有优异的耐高温性能，在260℃烘烤1 h没有气泡和裂纹。

参考文献

[1]吴健伟,赵玉宇,赵汉青,等. UV-固化胶黏剂收缩率的研究[J].化学与黏合,2005,27(2):96-100.

[2]陈用烈,曾兆华,杨建文.辐射固化材料及应用[M].北京:化学工业出版社,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

作者简介：甘淳（1991-），男，在读研究生，研究方向：高分子材料。E-mail：592493063@qq.com。

收稿日期：2016-01-22

中图分类号：TQ577.3+5

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2016）04-0040-04