柔性透明导电膜用UV 胶的配方探讨

徐丹丹，秦苏琼，陶 军，瞿 然，刘世国

( 连云港华海诚科电子材料有限公司， 江苏 连云港 222047)

柔性透明导电膜是一种重要的光电材料，具有广泛的应用前景。它具有良好的柔韧性和可塑性，能够适应各种弯曲和变形，从而在柔性电子器件中发挥重要作用。柔性透明导电膜的主要成分是氧化铟锡（ITO），这是一种具有优异导电性能和透明性的金属氧化物。通过采用真空溅射等方法，可以在聚酯基板上沉积出均匀的ITO 薄膜，从而制得柔性透明导电膜[1]。这种膜具有良好的导电性能和可见光透射率，同时还能够适应各种弯曲和变形，具有较好的柔韧性和可塑性。由于柔性透明导电膜柔韧性好和可塑性强的优异性能可以广泛应用于各种柔性电子器件制造中，如：在柔性太阳能电池中，柔性透明导电膜可以用作电极材料，将光能转化为电能；在柔性显示器中，柔性透明导电膜可以用作像素电极或触控电极，实现高清晰度和高灵敏度的显示效果；此外，柔性透明导电膜还可以应用于柔性传感器、柔性照明、柔性透明电加热膜、电磁屏蔽膜、智能家居的控制面板的触控、语音识别、远程控制功能等领域。随着科技的不断进步和人们对于便携式、可穿戴电子设备的需求增加，柔性透明导电膜的应用前景将会越来越广泛。

1 制造柔性透明导电膜的压印技术与UV 胶

随着工艺技术的不断发展，柔性透明导电膜的应用领域将会继续拓展，为人们的生活带来更多便利和惊喜。柔性透明导电膜用UV 压印技术是指不适用光线或辐照使光刻胶成型，而是直接在基板上利用物理学机理构造尺度图形，如图1所示。不受光源波长限制，可以简单制作出解析度小于10 nm 的图形。该机理具有工艺简单、成本低、解析度高、产能高等优点[2]。

图1 UV 压印示意图

本文所探讨的柔性透明导电膜用UV 胶主要用于新型电子显示屏材料的制备。由于电子显示屏的需求不断增长，对于透明导电膜材料的要求也越来越高。柔性透明导电膜用UV 胶的出现，为电子显示屏的制备提供了新的解决方案。柔性透明导电膜用UV 胶具有快速固化、高粘附力、优良的透明性和导电性等特点。它采用UV 光固化技术，能够在短时间内快速固化，提高生产效率。同时，柔性透明导电膜用UV 胶还具有良好的粘附力，能够与各种基材紧密结合，确保电子显示屏的稳定性和可靠性。此外，它还具有良好的导电性能和透明性，能够满足电子显示屏的高清晰度和高亮度要求。通过使用柔性透明导电膜用UV 胶，可以制备出轻薄、透明、可弯曲的电子显示屏，满足人们对于便携式、可穿戴电子设备的需求。这种显示屏是一种特殊的新型光学材料，即柔性透明导电膜。导电膜上的线路将信号传输到显示屏，从而代替传统硬质基材透明导电膜制作的显示屏[3]。有机柔性基材上制备的透明导电膜不仅具有相同的光电特性，而且还具有许多独特优点，如：可弯曲、质量轻、不易破碎，可以采用卷对卷工业化连续生产方式有利于提高效率、便于运输等。所以，在该应用中，柔性透明导电膜用UV 胶通过引入光学性能优异的官能团合成聚氨酯丙烯酸预聚体，多种光引发剂的配合使用，新型助剂研究等，最终得到黏度小（＜1 Pa·s），固化速度快（＜10 s），光学性能好（折射率＞1.51），表面铅笔硬度非常高（超过了H 等级，具有出色的抵抗变形或损伤的能力）。附着 力 达 到 3 级（75% 百 格 不 脱 落， 参 照GB/T9286-1998《色漆和清漆划格试验》标准）的柔性透明导电膜压印用紫外光固化胶。

此外，柔性透明导电膜用UV 压印技术已经可以制作线宽在5 nm 以下的图案。由于省去了光学光刻掩模版和使用光学成像设备的成本。因此柔性透明导电膜用UV 压印技术具有低成本、高产出的经济优势。因而对柔性透明导电膜用UV胶的改性，在柔性透明导电膜用UV 压印技术的应用仍有大量的研发提升空间，在开拓其领域的应用具有重大的实用价值。

2 UV 胶的配方

柔性透明导电膜用UV 胶是由预聚体、单体、光引发剂和其它助剂组成。

2.1 适用于柔性透明导电膜用UV 胶的预聚体

适用于柔性透明导电膜用UV 胶的预聚体主要包括聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯。这些预聚体具有良好的弹性和粘附性，能够与各种基材紧密结合，同时保持透明度和导电性能。

聚氨酯丙烯酸酯预聚体具有较好的弹性和耐候性，能够适应各种环境条件。它可以通过与其他单体和光引发剂进行聚合反应，形成具有良好粘附力和柔韧性的UV 胶。这种UV 胶可以应用于柔性透明导电膜的制备，具有良好的导电性能和透明度。

聚酯丙烯酸酯预聚体也是一种常用的预聚体，具有良好的透光性和粘附性。它可以与其他单体和光引发剂进行聚合反应，形成具有良好柔韧性和耐 性的UV 胶。这种UV 胶适用于需要长期保持粘附力的场合，如柔性电子设备等。

预聚体是UV 胶的主要成分，其结构和分子量大小决定了胶黏剂的最终性能，如光固化速率、粘结性能、透明度、耐抗性、硬度和柔韧性等。常用的预聚体有聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、纯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯等。随着光固化技术的发展，出现了一些新的预聚体，如超支化低聚物、自由基阳离子杂化低聚物等。目前主流的压印工艺有硬膜压印和软膜压印2 种（如图2、图3 所示），不同的压印工艺需要有胶本身的软硬度和模板相匹配，柔性透明导电膜用UV 胶中主最主要的有效成分是光敏性聚氨酯预聚体和各类单体，其中预聚体的合成工艺通过选用不同的链段结构原材料合成新型的聚氨酯丙烯酸中间体，研究其对耐水性、伸长率、光学性能、附着力的影响。

图2 硬膜压印

图3 软膜压印

对于新合成的预聚体利用核磁技术分析出其链结构，利用液相色谱进行分子量分析。准确标示出样品的主链结构、软段/ 硬段比例，从而得到预聚体相关信息以及指导预聚体时的原材料选择，如图4 所示。

图4 预聚体合成示意图

利用红外和拉曼对核磁结果进行验证。同时进一步确认不同结构胶固化后对不同导电墨的粘接力，决定了对模板的脱模效果，如图5 所示。

图5 导电墨对比分析图

分子结构设计：通过分析下游柔性透明导电膜用UV 胶客户的工艺要求，对胶的硬度、表干和不同金属的粘接能力进行规划设计，选择合适的软段分子和硬段分子，同时引入功能基团以实现想要的性能，如图6 所示。

图6 红外拉曼光谱分析图

总之，适用于柔性透明导电膜用UV 胶的预聚体主要包括聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯。它们具有良好的弹性和粘附性，能够与其他单体和光引发剂进行聚合反应，形成具有良好导电性能和透明度的UV 胶。根据实际需求选择合适的预聚体，可以调节UV 胶的性能，满足柔性透明导电膜的应用需求。

2.2 适用于柔性透明导电膜用UV 胶的单体和光引发剂

适用于柔性透明导电膜用UV 胶的单体和光引发剂有很多种，常见的选择为：

（1）单体

丙烯酸酯单体：如甲基丙烯酸甲酯、异丙基丙烯酸甲酯等，具有良好的透光性和粘附性，能够与各种基材紧密结合；

聚氨酯丙烯酸酯单体：具有较好的弹性和耐候性，能够适应各种环境条件；

聚醚丙烯酸酯单体：具有较好的柔韧性和耐水性，适用于需要长期保持粘附力的场合。

（2）光引发剂

1173 光引发剂：一种高效的自由基型光引发剂，能够吸收UV 光并转化为具有活性的自由基，引发单体聚合反应；

184 光引发剂：一种常用的自由基型光引发剂，具有快速固化、高引发效率和高粘附力等特点；

907 光引发剂：一种自由基型光引发剂，具有较低的熔点，容易与其他成分混合，提高UV 胶的加工性能；

二苯甲酮光引发剂：一种阳离子型光引发剂，能够吸收UV 光并转化为具有活性的阳离子，引发单体聚合反应。

单体是UV 胶的重要组成，一方面对胶黏剂起到稀释剂的作用，使胶黏剂具有合适的施工黏度；另一方面具有反应活性，在UV 光的照射下，与低聚物形成网络结构，提高体系的光固化速率和改善某些物理化学性能。在自由基UV 胶中常用的单体为功能性（甲基）丙烯酸酯类活性稀释剂。阳离子UV 胶中所用的单体则为乙烯基醚化合物或环氧化合物。同时，不同类型的UV 胶使用不同类型的光引发剂。自由基UV 胶主要用安息香醚、二苯甲酮、光引发剂651、光引发剂1173、光引发剂184、光引发剂TPO 等。阳离子UV 胶黏剂则以硫鎓盐或碘鎓盐阳离子光引发剂为主。可见光胶黏剂则主要用樟脑醌或配合TPO、819 等光引发剂。

在预聚体的性能基础上，通过DOE 设计选择确定的单体品种用量，选择出合适的单体，以完善产品使用性能。通过不同引发剂的选择，以确定胶最佳引发波长，进一步和客户使用工况的曝光时间想配合。

通过选择不同结构的丙烯酸单体以及光引发剂，研究其配合使用比例，研制具有一定硬度，快速固化的胶黏剂。单体的选择中会遇到附着力、硬度、固化速度等相悖之处，如何确定选择及确定单体用量将是柔性透明导电膜用UV 胶的重要研究方向。

2.3 适用于柔性透明导电膜用UV 胶的助剂和填料

适用于柔性透明导电膜用UV 胶的助剂和填料有很多种，常见的选择为：

（1）助剂

流平剂：可以改善UV 胶的表面质量，使其更加光滑和平整；

消泡剂：可以消除UV 胶固化过程中产生的气泡，提高透明度和导电性能；

增塑剂：可以增加UV 胶的柔韧性和可塑性，使其更好地适应柔性基材的变形；

稳定剂：可以增加UV 胶的化学稳定性和耐候性，使其在恶劣环境下保持性能的稳定。

（2）填料

金粉、银粉、铜粉、镍粉等金属粉末：这些金属粉末具有良好的导电性能，可以提高柔性透明导电膜的导电性能；

石墨、炭黑等碳系填料：这些碳系填料也具有良好的导电性能，可以提高柔性透明导电膜的导电性能；

镀银铜粉、镀银二氧化硅粉等镀银填料：这些镀银填料不仅可以提高柔性透明导电膜的导电性能，还可以起到反射红外线的作用，具有一定的隔热效果；

玻璃微珠等无机填料：这些无机填料可以提高柔性透明导电膜的抗冲击性能和耐磨性。

在选择适用于柔性透明导电膜用UV 胶的助剂和填料时，需要根据实际需求进行选择和调整。通过合理地添加助剂和填料，可以调节UV 胶的性能，使其更好地满足柔性透明导电膜的应用需求。偶联剂可同时与极性材料和非极性材料产生一定结合力，提高胶黏剂的粘结作用；阻聚剂可用来阻止或延缓胶黏剂中含有不饱和双键的树脂、活性稀释剂等在贮存或运输过程中发生交联反应的物质，常用的为对苯二酚、对甲氧基苯酚等。

通过对UV 胶固化表面研究，柔性透明导电膜用UV 胶需选择促进表面固化的助剂，实现固化后表面干燥度好且光滑。氧气对丙烯酸体系胶的固化是有阻聚作用的，如何实现表面固化光滑，需要添加合适的助剂，消除氧阻聚带来的影响（如图7、图8 所示）。

图7 助剂消除氧阻聚的机理

图8 丙烯酸酯单体在空气中的聚合速率与在氮气中的聚合速率对比

填料可分为无机填料和有机填料2 类。

1）无机填料

硅酸盐类：例如滑石粉、云母粉、高岭土等，具有较高的熔点，且化学稳定性良好，对光、热、电等具有优良的绝缘性；

金属氧化物：如氧化锌、氧化铝、氧化镁等，具有良好的电绝缘性和耐热性；

盐类：例如硫酸钡、碳酸钙等，具有较高的熔点和化学稳定性。

2）有机填料

合成树脂类：如聚乙烯、聚丙烯、聚酯等，具有较低的密度和良好的绝缘性；

橡胶类：如天然橡胶、合成橡胶等，具有良好的弹性和耐油性；

纤维类：如玻璃纤维、碳纤维等，可以提高材料的强度和弹性模量。

在柔性透明导电膜用UV 胶中，可以根据需要选择合适的无机填料或有机填料，以调节胶的性能，满足不同的应用需求，填料不与主体材料起反应，但可以改善胶的性能、降低胶的成本。例如，对于需要高导电性能的场合，可以选择含有高导电填料的UV 胶；对于需要高透明度的场合，可以选择低粘度、低填料的UV 胶。

3 结束语

通过对柔性透明导电膜用UV 胶配方的深入探讨，明确柔性透明导电膜用UV 胶的黏度、硬度、附着力、光学性能、耐水性、伸长率等的物理化学性能将如何实现理想效果，同时也确定其对柔性透明导电膜所用的UV 胶对压印工艺及产品性能有重要作用，对实现高精度印刷效果、导电膜柔韧性、透光率和稳定性都有重要的意义。