紫外線固化uv膠

紫外線固化uv膠

紫外線固化uv膠,簡稱是UV技術,被認為是一種環境友好的綠色技術,亦稱3E技術,即節能(energy)、環保(environment)、經濟(economy),主要套用於塗料、油墨、膠粘劑等領域。

基本介紹

  • 中文名:紫外線固化uv膠
  • 簡稱:簡稱UV技術
  • 主要套用:主要套用於塗料、油墨
  • 廣泛套用:廣泛套用於玻璃製品與珠寶業
介紹,簡單常識,組成,固化裝置,套用,

介紹

紫外線固化技術(簡稱UV技術),被認為是一種環境友好的綠色技術,亦稱3E技術,即節能(energy)、環保(environment)、經濟(economy),主要套用於塗料、油墨、膠粘劑等領域。其中紫外線固化UV膠廣泛套用於玻璃製品與珠寶業、玻璃家俱、醫療器具、電子、電器、光電子、光學儀器、製造等領域,如電子線路板、電子元器件、數位相機、電子稱製造、蜂鳴片等產品的製造。

簡單常識

1.什麼是UV?
UV是紫外線Ultra—Violet ray的簡寫,是波長在200-450nm的這段光線,其中UVA波長在320-390nm,UVB波長在280-320nm,UVC波長在280nm以下,UVV波長在390nm以上。
2.UV固化光源
2.1電極式的UV燈(Arc UV Lamp)便宜,燈管壽命短,UV光輸出比率低;
2.2無電極式的UV燈(Electrode-less)強度穩定,燈管壽命長達3000h,一般產生310nm、365nm、410nm,多為365nm的高壓、中壓汞燈;
2.3 燈泡式UV燈
2.4 燈管式UV燈
2.5 點光源UV燈
3.UV硬化條件
3.1 UV照度與燈管輸出強度、反射鏡的設計、照射距離等參數有關;
3.2 紫外線照射量=紫外線照度×時間
(mi/cm (mw/cm) (s)
3.3 UV能量決定生產效率和固化溫度;
3.4 UV光普分布:燈管種類的選擇如D燈、H燈等;
4.紫外線固化 UV膠組成:由齊聚體、單體、光引發劑、各種助劑;
5.UV固化原理
UV固化材料中的光引發劑(或光敏劑)在紫外線的照射下吸收紫外光後產生活性自由基或陽離子,引發單體聚合、交聯和接支化學反應,使黏合劑在數秒鐘內由液態轉化為固態;
6. UV膠性能特點:
6.1固化快、反應可控制;無溶劑、無污染;適合自動化作業;
6.2 粘接材料廣泛、粘接強度高,可結構粘接、套用面廣泛;
6.3光學性能優;膠液無色透明、固化後透光率>90%,有無影膠之稱;
6.4 耐候性優,不黃變;
6.5 缺點是被粘物必須一面透光,固化時需要設備才能固化;
7.紫外線固化UV膠與其它膠區別:
紫外線固化UV膠在紫外燈照射下1-5S初固,20-30S即可粘接完成,照射後即可達到較高強度,可以滿足自動化生產線節奏的需要,第二代丙烯酸酯結構膠1-10min初固,24h才能達到最高強度,室溫固化環氧結構膠10-120min初固,7d才能達到最高強度。

組成

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、剪下強度、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為單官能單體、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,它有利於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,為適應生產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單體主要有於(甲基)丙烯酸酯類、乙烯基類和乙烯基醚類等,如苯乙烯丙烯酸丁酯丙烯酸異辛酯丙烯酸異冰片酯二縮三丙二醇二丙烯酸酯、已二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯等。套用這些單體除了考慮粘合的性能,成本等因素外,還要考慮刺激性和毒性,一些刺激性和毒性較大的品種逐漸被淘汰,更多刺激性和毒性低的品種被開發出來並用於工業生產。
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。
光引發劑是任何UV固化體系都需要的主要組分之一,對UV固化體系的靈敏度(固化速率)起決定作用。光引發劑有自由基光引發劑和陽離子光引發劑,分別套用於自由基體系和陽離子體系。自由基引發劑常用的有羰基化合物偶氮化合物、有機硫化物、氧化還原物質、鹵素化合物有機金屬化合物、增鹹染料等。套用較廣泛且效果較好的是羰基化合物,主要有聯苯甲醯二苯甲酮、安息香及其醚化合物如安息香乙醚安息香丁醚等。
陽離子光引發劑品種少且價格高,所以一直以來陽離子固化體系發展緩慢,所占的份額低。目前套用的種類有二芳基碘鹽,三芳基硫鹽和芳茂鐵鹽等。
與自由基光固化體系相比,陽離子光固化體系具有以下優點:
(1)固化時體積收縮小,附著力強;
(2)不被氧氣所阻聚,在空氣氛圍中可獲得快速而完全的固化;
(3)固化反應不易終止,適用於厚膜和色漆的固化。
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
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
可忽略
對氧的敏感性
對鹼的敏感性
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
總之,儘管由於開發時間短,以及價格等因素,陽離子光引發體系目前僅占整個UV固化市場約5%,但鑒於上述較之自由基固化體系的優點,將是一類大有前途的光引發體系。由於基礎研究和開發的時間較短,因此尚有很多不夠完善的地方。例如,研究出能夠更多地吸收UV,或吸收更長波長的陽離子引發劑使之免受顏料的影響,這可能就是今後在該領域的一個發展方向。
4、其它助劑
其它助劑有穩定劑、附著力增強劑、顏料色素、觸變劑等,種類和要求大體上與一般丙烯酸粘合劑相同。唯獨顏料和色素的使用需注意對紫外線的吸收和散射,可能會影響固化速度和固化深度。

固化裝置

用於紫外線固化UV膠固化的輻射裝置通稱光固化機,可分為履帶式、箱式、點光源系列。它的構造比較簡單,主要由光源、反射器、冷卻系統(風冷或水冷)和傳動裝置(傳送帶)組成。
紫外線由紫外燈產生,常用的紫外燈源有低壓汞燈中壓汞燈高壓汞燈氙燈金屬鹵化物燈以及最新式的無極燈。其中中壓汞燈相對便宜、易於安裝和維護,且在此340~380nm範圍波長的強烈輻射峰,正好落在許多光引發體系的吸收譜。因此中壓汞燈獲得廣泛的套用。

套用

自1960年,國外報導了UV光固化膠粘劑以來,人們對其進行了大量的研究.並取得了令人矚目的成就。如今UV膠已在許多工業裝配領域成功套用,尤其是需要快速裝配的高技術產業領域,例如LCD製造業、照相機等光學產品製造業、光碟製造業(CD、VCD、DVD、DVD一R)、手錶製造業、蜂鳴器、手機按鍵的裝配、電子線路板的製造、偏光部件的製造等光電信息產業的電子部件製造。在日用品領域,例如玻璃家具的製造、玻璃工藝品的組裝、玩具、珠寶等裝飾品的組裝上也普遍使用UV膠。甚至傳統產業也在大量使用UV膠進行裝配,例如磁電機的裝配。可獲得快速、高效的生產效率。
隨著科技人員不斷的研究進取,UV膠的一些缺點得到了克服,套用領域得到擴展。例如,套用新型的光引發劑可使固化波長向可見光方向擴展,可用可見光固化;套用高效的光引發劑可用於有色或含填料體系的粘接,可在透光率低至0.01~20%的基體之間的粘合。又如,將UV固化技術和厭氧固化、熱固化技術相結合製造出雙重固化的產品,它不僅能對透光部分進行光固化,非透光部分也可進行厭氧或熱固化。
表2、表3列出歐洲紫外固化膠粘劑套用情況,其中涉及醫療、玻璃製品、汽車、電器、電子和光電子部分。
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)
175
696
非結構膠粘劑
4675
7430
合計
4850
8126
表3 2000-2005年歐洲紫外固化結構膠粘劑套用市場情況(噸、年增長率%)
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膠一些主要套用領域:
1、在醫療用品中的套用
一次性用品成為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、珠寶業的套用
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套用,更重要的是安全玻璃的套用。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產時間約20小時左右。而藉助UV固化粘合劑則僅需幾秒或幾分鐘即可完成粘接過程。這樣大大縮短了生產周期,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套用領域,儘管受時尚的影響很大。
3、在電器和電子行業套用
紫外光固化膠粘劑在電器和電子套用的發展速度最快,兩者合計的年增長率平均為9.2%,估計用量由2000年的45噸增加到2005年的70噸,主要用途包括:
①智慧卡和導電聚合物顯示器的粘接和密封;
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)貼上表面元件;
④印刷電路板上積體電路塊粘接;
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於這一領域,其套用覆蓋汽車燈裝配、倒車鏡和氣袋部件的粘接和燃油噴射系統
4、在光電子、信息行業套用
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:數字光碟製造業、光學纖維粘合和液晶和聚合物顯示器。
進入資訊時代,光碟作為最重要的信息載體之一需求量十分驚人,預計未來5年將呈爆炸式增長。無論是現在還是未來都將是紫外光固化膠粘劑最大的套用領域。C D、C D—R、C D—R W製造中主要用於反射膜層、保護膜層的塗覆。而更大的用量是在D V D製造業,關於DVD生產有很重要的二點:首先是不像其前身CD光碟,它的製造依靠兩層聚碳酸酯膜粘接在一起構成基本盤;其次,不是以點而是以面來粘接,使得用量增加。另外用於DVD包裝的密封罩也使用紫外光固化膠粘劑。
DVD的需求趨勢表明,DVD市場加上家庭影院在內有很高的增長率。考慮到諸如多層DVD的潛在技術的發展,用於該領域的市場規模會有巨大的增長,到2005年可達575噸,相應的年增長率可達45%。
光導纖維和導電泵合物顯示器也是套用領域之一,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。
液晶及聚合物顯示器是LCD技術的延續,最具發展前景的扁平面板顯示技術-液晶顯示器(LCD),正經歷著迅速發展,成為市場熱點。現時液晶顯示器被廣泛套用於電子設備上,這些設備包括﹕
*手錶、計算器
*電視螢幕
*攝像機/時鐘
*測試儀讀數盤
*汽車電子儀錶盤
*個人數字助理(PDA)顯示屏
紫外光固化膠粘劑在液晶顯示器製造中用途如下:
①光電組件對位臨時固定;
②主機板密封;
③連線埠密封;
④金屬引端子的粘接;
⑤柔性封端;
⑥裸晶片貼裝;
⑦同向異位和薄膜粘接,以及FCOG蓋塗層。
我國是全球液晶顯示器的主要生產地,所用材料仍需大量進口,LCD組裝用UV固化膠粘劑主要使用日本等國的產品,以三鍵公司(Three Bond)為代表。
在計算機硬碟製造用,磁頭與折片粘接工作程式是:把少量的膠加在折片前端的舌片上,再由中央具夾著磁頭放在舌片加膠處。用一定強度的紫外光照射數秒鐘,使膠粘劑初固化;然後從自動粘合機中取出,經加工處理後放人烘箱,在設定的溫度下加熱固化。是屬於紫外—熱固化雙重固化。
5、非結構性紫外光固化膠粘劑
非結構性膠粘劑產量較大,2000年大約生產4000噸,主要類型分為壓敏膠型和紙板和包裝箱用膠。四個成品性良好的紫外光敏膠帶和標籤市場的:
①醫用膠帶和修補用醫療壓敏膠;
②專用工程膠帶,例如汽車和管道業;
③透明電影膠片標籤;
④功能標籤。

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