紫外固化胶粘剂作用机理及研究进展

紫外固化胶粘剂作用机理及研究进展

摘要：阐述了UV胶（紫外固化胶粘剂）的作用机理、应用现状和新的研究进展。

关键词：UV固化；胶粘剂；研究进展，结构胶，发展前景。

1.前言：

紫外线胶又称无影胶、光敏胶、UV胶，它是指必须通过紫外线光照射才能固化的一类胶粘剂，它可以作为粘接剂使用，也可作为油漆、涂料、油墨等的胶料使用。紫外线固化技术，被认为是一种环境友好的绿色技术，近些年取得了快速发展，主要应用于涂料、油墨、胶粘剂等领域。在辐射固化领域中，UV固化胶粘剂虽然所占的比例仅为1%，但发展却是最为迅速的。UV固化胶粘剂中，结构性UV胶约占UV胶的20%。

近年来，自由基和阳离子引发体系、杂化引发体系以及双重固化体系都有大量研究报道，有很多成果应用于时间。预聚物和活性稀释单体的种类及质量都有很大提高，这些都促进了辐射固化胶粘剂的发展。

2.作用机理

粘结机理：人们对粘结机理进行了大量的研究，提出了很多粘结理论，其中主要有以下5种。

①机械理论

机械理论认为，胶粘剂必须渗入被粘物表面的空隙内，并排除其界面上媳妇的空气，才能产生粘接作用。

②吸附理论

吸附理论认为，粘接是由两材料间分子接触和界面力产生所引起的。粘接力的主要来源是分子间作用力包括氢键力和范德华力。胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫浸润，要使胶粘剂润湿固体表面，胶粘剂的表面张力应小于固体的临界表面张力，胶黏

剂进入固体表面的凹陷与孔隙就形成良好润湿。

③扩散理论

扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生的。当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长脸大分子聚合物时，扩散理论基本是适用的。

④经典理论

经典理论又称为双电层理论，由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在，则是对该理论有力的证实。但经典理论无法解释性能相同或相近的聚合物之间的粘接。

⑤弱边界层理论

弱边界层理论认为，当粘接破获被认为是界面破坏时，实际上往往是内聚破坏或若边界层被破坏。

固化原理：UV固化材料中的光引发剂（或光敏剂）在紫外线的照射下吸收紫外光后产生活性自由基或阳离子，引发单体聚合、交联和接枝化学反应，使粘合剂在数秒内由液态转化为固态。

3.结构型UV胶的组成与传统结构胶的比较

结构型紫外线固化胶粘剂的固化属于光引发的自由基，其基本组成为：基础聚合物，即光交联性聚合物（相对分子质量一般在1000~5000）；光聚合性单体，即单体或活性稀释剂（常带有可自由基聚合的乙烯基官能团）；助剂，如阻聚剂（或稳定剂）、着色剂、触变剂、增粘剂、填充剂、增塑剂等；光引发剂，在紫外光照射下可产生活性自由基。

光交联性聚合物对UV固化胶粘剂的性能有决定性的影响，主要有聚酯类，聚醚类，环氧类，氨基甲酸酯类（甲基）丙烯酸酯等。合理选择光交联性聚合物，可以满足不同使用要求和不同性能紫外线固化胶的要求。配方设计时，要综合平衡胶液固化前的工艺性、稳定性以及固化物的特性和价格。

经过配方设计，结构型UV固化胶可以达到传统结构胶的各种性能。而室温固化环氧结构胶10~120min初固，7d才能达到最高强度；第二代丙烯酸酯结构胶1~30min 初固，24h才能达到最高强度；结构型UV胶1~5s初固，1h即可达到最高强度，可以满足自动化生产线节奏的需要，这是其他类结构胶无法比拟的。

4.UV固化胶粘剂的研究进展

自由基光引发体系应用较早，技术也较为成熟，是目前UV固化胶粘剂的主流。国内外研究了各种具有不同特性的自由基光引发胶粘剂。如马家举等研制的有聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯组成的用于光纤并带的UV固化胶粘剂，用酰基磷氧化物光引发剂合成的UV固化胶粘剂，以用于制造光盘，此种胶固化后在80℃、90%相对湿度下，一周后粘合力优良。Acheson公司以丙烯酸-2-苄氧乙酯、聚丁二烯丙烯酸酯、聚氨酯基丙烯酸酯为主原料开发了耐湿耐热的UV固化胶粘剂。李桂芝等研究了聚氨酯甲基丙烯酸酯胶/环氧丙烯酸酯胶自由基混合体系，改善了胶的综合性能。

倪晓军等人用甲基丙烯酸改性环氧树脂，用BDMB(Aldrich）作为光引发剂、二苯甲酮作为光敏剂，以铜粉作为填料，制成紫外固化的各向异性导电胶，可用于对高温敏感的液晶显示。电致发光技术中ITO玻璃与激励电路的连接。

Dccker、Ngugen等人研制的光固化丙烯腈丁二烯橡胶基热熔粘合剂，添加二丙烯酸酯或三官能基单体以增大聚合速度和交联密度。这种粘合剂具有耐热性和耐化学性，适用于层压制作安全玻璃和柔性印刷版。

Schaeffer等合成了一系列新型丙烯酸酯预聚物以及多官能团丙烯酸酯单体。这些新型的预聚物对一系列未经电晕处理的基材有良好的粘附力、耐化学腐蚀性且柔韧性优良。

阳离子光引发体系是在上世纪70年代末发展起来的，它不仅在链终止阶段可产生新的引发中心，而且在光照消失后仍进行后固化，是光线不以达到的部位固化充分。存在的问题是光固化速率慢、预聚体和稀释剂及光引发剂品种少，价格偏高，受温度和碱氛围影响大。

日本专利JP11424用环状化合物和橡胶态聚合物，配以增粘剂、阳离子引发剂配制UV固化胶粘剂，对不锈钢有极强的粘接性；JP1017843以液态环氧树脂（如Adeka Ep-4100或Epikote828）与固态环氧树脂（如YCN-701）为基料，加阳离子引发剂Sp-170制成UV固化胶粘剂，该胶有良好的初粘力及润湿性能。

芳茂铁盐对环氧的聚合引发活性较低，一般在光照后需适当加热，已完成固化交联，这种固化滞后看似一种缺陷，但对一些特殊应用场合具有独特的价值。

针对自由基光固化体系和阳离子固化体系的优缺点，近年杂化体系脱颖而出。此种体系既可自由基聚合又可阳离子聚合，得到的自由基-阳离子杂化体系兼有两种体系的优点，总和性能更好。

为了组成杂化体系，可以简单地将自由基固化体系和阳离子固化体系配合，或者