UV固化与可见光固化能力 UV Curing with Visible Cure Capability
使用仅在UV光谱范围照射固化黏合剂配方,设计过程被限制在将UV光传输到基层表面,或在黏合剂暴露在光源下灌封,密封,定位使用。很多半透明,带色,和UV屏蔽物,如一些塑料,陶瓷对UV胶接并不使适用。通过可见光和UV光固化黏合剂可以固化对UV屏蔽作用物如聚碳酸酯,聚苯乙烯和丙烯酸树脂。它们也提供深度固化。
配方设计仅在可见光下固化速度与UV相比很慢。使用长波段UV和可见光激活光敏剂,黏合剂固化速度可达到单独使用UV速度50%以上。表2 给出了不同商业灯下UV,UV/可见光固化速度。
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Lamp Type |
Visible Cure Adhesive Cure Rate |
UV Cure Adhesive Cure Rate |
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Description |
Spectral Output, nm |
Intensity mW/cm |
Wave-length, nm |
Between Glass |
On Surface |
Between Glass |
On Surface |
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Visible curing flood |
390-500 |
50 |
436 |
4-8 sec |
4-5 min |
- |
- |
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Moderate intensity UV flood |
300-500 |
50 |
365 |
1-4 sec |
40-240 sec |
2-6 sec |
60-360 sec |
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Higher intensity UV flood |
200-500 |
50 |
365 |
1-3 sec |
10-40 sec |
1-4 sec |
20-40 sec |
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Moderate intensity enclosed UV flood |
200-500 |
250 |
365 |
1-4 sec |
40-240 sec |
2-6 sec |
60-360 sec |
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Visible curing spot |
200-500 |
700 |
436 |
1-4 sec |
30-60 sec |
- |
- |
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High intensity UV spot |
200-500 |
2500 |
365 |
< 1-2 sec |
2-10 sec |
1-3 sec |
3-5 sec |
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Highest intensity UV spot |
200-500 |
6000 |
365 |
< 1-2 sec |
1-5 sec |
< 1-2 sec |
1-3 sec |
Table 2: UV and UV/Visible Adhesive Cure Speed3 |
发射可见光的高强度灯和长波段UV灯(365—500nm)都是有用的。因为这些灯并不发射短波UV光,屏蔽要求最小化。
丙烯酸光固化黏合剂Acrylic Light Cure Adhesives
典型的丙烯酸单体和低聚物被用于UV光固化黏合剂配方中。新配方工艺也能固化暴露在可见光下黏合剂,这些丙烯酸配方固化后形成热塑性树脂,比非胶联黏合剂如氰基丙烯酸酯黏合剂有更好的耐热性和耐化学性。由于配方和固化条件不同,光固化丙烯酸黏合剂可提供胶黏范围从坚硬、高模量到柔韧、中等延伸材料。黏合剂黏度范围从如水一样低黏度到触变性胶凝。表3给出了丙烯酸光固化黏合剂用于装配线上和层压法典型配方。
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General Purpose |
Laminating |
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Components |
Parts by Weight |
Components |
Parts by Weight |
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Urethane acrylate |
33 |
Acrylate oligomer |
91 |
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Isobornyl acrylate |
33 |
Urethane acrylate |
6 |
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Trimethylolpropane triacrylate |
25 |
Adhesion promoters |
2.5 |
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Pigment and stabilizer |
5 |
Photoinitiator |
0.5 |
|
Photoinitiator |
4 |
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Table 3: Example UV Cured Acrylic Adhesive Formulations for General Purpose Assembly and for Laminating Applications
光固化黏合剂配方成功关键在于选择光敏剂。黏合剂使用的特殊光谱能(取决于被黏接物和原材料以及光照类型)必须与光敏剂匹配。光敏剂制造厂商公布了激活光敏剂所要波长。在UV光固化黏合剂中常用的光敏剂见表4。一个典型的UV固化丙烯酸体系的光敏剂芳酮化合物。
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Photoinitiators |
Oligomers |
Monomers |
- Anthraquinone derivatives
- Benzoin ethers
- Benzil
- Benzophenone
- Camphorquinone
- Diphenoxy benzophenone
- Fluorenone derivatives
- Thioxanthone derivatives
- Zanthone derivatives
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- Acrylic acrylate
- Epoxy acrylate
- Urethane acrylate
- Polyester acrylate
- Polyether acrylate
- Miscellaneous resins
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- 1-(2-ehtyloxyehtyoxy) ethyl acrylate
- Lauryl acrylate
- 2-phenoxyethyl acrylate
- Tetrahydrofurfuryl acrylate
- Isobornyl acrylate
- Dipropylene glycol diacrylate
- Propoxylated glyceryl triacrylate
- Ethoxylated bisphenol A diacrylate
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Table 4:Typical Photoinitiators, Oligomers, and Monomers Used in Light Curing Adhesives
同光敏剂供应商一样,设备制造商公布了他们制造灯的发射光谱。长波段UV在深度方面有较好的配方,它们对厚的,填充的和加固体系也能有效固化。大多数聚合物被制成丙烯酸酯,包括环氧树脂,聚氨酯,聚酯,聚醚和弹性体。活性单体主要应用于低黏度、未固化材料中,这些活性单体必须与配方中要求的树脂匹配,要求整体性如挠性、硬度、固化性和耐久性。同早期产品相比,新的单体已经在安全性和毒性有了改良。在UV/可见光固化黏合剂中常用的单体和低聚物列于表4。
辐射固化黏合剂添加物包括稳定剂(防止胶凝和低量光照引起早期硫化),颜料,染料,消泡剂,附着力促进剂,消光剂和润湿剂。UV固化黏合剂添加物已在早期文章SpecialChem4Adhesives中论述4
光固化氰基丙烯酸酯黏合剂 Light Curing Cyanoacrylate Adhesives
近来发展起来的光固化氰基丙烯酸酯黏合剂与氰基丙烯酸酯黏合剂和丙烯酸光固化黏合剂相比有很多优点,同时克服了很多限制。光固化氰基丙烯酸酯黏合剂提供了快速光敏固化速度,包括丙烯酸酯黏合剂和氰基丙烯酸酯黏合剂二次固化机制。在适当光源照射下光固化氰基丙烯酸酯黏合剂几乎立即固化,光照几秒钟后即可达到终粘强度60%。阴影部位剩余黏合剂由氰基丙烯酸酯黏合剂提供的湿气固化机制完成,见图2。这免除了二步加速器的需要或双重固化机制。

Figure 1:Conventional cyanoacrylate cure process.
光固化氰基丙烯酸酯黏合剂主要使用氰基丙烯酸乙酯单体。这要求使用前不做混合的体系,使用情况和表现特性类似于非光固化氰基丙烯酸酯黏合剂产品,黏度范围从30 cps to 900 cps ,一般低于光固化丙烯酸酯黏合剂。同光固化丙烯酸酯黏合剂一样,光固化氰基丙烯酸酯黏合剂也提供了快速固化和高黏结强度。与光固化丙烯酸酯黏合剂不同,光固化氰基丙烯酸酯黏合剂可以很好地黏结聚烯烃和氟产品。同早期氰基丙烯酸酯黏合剂一样,它们也使用表面处理剂。同氰基丙烯酸酯黏合剂一样,光固化氰基丙烯酸酯黏合剂对未处理高能塑料和弹性体极好的黏结强度(见表5)。
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Substrate |
Bond Strength, psi, per ASTM D-4501 |
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Low Viscosity Light Curing CA |
High Viscosity Light Curing CA |
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ABS |
4750 |
4895 |
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Acrylic |
1410 |
1550 |
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Aluminum(etched) |
3390 |
3360 |
|
Neoprene |
110 |
115 |
|
Phenolic |
1880 |
1670 |
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Polycarbonate |
1870 |
1660 |
|
PVC |
660 |
830 |
|
Steel (grit blasted) |
2310 |
2490 |
Table 5: Typical Bond Strengths of Light Curing Cyanoacrylate Adhesives5 |
光固化氰基丙烯酸酯黏合剂也能提供下面有利条件超过光固化丙烯酸酯黏合剂:
- 不需要加热或加速器阴影部位也能固化。
- 无氧表面阻聚(在短期低强光照下光固化氰基丙烯酸酯黏合剂将在干燥,玻璃状表面固化)
- 光固化氰基丙烯酸酯黏合剂也能提供标准非光照氰基丙烯酸酯黏合剂性能。这些性能包括:
- 不使用促进剂,表面涂敷或填充固化(如果表面暴露在空气中常用的氰基丙烯酸酯黏合剂不能很好固化,因为它们依靠材质表面湿气开始固化)
- 无白化或霜状(由于有较高蒸气压,常用的氰基丙烯酸酯黏合剂在基层表面形成一层白色薄膜)
- 较少的塑性应力裂纹。由于减少了液体单体与基层接触时间。
- 更大的缝隙固化能力(常用的氰基丙烯酸酯黏合剂由于从表面开始聚合,最大固化深度为0.025㎝;光固化氰基丙烯酸酯黏合剂能提供固化深度超过0.64㎝)
- 由于热固性,具有较好的耐热性和耐化学药品(如光固化氰基丙烯酸酯黏合剂可以用于医学杀菌)
References
1. Kusumgar, M., "Radiation Curing: A Specialized Adhesive Technology", Adhesives and Sealants Industry, September, 2001.
2. Petrie, E.M., "Cationic UV Technology", SpecialChem4Adhesives, April 6, 2005.
3. Bachmann, C., "Expanding Capabilities with UV / Visible Light Curing Adhesives", Adhesives Age, April 1995.
4. Petrie, E.M, "Additives for UV/EB Cured Adhesives", SpecialChem4Adhesives, October 14, 2002.
5. Courtney, P.J., "Light Curing Cyanoacrylates", Adhesives Age, May 2001.