UV光固化封裝膠黏劑主要由光引發劑、光聚合預聚物、活性稀釋劑、流平劑、偶聯劑、消泡劑、顏料、填料以及分散劑組成。其中光聚合預聚物和活性稀釋劑是感光組分,對UV光固化封裝膠黏劑的性能起決定作用。雙酚A型環氧丙烯酸酯體系的主要特點有:成本低,可靠性好,光固化反應速率很快,固化后硬度和抗拉伸強度大,膜層光澤度高,耐溶劑性好,缺點是固化膜柔性不足,脆性高,膜層中殘留的丙烯酸酯基團較多,聚合反應在較低轉化率下就被剛硬的交聯網狀結構“凍結”,殘留的未反應基團對耐老化、抗黃變等性能不利[1-4]。

有機硅聚合物中Si—O鍵能(450kJ /mol)遠大于C—C鍵能(345kJ /mol)和C—O鍵能(351kJ /mol),具有熱穩定好、耐氧化、耐候及低溫特性好等優點,用它來改性環氧樹脂可以降低內應力,又可增加韌性和耐高溫性能[5]。丙烯酸樹脂具有優異的成膜性、耐候性和裝飾性[6]。本研究在環氧丙烯酸樹脂中引入有機硅來提高UV固化膜的柔韌性,獲得了合成有機硅改性的環氧丙烯酸光敏預聚物的工藝條件,并對固化膜硬度和柔韌性進行了分析。

1　實驗

1.1　原料

α-甲基丙烯酸,化學純;乙烯基三乙氧基硅烷(國外對應牌號A-151 (美國聯碳公司)), GE Toshiba Silicones生產的SILQUEST有機硅烷;雙酚A型環氧樹脂E-44,江蘇三木化工股份有限公司;四丁基溴化銨,化學純;對苯二酚,化學純;光引發劑Darocur 1173;活性稀釋劑TMPTMA;088添加劑。

1.2　合成

將環氧樹脂、甲基丙烯酸、乙烯基三乙氧基硅烷和催化劑四丁基溴化銨按一定比例放入裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝管和滴液漏斗的四口燒瓶中,加熱升溫攪拌,加熱至反應溫度,保溫一定的時間,回流冷凝不斷分離出反應產生的醇和水等小分子化合物。直到酸值達到后,加入一定量的阻聚劑對苯二酚,出料,過濾,減壓蒸餾除去殘余小分子物,得到亮黃色半透明粘稠狀有機硅改性的環氧丙烯酸酯。

反應過程中的酸值測定按照GB2895-82[7]進行,環氧值測定按照GB /T 1677-1981鹽酸-丙酮法[8]進行;用日本島津公司型號為FTIR-8400的傅立葉變換紅外光譜儀對樣品進行紅外光譜分析。

1.3　膠粘劑的制備和性能檢測

1.3.1　制備

將各組分按表1中膠粘劑配方混合均勻即為實驗用的膠粘劑。用旋轉粘度計測定粘度約為0.5Pa·s,

1.3.2　膠粘劑的紫外固化

用玻璃棒蘸取少量配合好的膠粘劑,均勻涂在實驗用的塑料薄板上,放于功率為400W的紫外光固化機內,輻照距離為30cm,輻照時間90s,待固化完成后取出進行性能測試。
1.3.3　固化膜硬度和柔韌性

固化膜硬度按GB /T 6739-1996規定的鉛筆硬度測定法進行[9];柔韌性按GB /T 1731-93[10]制定的漆膜柔韌性測定器測定,以不引起膜破裂最小軸棒直徑來表示柔韌性。把涂有漆膜的馬口鐵剪成小條,漆膜朝上,在產品標準規定的軸棒上彎曲180°,彎曲時間為2~3s,然后用4倍放大鏡觀察有否網紋、裂紋及剝落等現象。用直徑為3mm,長度10mm,編號為5的標準軸棒測試,曲率半徑為1.5mm無裂紋,具有較好的柔韌性。

2　結果與討論

2.1　環氧丙烯酸有機硅共聚改性機理

利用乙烯基有機硅氧烷活性單體在微量水作用下水解,產生含羥基基團,通過環氧樹脂的環氧基團和丙烯酸的羧基發生酯化反應而引入雙鍵感光性基團。

反應機理如下:

乙烯基有機硅氧烷活性單體在微量水作用下水解。

2.2　合成反應工藝條件

2.2.1　反應溫度

為提高酯化反應速率,一般應在適當的高溫下酯化,但隨著反應溫度的升高,雙鍵會在熱引發下發生聚合和其他副反應,這將降低涂膜的光固化性能。當聚合溫度高于120℃時,發生爆聚變成黑色固體。實驗中根據反應過程中酸值的測定結果表明,如果反應溫度低于90℃時,反應時間過長。因此實驗過程中溫度控制在(95±5)℃左右。

2.2.2　反應時間

用反應體系中產物反應不同時間后消耗的KOH標準溶液來判定反應終點。反應體系反應不同時間消耗KOH的量見圖1,從圖中可以看出,當反應3h以后,酸值變化不大,4.5h后,酸值小于7mg /g,可以認為是反應終點。

2.2.3　阻聚劑的用量

反應體系中不加任何阻聚劑時,隨著反應的進行,體系粘度明顯增加,反應溫度急劇上升,容易發生爆聚現象。選用對苯二酚作為阻聚劑。根據多次酸值測定結果和反應產物的顏色判定,加入0.3%(質量分數,后同)的對苯二酚比較合適。