UV固化剥离型PSA胶带的研制

柳彬彬 王旭辉 杨春强

摘要：以内含防静电粒子丙烯酸系胶粘剂（OCA）为基础，添加多官能团丙烯酸酯低聚物（TMPTMA），2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（1173光引发剂）及苯二亚甲基二异氰酸酯交联剂（XDI），制成UV光固化剥离型PSA胶带，考查了低聚物、光引发剂、交联剂的用量对胶带性能的影响，结果显示，ω（TMPTMA）= 20%，ω（1173光引发剂）= 6%，ω（XDI）= 4%，干胶厚度15 μm制成的胶带性能优异，前期粘着力高，经UV照射后粘着力低，易剥离，无污染，满足玻璃基材等透明材料的特殊加工工艺要求。

关键词：UV固化；再剥离型；光引发剂；压敏胶带

中图分类号：TQ436+.3 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2014）10-0029-06

紫外光固化技术（UV固化技术）是指在适当波长和光强的紫外光照射下，光引发剂吸收辐射能后形成活性基团，进而引发体系中含不饱和双键或含环氧基团的物质间的化学反应，形成交联的立体网络结构的高分子聚合物[1]。UV固化技术具有固化时间短，速度快、固化设备简单、无溶剂、无公害、节能环保等特点，在涂料、胶粘剂、印刷油墨等领域已获得广泛应用。早在1966年，法国novacel公司首次利用UV照射技术制得压敏胶制品，随后，美国3M公司，德国汉高等公司在该领域也做了大量研究，成功研制多种辐射固化胶等[2]，为此，辐射固化技术在发达国家获得迅速发展。国内，该技术起步相对较晚，20世纪70年代末中科院化学所才开展了UV固化胶粘剂的研究工作[3]，但直到近10年，辐射固化技术才受到人们广泛重视，对UV固化技术的机理、反应组份，及使用UV固化技术进行聚合和交联在高分子材料改性方面已有相当广泛的报道。张南哲、张辉、王涛、张颖[4～7]等对UV固化光敏胶等组成、研究进展及发展趋势等做过系统介绍，夏兰英、王云、周钥[8～10]等对UV固化胶中光引发剂种类、性能等进行过详细报道，金养智、周钢等[11～13]等分别介绍了光固化胶中低聚物及活性稀释剂种类及使用特点，朱胜武[14]等对UV固化设备做了简单介绍。郑嘉咏结合LCD产品生产工艺制备了一款应用于LCD加工用UV固化胶粘剂[15]等，目前，UV固化技术在胶粘剂制备领域已相当成熟，但将UV固化技术作为一种新的剥离方式来代替传统的剥离技术应用于胶带领域中还相对较少。

随着显示及电子行业等发展，各种规格且具备特殊性能要求的玻璃镜片在手机、显示及电子器件中使用越来越广，这类玻璃镜片的数控加工过程通常包含印刷或贴覆保护层，模切定位、精细加工，及使用温水、药水浸泡及超声波清洗去除保护层等过程，该过程存在着保护层贴敷不牢，加工过程易导致玻璃镜片表面缺陷及碎屑等不良，后期浸泡清洗易导致白化现象，严重影响玻璃镜片等合格率及使用效果，针对玻璃镜片等加工特点，我们设计了一种UV固化再剥离型PSA胶带，将其直接贴敷于被加工玻璃镜片代替印刷保护层，该胶带具有初期粘着性强（大于5 N/25 mm），玻璃镜片在加工过程不会位移，明显改善常规工艺中镜片表面缺陷及碎屑，加工后期胶带无需浸泡，经一定强度UV照射后，粘着力显著降低（小于0.02 N/25 mm），能轻松剥离，不残胶，无污染，同时因胶粘剂中添加有防静电剂，剥离时无静电产生，减少粉尘吸附，还具有去除镜片表面残存微细灰尘的净化效果。此外，使用该保护膜胶带能明显简化操作工艺，提高生产效率，UV照射过程无挥发性溶剂产生，环保无公害等优点，但该技术需投入UV固化设备，初期投资费用相对较高。据调查显示，目前只有积水化学、日东电工等少数外企有相关产品等研究和报道，国内还未见此类产品的报道，为此，本文选取一款丙烯酸酯类胶粘剂，制成应用于玻璃基板加工过程用保护胶带。考查了低聚物、光引发剂、交联剂等对胶带性能等影响，为其实际生产和应用提供依据。

1 实验部分

1.1 主要原料

内含防静电粒子的丙烯酸酯系胶粘剂（OCA），工业级，日本综研化学株式会社；醋酸乙酯（ETAC），工业级，新乡中原有机化工有限责任公司；甲苯（TO），工业级，山东恒昊化工有限公司；三羟甲基丙烷三丙烯酸酯低聚物（TMPTA），工业级，新中村化学工业株式会社；2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（1173光引发剂），工业级，南京瓦力化工科技有限公司；苯二亚甲基二异氰酸酯交联剂（XDI），工业级，日本TCI梯希爱试剂；100 μm PET（聚酯）薄膜，优级，深圳虹美薄膜有限公司；38 μm PET离型膜，优级，常州典晟化工有限公司。

1.2 试验仪器

NDJ-4型旋转黏度计，上海精密科学仪器有限公司；STA-1225型电子拉力机，爱安德技研贸易（上海）有限公司；湿热老化箱，上海爱斯佩克环境设备有限公司；JRY-03型初粘性测试仪，宁波市鄞州瑾瑞仪器设备有限公司；CZY-65型持粘性测试仪，济南兰光机电技术有限公司；UV照射仪；TREK 520手持式静电电压测试仪，东莞市锦宏电子有限公司。

1.3 PSA及其胶带的制备

（1）溶剂型PSA配制：将一定比例的低聚物、光引发剂及交联剂加入到内含防静电粒子的丙烯酸酯系胶粘剂中，再加入一定量的甲苯稀释，搅拌均匀即可。

（2）PSA胶带的制备：将上述PSA涂敷100 μm PET（聚酯）薄膜上，80 ℃恒温烘箱中固化2 min，并用38 μm离型膜覆合，于40 ℃恒温烘箱中熟成2 d。得到干胶厚度为（15±1）μm的PSA胶带。

1.4 性能测试

（1）固含量：采用称重法进行测定（烘胶温度为108 ℃，烘胶时间为3 h）。

（2）黏度：按GB/T 2798—1981，采用旋转黏度计进行测定（测试温度25 ℃）。

（3）180°剥离强度（粘着力）：按照GB/T 2792—1998，采用电子拉力机进行测定（被粘基材为SUS板和GLASS板，胶带宽度为25 mm，剥离速率为300 mm/min）。

（4）初粘性：按照GB/T 4852—2002进行测定，倾斜角为30°。

（5）持粘性：按照GB/T 4851—1998进行测定（测试温度为40 ℃）。

（6）污染性：按180°剥离强度测试制样方法，将待测PSA胶带粘贴在SUS板和GLASS板上，经不同条件处理后，手动缓慢剥开胶片（◎表示被粘基材表面无残胶痕迹和无油状物析出；○表示轻微污染，即残胶或油状物残留较轻；⊙表示部分残胶；●表示残胶现象比较严重）。

（7）残余静电压：将样品胶带按180°剥离强度测试制样方法贴敷玻璃基材表面，经UV照射后手动快速剥离胶带，并立即测试玻璃表面的残余静电压。

（8）耐高温高湿性能：将保护膜胶带置于65 ℃/95%RH的湿热老化箱中，分别老化1、3、7 d，取出后在（23±2）℃/（65±5）%RH的恒温恒湿环境中放置2 h；然后按180°剥离强度测试方法测定其粘着力；并手动剥离检测其污染性。

（9）UV照射：将PSA胶带裁成宽25 mm，长大于150 mm的样品，按180°剥离强度测试方法贴敷于被贴基材表面，于UV照射仪中照射数秒，取出测试粘着力，并手动剥离测试污染性。

2 结果与讨论

2.1 胶粘剂基本性能

该无色黏稠状丙烯酸酯胶粘剂黏度：25～35 mPa·s （25 ℃），平均固含量：35%。

2.2 低聚物对胶带性能的影响

低聚体（亦称齐聚体），是一种通常含有碳碳不饱和双键、环氧基等官能团能进行光固化反应的中低分子质量的光敏树脂，与能溶解这类低聚体的可聚合单体（活性稀释剂）构成辐射固化压敏胶的主体，对胶粘剂固化后的性能如粘接强度、光学性能、耐黄变性、耐老化性能等有重要的影响。根据固化机理的不同，目前应用较多的有环氧丙烯酸酯、聚氨醋丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯等自由基固化用低聚物及环氧化合物、乙烯基醚化合物等阳离子固化体系用低聚物2大类。本文根据保护膜胶带用胶粘剂的特点选取一款粘接强度较低、原料价格低廉易得的低分子质量自由基固化型丙烯酸酯低聚物（TMPTMA），有关TMPTMA的合成工艺及机理等，张玲等[16]已做过相关介绍。

先固定交联剂用量2.0%，光引发剂用量6.0%条件下，考查低聚物添加量对胶带性能的影响，由表1可知，在未经UV照射前，随着低聚物添加了的增加，胶带对SUS板及Glass板的粘着力逐渐降低，其原因为大量低分子质量低聚物分散于胶粘剂中，低聚物难以参与体系的交联反应，导致体系交联程度较低，同时部分低聚物填充了胶粘剂与被贴物间的表面间隙，导致粘着力部分程度上反应的是低聚物与被贴基材间的粘接强度，剥离时未充分交联的小分子质量低聚物残留于被贴基材表面，故污染性逐渐加重。

列出了在30 mW/cm2的UV光强度及300 mJ/cm2的UV光能量照射下上述胶带的粘着力及污染性的变化情况，由表2可以看出，胶带经UV照射后粘着力急剧下降，但低聚物添加10%时，胶带对SUS及Glass板的粘着力仍保持着较高的粘着力，不利于玻璃镜片等在加工完成后从保护膜表面脱离，污染性测试显示，低聚物添加20%至40%时胶带污染较轻。但添加40%低聚物时胶带未曝光前对Glass板粘着力偏低，故选择低聚物的添加量为20%较为合适。

2.3 交联剂对胶带性能的影响

交联剂是一类能在线型分子间起架桥作用从而使多个线型分子相互键合交联成网络结构的物质，交联剂的引入可以显著提高胶粘剂的内聚强度、硬度、耐热性、耐老化性及贮存稳定性等，适度交联可以获得优异的性能，交联不足或过度交联则适得其反。前期实验制得的胶带经UV照射后粘着力仍略微偏高，同时污染性有待进一步改善。为此我们在低聚物用量20%及光引发剂用量固定不变的前提下，考查了交联剂XDI用量对胶带性能的影响。由表3可知，随着交联剂用量的增加，胶带对被贴物的粘着力逐渐降低，交联剂用量在6%以上时，初期粘着力偏小，难以起到对玻璃基板等材料的固定作用，但初期污染性则随着交联剂用量的增加有所改善。

2.4 光引发对胶粘剂性能的影响

光引发剂是构成光固化压敏胶的另外一个重要组成成分，光引发剂的主要作用是在紫外光照射下产生活性体（自由基或阳离子），进一步引发可聚合单体或其他组分中可聚合官能团发生反应，从而使压敏胶固化交联获得各种所需的性能，合理的光引发剂能较好地协调表面固化和深层固化的平衡，对获得玻璃基板加工后期胶带易剥离，无残胶等特性具有重要作用。若引发剂用量过少，聚合速度过慢，聚合不充分，而引发剂用量过多，则可能会造成UV光的衰减，使聚合深度受到限制，还会给材料存储的稳定性带来影响，甚至引起黄变等现象，此外，光引发剂大多有毒，且价格昂贵。

本文根据胶粘剂中各基团的反应特点及仪器汞灯的波长范围，本文选用一款通用性1173光引发剂。

在固定低聚物用量20%，交联剂用量4.0%条件下考查光引发剂的作用效果，结果如表5显示，光引发剂的用量变化对胶带曝光前粘着力影响不大，但随着光引发剂用量的增加，胶带经UV照射后粘着力呈现先降低后升高的趋势。此外，光引发剂用量2%时，SUS板存在少量残胶，光引发剂用量8%时，胶带曝光后粘着力出现小幅上升，原因可能是光引发剂用量过多，由此产生的大量自由基相互结合而淬灭，故4%～6%是光引发剂较为合适的用量，为了保证光固化的完全进行，选取6.0%为光引发剂的最佳添加量。

2.5 胶带的中试及性能评价

根据上述实验结果，得出该款UV固化再剥离型保护膜胶带的最佳配比：100份丙烯酸酯OCA胶粘剂，20份的低聚物TMPTMA，4份的交联剂XDI，6份的光引发剂1173。经宁波综研化学有限公司中试涂布生产线试制，涂布工艺条件：涂胶厚度15 μm，涂布速度1.5 m/min，烘箱温度60～110 ℃，干燥时间2 min，证实符合实际生产工艺要求。胶带大卷经复卷、分切等工艺制成样品，测得其各性能如下。

2.5.1 胶带基本性能

2.5.2 胶带的高温高湿性能

为了考查环境温湿度的变化对胶带性能的影响，研究了60 ℃/95%R避光条件下胶带基本性能的变化。由表8可以看出，该款胶带在60 ℃/95%RH的条件下放置7 d，其粘着力基本保持稳定，同时，对被贴基材表面也不产生污染，表明该款胶带具有较好的耐气候性。

3 结论

（1）通过在OCA胶粘剂中引入低聚物、光引发剂、交联剂组分，经混合制备的UV固化剥离型PSA胶带粘着力高，避光长时间储存性能稳定，经30 mW/cm2的UV光强度及300 mJ/cm2的UV光能量照射后粘着力低，易剥离，无污染。

（2）低聚物、交联剂及光引发剂等对胶带性能影响较大，低聚物质量分数20%，交联剂质量分数4%，光引发剂质量分数6%，制得的胶带各项系能较为优异，适用于玻璃基材的特殊加工要求。

参考文献

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[16]张玲，方云进.合成三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的研究[J].广州化工，2011，39（4）：69-72.

3 结论

（1）通过在OCA胶粘剂中引入低聚物、光引发剂、交联剂组分，经混合制备的UV固化剥离型PSA胶带粘着力高，避光长时间储存性能稳定，经30 mW/cm2的UV光强度及300 mJ/cm2的UV光能量照射后粘着力低，易剥离，无污染。

（2）低聚物、交联剂及光引发剂等对胶带性能影响较大，低聚物质量分数20%，交联剂质量分数4%，光引发剂质量分数6%，制得的胶带各项系能较为优异，适用于玻璃基材的特殊加工要求。

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