CN101962515A - 硅橡胶与塑料粘接的紫外光固化胶粘剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紫外光固化胶粘剂，具体是用于硅橡胶与塑料粘接的紫外光固化胶粘剂，尤其是手机按键用的硅橡胶底材与塑料键帽之间粘接用的紫外光固化胶粘剂。本发明提供的紫外光固化胶粘剂包括以下重量百分比的原料：1.低聚物2.活性单体3.光引发剂4.助剂，具有固化快速、操作方便、生产效率高且在高温高湿环境中粘接性能稳定可靠的特点。

Description

硅橡胶与塑料粘接的紫外光固化胶粘剂
技术领域
本发明涉及一种胶粘剂，具体是用于硅橡胶与塑料粘接的紫外光固化胶粘剂。
背景技术
硅橡胶由于它良好的机械性能、优异的耐候性及高低温环境下的稳定性，在电子产品的制造上得到了广泛的应用，随着手机及办公用电子产品在上世纪九十年代末开始的暴发性增长，并在全球范围内迅速普及，按键产品已形成了一个规模较大的产业，尤其是手机按键。随着技术的发展，手机的性能功效不断提升，外观设计不断更新，对按键的要求也不断更新。早期到本世纪初，手机按键主要采用纯硅橡胶制品；近几年来，手机按键主要采用硅橡胶底材与塑料键帽粘接组合的形式。
硅橡胶是一种表面能极低的惰性材料，为解决其与塑料键帽的结合问题，须用到胶粘剂。最早采用的胶粘剂以氰基丙烯酸酯类瞬干胶粘剂为主，其最大的特点在于操作方便，固化快速，室温即可固化。但是，由于氰基丙烯酸酯遇潮气固化发白，耐湿热不稳定，且在工艺上只能采用点胶作业方式，这对手机按键的外观性能及生产效率均存在严重的不良影响。为此，人们开发出了一种用于硅橡胶与塑料粘接的聚氨酯型胶粘剂。该胶粘剂在操作工艺上比较灵活，可以采用丝网印刷，也可以采用点胶作业；另外，其很好的解决了氰基丙烯酸酯类瞬干胶粘剂固化易发白、不耐湿热的不足。但是，其最大的不足在于固化时间长，需耗时60分钟以上，能耗大(烘烤温度90℃)，且为双组分形式，可操作时间受限(一般4小时)。为此，需要发明一种固化快速、性能优良且生产效率高的胶粘剂，能够解决氰基丙烯酸酯类瞬干胶粘剂与聚氨酯型胶粘剂在硅橡胶与塑料之间的粘接存在的不足。
紫外光(ultraviolet radiation，UV)固化技术由于具有高效(efficient)、节能(energy saving)、环保(environmental friendly)、经济(economic)和万能性(enabling)而被人们称之为“5E”技术。自20世纪60年代末德国Bayer公司成功开发光固化木器涂料至今，30多年来UV固化技术得到了迅速的发展，已经广泛地应用于涂料、油墨和胶粘剂等国民经济领域。
作为紫外光固化材料中最为常用的产品之一，紫外光固化胶粘剂符合“5E”原则。具体表现在：单组分，使用方便(施工粘度可调节)；固化速度快，一般几秒到数十秒即可完全固化，有利于实现自动化生产，提高劳动效率；固化温度低，室温即可固化，节约能源；100％固化成膜，无溶剂挥发问题。另外，其在性能上，具有高透明性，优异的高温高湿环境下的可靠性和防水性。
紫外光固化胶粘剂近年来已有很多研究报道，目前已成为近几年来发展最快的胶粘剂品种，作为特种胶粘剂可满足许多材料的粘接需要。因此，用紫外光固化胶粘剂粘合硅橡胶与塑料，可解决氰基丙烯酸酯类瞬干胶粘剂与聚氨酯型胶粘剂存在的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于硅橡胶与塑料粘接的紫外光固化胶粘剂，尤其是手机按键用的硅橡胶底材与塑料键帽之间粘接用的紫外光固化胶粘剂。本发明提供的紫外光固化胶粘剂具有固化快速、操作方便、生产效率高且在高温高湿环境中粘接性能稳定可靠的特点。
一种用于硅橡胶与塑料粘接的紫外光固化胶粘剂，包括：1.低聚物2.活性单体3.光引发剂4.助剂。其各组分含量为(重量百分比)：
低聚物：40～65％
活性单体：30～55％
光引发剂：3～6％
助剂：0～2％
本发明的紫外光固化胶粘剂由低聚物、活性单体、光引发剂和助剂组成。低聚物是紫外光固化胶粘剂的最关键组分，依据所粘接基材的不同可以选择不同类型的低聚物，或不同低聚物的组合，低聚物的种类、官能度和分子量决定者胶粘剂的基本性质，如韧性、可塑性、固化收缩率及粘接性能。本发明中的低聚物包括环氧丙稀酸酯、聚氨酯丙稀酸酯、聚酯丙稀酸酯或聚醚丙稀酸酯。本发明中选用官能度为2左右且分子量较大的低聚物，这些低聚物的固化反应过程收缩率较低，与基材的粘附性好。这些低聚物的商品化产品有：环氧丙稀酸酯如：Sartomer公司的CN151、CN104等；脂肪族聚氨酯丙稀酸酯如：长兴化学公司的6148J-75、615-100、6142H-80、Sartomer公司的CN9101、CN966H90、CN9004等；聚酯/聚醚丙稀酸酯如：Sartomer公司的CN704、CN750、CN736、CN551等。优选CN104、6148J-75、CN9004或CN704。
活性单体在紫外光固化胶粘剂中的作用是调节体系粘度、增进胶粘剂与被粘接基材表明的润湿性、改进固化速度和改善固化前后材料的各种性能，如柔韧性、硬度等等。本发明中，活性单体是单官能团、双官能团或多官能团的丙稀酸酯。含功能基团的单官能团丙稀酸酯单体在紫外光固化胶粘剂中可以作为粘合力促进剂；多官能团丙稀酸酯单体可以提高胶粘剂体系的固化交联密度来改善粘接性能。活性单体的分子结构对所粘合基材的侵蚀有较大影响，活性单体将决定胶粘剂的性能如固化速度、粘度、粘接强度、浸润性、毒性及其它胶粘剂自身的物理性能。适用于本发明的活性单体包括：单官能团丙稀酸酯如：2-乙基己丙基稀酸酯(2-EHA)、异冰片基丙稀酸酯(IBOA)、苯氧基乙基丙稀酸酯、乙氧基壬基酚丙稀酸酯、四氢化糠基丙烯酸酯等；双官能团丙稀酸酯如：乙二醇二丙稀酸酯、丁二醇二丙稀酸酯(BDDA)、己二醇二丙稀酸酯(HDDA)、三缩四乙二醇二丙稀酸酯(TEGDA)、三丙二醇二丙稀酸酯(TPGDA)等；多官能丙稀酸酯如：三羟甲基丙烷三丙稀酸酯(TMPTA)、季戊四醇三丙稀酸酯(PETA)、二季戊四醇六丙稀酸酯(DPHA)等。优选异冰片基丙稀酸酯(IBOA)、苯氧基乙基丙稀酸酯、己二醇二丙稀酸酯(HDDA)、三丙二醇二丙稀酸酯(TPGDA)、季戊四醇三丙稀酸酯(PETA)。
本发明选用的光引发剂为自由基型光引发剂，它包括：安息香缩甲醚(商品名称Irgacure651)、1-羟基环己基苯基甲酮(CIBA-GEIGY公司商品名称Irgacure 184)、2-羟基-2甲基-1-苯基-1-丙酮(商品名称Darocure1173)、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮(CIBA-GEIGY公司商品名称Irgacure 907)、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(CIBA-GEIGY公司商品名称TPO)等，优选1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2甲基-1-苯基-1-丙酮或2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。光引发剂可以单独使用，也可以组合使用，主要根据要求的固化速度、硅橡胶底材厚度及决定。
本发明使用的助剂是为解决紫外光固化胶粘剂的耐水性，促进粘合力等问题。本发明中的助剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-792)、乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)。优选γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)。
本发明的有益效果：紫外光固化胶粘剂可在室温下一分钟之内固化干燥，可以大大降低能源消耗，成品率提高，更适合于连续化生产，提高生产效率且在高温高湿环境中粘接性能稳定可靠。
具体实施方式
本发明的紫外光固化胶粘剂的配制过程是：在不锈钢桶中加入光引发剂和活性单体，搅拌溶解，加入低聚物和助剂，混合搅拌均匀即可得到紫外光固化胶粘剂。
本发明的紫外光固化胶粘剂的应用实施过程是：
前准备：将制备好的紫外光固化胶粘剂灌装于点胶机，清除做好前处理的硅橡胶及塑胶键帽粘接面的杂质。
点胶贴合：点胶机点胶于硅橡胶粘接面，硅橡胶已有胶粘剂面与塑胶键帽粘接面贴合并用置具固定。
光照固化：贴合好的工件通过传送带进入UV固化机光照固化即可，拆除置具，取出粘接工件，进行性能检测。
性能检测：
1.拉拔力：
测试方法：先将工件硅橡胶部分固定住，用夹具夹住塑料键帽，以与工件垂直的方向向外施加拉力，当拉力达10N时保持10S以上。
结果判定：硅橡胶破裂时键帽也不脱落
2.环境测试：
2.1低温存储试验
试验方案：将粘接好的工件放置在温箱中，
以1℃/min速度降低到-30℃保持6小时；
从-30℃以1℃/min速度降低到-40℃保持16小时；
从-40℃以1℃/min速度升到-30℃，保持15分钟；
从-30℃以1℃/min速度升到+25℃，保持2小时；
观察外观，测试拉拔力。
结果判定：工件无发白现象、拉拔力无明显变化为通过。
2.2高温存储试验
试验方案：将粘接好的工件先放置在温箱中，
以1℃/min升温到+55℃，保持6小时；
从+55℃以1℃/min升温到+70℃，保持16小时；
从+70℃以1℃/min恢复到室温，保持2小时；
观察外观，测试拉拔力。
结果判定：工件无发白现象、拉拔力无明显变化为通过。
2.3交变湿热试验
试验方案：将粘接好的工件放入温湿度箱中，
温箱设置为+25℃，95％RH；
温度用3小时升温到+55℃，湿度95％±2％，保持9小时：
然后温度用3小时降回+25℃，湿度95％±2％，保持9小时；
以上24小时为一个周期，重复3次；
然后在25℃，75％RH条件下保持2小时；
观察外观，测试拉拔力。
结果判定：工件无发白现象、拉拔力无明显变化为通过。
2.4温度冲击试验
试验方案：将粘接好的工件放入温度冲击试验箱中；先在-40℃±2℃的低温环境下保持2h，在3min内将温度切换到70℃±2℃的高温环境下并保持2h，共做5个循环(20h)。试验完成后，观察外观，测试拉拔力。
结果判定：工件无发白现象、拉拔力无明显变化为通过。
通过具体实施例对本发明作进一步描述，，但本发明的实施方案不限于此。
实施例1：
由以下重量百分比的原料组成：
聚氨酯丙烯酸酯            50％
苯氧基乙基丙稀酸酯        25％
己二醇二丙稀酸酯          20％
1-羟基环己基苯基甲酮                3％
2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦 1.5％
γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷   0.5％
实施例2：
由以下重量百分比的原料组成：
环氧丙烯酸酯                        45％
苯氧基乙基丙稀酸酯                  20％
三丙二醇二丙稀酸酯                  30％
1-羟基环己基苯基甲酮                3％
2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦 1.5％
γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷   0.5％
实施例3：
由以下重量百分比的原料组成：
环氧丙烯酸酯                        35％
聚酯丙稀酸酯                        15％
苯氧基乙基丙稀酸酯                  20％
三丙二醇二丙稀酸酯                  20％
异冰片基丙稀酸酯                    5％
1-羟基环己基苯基甲酮                3％
2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦 1.5％
实施例4：
由以下重量百分比的原料组成：
聚氨酯丙烯酸酯                        25％
环氧丙烯酸酯                          25％
苯氧基乙基丙稀酸酯                    25％
三丙二醇二丙稀酸酯                    20％
季戊四醇三丙稀酸酯                    5％
1-羟基环己基苯基甲酮                  3％
2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦   1.5％
γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷     0.5％
实施例5：
由以下重量百分比的原料组成：
聚氨酯丙烯酸酯                        35％
聚酯丙稀酸酯                          15％
苯氧基乙基丙稀酸酯                    25％
己二醇二丙稀酸酯                      20％
1-羟基环己基苯基甲酮                  3％
2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦   1.5％
γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷      0.5％
比较例1：
氰基丙烯酸酯胶粘剂
比较例2：
聚氨酯型胶粘剂
测试结果对比：
  测试项目  实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  实施例5  比较例1  比较例2
  固化时间   25秒   15秒   20秒   20秒   15秒   60秒   1小时
  拉拔力   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS
  低温存储   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS
  高温存储   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS
  交变湿热   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS   NG发白   PASS
  温度冲击   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS   PASS
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种硅橡胶与塑料粘接的紫外光固化胶粘剂，其特征在于包括以
下重量百分比的原料：低聚物：40～65％
                    活性单体：30～55％
                    光引发剂：3～6％
                    助剂：0～2％
其中，低聚物包括环氧丙稀酸酯、聚氨酯丙稀酸酯、聚酯丙稀酸酯以及聚醚丙稀酸酯；
活性单体包括单官能团、双官能团或多官能团的丙稀酸酯；
光引发剂为自由基型光引发剂，包括：安息香缩甲醚、1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2甲基-1-苯基-1-丙酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦；
助剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷。
2.根据权利要求1所述的硅橡胶与塑料粘接的紫外光固化胶粘剂，其特征在于：所述的活性单体中的单官能团丙稀酸酯有2-乙基己丙基稀酸酯、异冰片基丙稀酸酯、苯氧基乙基丙稀酸酯、乙氧基壬基酚丙稀酸酯、四氢化糠基丙烯酸酯；双官能团丙稀酸酯有乙二醇二丙稀酸酯、丁二醇二丙稀酸酯、己二醇二丙稀酸酯、三缩四乙二醇二丙稀酸酯、三丙二醇二丙稀酸酯；多官能丙稀酸酯有三羟甲基丙烷三丙稀酸酯、季戊四醇三丙稀酸酯、二季戊四醇六丙稀酸酯。
3.根据权利要求2所述的硅橡胶与塑料粘接的紫外光固化胶粘剂，其特征在于：活性单体为异冰片基丙稀酸酯、苯氧基乙基丙稀酸酯、己二醇二丙稀酸酯、三丙二醇二丙稀酸酯、季戊四醇三丙稀酸酯。
4.根据权利要求1所述的硅橡胶与塑料粘接的紫外光固化胶粘剂，其特征在于：所述的自由基型光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2甲基-1-苯基-1-丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
5.根据权利要求1所述的硅橡胶与塑料粘接的紫外光固化胶粘剂，其特征在于：所述的助剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
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