CN108034395A - Led透镜固定uv胶及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED透镜固定UV胶及其制备方法和应用，属于化学材料技术领域。该LED透镜固定UV胶主要由以下重量份比的原料制备而成：45～75份的低聚物，25～55份的活性单体，4～10份的光引发剂，3～8份的助剂。该大功率LED透镜固定UV胶可通过UV光快速固化，大大提高了生产效率；具有优异的粘接强度，具有合适的粘度和触变，优良的耐温性和耐水性，符合环保要求。可用于LED透镜与铝基板的粘接，或类似应用，具有应用范围广泛的优点。

Description

LED透镜固定UV胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及化学材料技术领域，特别是涉及一种LED透镜固定UV胶及其制备方法和应用。

背景技术

大功率LED是指拥有大额定工作电流的发光二极管。普通LED功率一般为0.05W、工作电流为20mA，而大功率LED可以达到1W、2W、甚至数十瓦，工作电流可以是几十毫安到几百毫安不等。大功率LED作为第四代电光源，具有体积小、安全低电压、寿命长、电光转换效率高、响应速度快、节能、环保等优良特性。

我国LED封装市场总量巨大，2008年我国LED封装市场规模约为185亿元，到2015年，我国LED封装市场规模就已经成长到615亿元，并且将持续增长。尤其在最近几年，陶瓷封装市场发展较快，在2014年和2015年均达到了每年100亿元的增长速度。预计未来几年，大功率LED应用的LED路灯、汽车照明、景观照明等领域迎来新一轮发展，必将带动大功率LED的市场占有率进一步提高，市场前景可期。

大功率LED透镜的材质多为PMMA或PC，其对紫外线的透过率极低，仅在365nm左右有5％或10％以下的透过率。铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板，LED透镜一般通过三个或四个圆点粘接固定在铝基板上。传统市场大功率LED透镜与铝基板的粘接多用硅胶或环氧树脂，采用加热固化，存在固化时间长、易流胶、易雾化、重金属超标等问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种LED透镜固定UV胶，用于LED透镜与铝基板的粘接，具有UV光快速固化、不流胶、粘接好、耐温性好、耐水性佳、符合环保要求等优点。

一种LED透镜固定UV胶，主要由以下重量份比的原料制备而成：

所述低聚物为环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯中的至少一种；

所述活性单体为单官能团丙烯酸酯、双官能团丙烯酸酯、多官能团丙烯酸酯单体中的至少一种，且所述活性单体具备羟基或氨基功能性官能团；

所述光引发剂由重量份比为2～4：2～4：0.1～1：0.05～2的苯偶酰及其衍生物、α-氨基酮及其衍生物、硫杂蒽酮及其衍生物、和胺活性剂组成；

或者

所述光引发剂由重量份比为1:7～1:1的α羟基酮、和酰基膦氧化物组成。

上述LED透镜固定UV胶，通过选用高效光引发体系、快速固化树脂及活性单体的搭配，可以在碗杯紫外线透过率极低的情况下仍较低能量快速固化完全，效率高；通过加入触变剂，可以获得合适的触变和粘度，胶体点胶后保持一定的形状，不流胶，不溢胶，可以获得较好的点胶效果；通过选用对碗杯及基板具有良好润湿作用的功能性(含羟基或氨基)活性单体和附着良好的低聚物，实现好的粘接强度；优良的耐水性及耐温性，性能稳定；不含重金属，环保。而附着力促进剂和消泡剂可根据实际生产需要进行添加。

在光引发体系中，采用苯偶酰及其衍生物与α-氨基酮及其衍生物、硫杂蒽酮及其衍生物搭配，实现长波引发，再利用硫杂蒽酮与助引发剂的协同作用进一步提高引发效率；或直接采用α羟基酮与高引发活性的长波光引发剂酰基膦氧化物搭配使用，具备高效引发的特点。

在其中一个实施例中，该LED透镜固定UV胶主要由以下重量份比的原料制备而成：

以上述配方比例制备所述LED透镜固定UV胶，具有较佳的各项性能。

在其中一个实施例中，所述硫杂蒽酮及其衍生物与所述胺活性剂的重量份比为2:1～1:2。

在其中一个实施例中，所述光引发剂还包括叔胺类化合物。加入叔胺类化合物对固化有利。

在其中一个实施例中，所述活性单体中，所述单官能团丙烯酸酯选自：2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、C8-C10丙烯酸酯、丙稀酰吗啉、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基乙酰基乙酰胺、N,N-二乙基乙酰基乙酰胺、甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯和双丙酮丙烯酰胺中的至少一种；

所述双官能团丙烯酸酯选自：三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、2-二甲基丙酯二丙烯酸酯和1,6-己二醇二丙烯酸酯中的至少一种；

所述多官能团丙烯酸酯选自：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯中的至少一种。

选用上述功能性(含羟基或氨基)活性单体，对粘接基材具有良好的润湿性和附着力，同时搭配多官能团丙烯酸酯的活性单体，具有较快的固化速度。

在其中一个实施例中，所述触变剂为气硅、液态流变助剂的至少一种；

所述附着力促进剂选自：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、丙烯酸磷酸酯单体的至少一种；

所述消泡剂为硅酮类消泡剂。

本发明还公开了上述的LED透镜固定UV胶的制备方法，包括以下步骤：

预热：对所述活性单体进行预热；

溶解：在黄光或避光环境下，保持预热温度，如所述光引发剂为固态，则加入固态的光引发剂，搅拌使之溶解；如所述光引发剂为液态，省略溶解步骤；

热混合：保持预热温度，加入所述低聚物，先低速搅拌再高速搅拌，直至所述低聚物完全溶解于所述活性单体中，得混合胶液；

混合：停止加热，加入助剂和/或液态光引发剂，在余热下搅拌均匀，即得。

上述LED透镜固定UV胶的制备方法，具有工艺简单，可靠性高的特点，可方便得应用于工业生产中。

在其中一个实施例中，所述预热步骤中，所述低聚物加热至50-60℃进行预热。在上述温度范围内制备该LED透镜固定UV胶，能够确保LED透镜固定UV胶的胶液均匀、性能稳定，不会因加热温度过高发生变性或温度过低溶解分散不到位。

在其中一个实施例中，所述助剂中包括触变剂；所述混合步骤中，加入触变剂后需高速(300-1000转/min)分散，使触变剂分散均匀，才能获得稳定理想的触变效果。

本法明还公开了上述的LED透镜固定UV胶应用于LED透镜与铝基板的粘接。特别适用于大功率LED透镜与铝基板的粘接。同样，亦可用于其他相同或相近基材的粘接，且用于1W以上功率的LED透镜固定时效果亦佳。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的一种LED透镜固定UV胶，可通过UV光快速固化，大大提高了生产效率；具有优异的粘接强度，推力可达20kg以上；具有合适的粘度和触变，点胶时不会流胶；优良的耐温性和耐水性，不会在点亮过程中因环境中的水汽或温度粘接强度大幅度下降造成透镜与基板分离；符合环保要求，不含重金属及其他有害物质。

本发明的LED透镜固定UV胶的制备方法，具有工艺简单，可靠性高的特点，可方便得应用于工业生产中。

该LED透镜固定UV胶应用于LED透镜与铝基板的粘接，亦可用于其他相同或相近基材的粘接。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明所述LED透镜固定UV胶应用于LED透镜与铝基板的粘接，亦可用于其他相同或相近基材的粘接。所述透镜材质包括PMMA和PC。所述LED透镜固定UV胶的颜色通常为无色透明或略显乳白。所述LED透镜固定UV胶的施胶方式为点胶。所述大功率LED透镜固定UV胶的固化方式为UV光固化。

以下实施例中所用原料均为市售购得。

实施例1

一种用于LED透镜与铝基板粘接的LED透镜固定UV胶，为无色透明UV光固化产品，由以下原料制备而成：

低聚物：共52.21g。

聚氨酯丙烯酸酯16.34g，

环氧丙烯酸酯35.87g。

活性单体：共35.87g。

单官能团丙烯酸酯，丙烯酸羟乙酯8.97g，

单官能团丙烯酸酯，丙稀酰吗啉13.45g，

双官能团丙烯酸酯，1,6-己二醇二丙烯酸酯8.97g，

多官能团丙烯酸酯，季戊四醇三丙烯酸酯4.48g。

光引发剂：共6.73g。

苯偶酰及其衍生物：安息香二乙醚2.69g，

α-氨基酮及其衍生物：2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮2.69g，

硫杂蒽酮及其衍生物：2-异丙基硫杂蒽酮0.45g，

胺活性剂：4-氨基-3,5-二甲基苯甲酸乙酯0.90g。

助剂：共5.19g。

附着力促进剂(丙烯酸磷酸酯，型号SR9051)1.79g，

消泡剂(硅酮类消泡剂，型号为BYK066N)0.3g，

触变剂(气硅A-200)3.1g。

本实施例的LED透镜固定UV胶，通过以下方法制备得到：

一、预热。

对所述活性单体进行预热。

具体如下：将35.87g活性单体(单官能团丙烯酸酯的活性单体丙烯酸羟乙酯8.97g，单官能团丙烯酸酯的活性单体丙稀酰吗啉，13.45g双官能团丙烯酸酯的活性单体1,6-己二醇二丙烯酸酯8.97g，多官能团丙烯酸酯的活性单体季戊四醇三丙烯酸酯4.48g)投入加料釜中，加热至60℃。

二、溶解

保持温度为60℃，关掉电灯，将6.73g固体光引发剂(安息香二乙醚2.69g，2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮2.69g，2-异丙基硫杂蒽酮0.45g，4-氨基-3,5-二甲基苯甲酸乙酯0.90g)加入预热好的活性单体中，搅拌直至所述光引发剂完全溶解。

三、热混合。

保持温度为60℃，加入52.21g低聚物(聚氨酯丙烯酸酯16.34g，环氧丙烯酸酯35.87g)，先低速(20-100转/min)搅拌，使低聚物初步溶解，再高速(300-1000转/min)搅拌，使之溶解完全，得混合胶液。

四、混合。

停止加热，加入5.19g助剂(附着力促进剂(丙烯酸磷酸酯，型号SR9051)1.79g，消泡剂(硅酮类消泡剂，型号为BYK066N)0.3g，触变剂(气硅A-200)3.1g)，在上一步的余热中先低速搅拌至触变剂完全分散在胶液中，再高速搅拌至触变剂分散均匀；抽真空，分装，即可得到无色透明的LED透镜固定UV胶。

将上述LED透镜固定UV胶进行性能测试，结果如下：

该LED透镜固定UV胶的粘度约为14240cps，触变指数约为3.8，密度为1.020g/cm³；固化能量为2000mj/cm²，固化后硬度约为70D；吸水率＜0.5％；推力约为25kg，具体见下表1。

实施例2

一种用于LED透镜与铝基板粘接的LED透镜固定UV胶，为微乳白色半透明UV光固化产品，由以下原料制备而成：

低聚物：共50.27g。

聚酯丙烯酸酯50.27g。

活性单体：共38.51g。

单官能团丙烯酸酯，2-苯氧基乙基丙烯酸酯9.14g，

单官能团丙烯酸酯，双丙酮丙烯酰胺13.71g，

双官能团丙烯酸酯，三丙二醇二丙烯酸酯11.09g，

多官能团丙烯酸酯，二三羟甲基丙烷四丙烯酸酯4.57g。

光引发剂：共5.48g。

α羟基酮：2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮0.91g，

酰基膦氧化物：(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦4.57g。

助剂：共5.74g。

附着力促进剂(丙烯酸磷酸酯，型号EM39)1.79g，

消泡剂(硅酮类消泡剂，型号为BYK066N)0.3g，

触变剂(气硅A-200)2.74g，

触变剂(BYK410)0.91g。

本实施例的LED透镜固定UV胶，通过以下方法制备得到：

一、预热。

对所述活性单体进行预热。

具体如下：将38.51g活性单体(单官能团丙烯酸酯的活性单体2-苯氧基乙基丙烯酸酯9.14g，单官能团丙烯酸酯的活性单体双丙酮丙烯酰胺13.71g，双官能团丙烯酸酯的活性单体三丙二醇二丙烯酸酯11.09g，多官能团丙烯酸酯的活性单体二三羟甲基丙烷四丙烯酸酯4.57g，丙烯酰胺单体的活性单体双丙酮丙烯酰胺13.71g)投入加料釜中，加热至58℃。

三、溶解

保持温度为58℃，关掉电灯，将4.57g固体光引发剂((2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦4.57g)加入预热好的活性单体中，搅拌直至所述光引发剂完全溶解。

三、热混合。

保持温度为60℃，加入50.27g低聚物(聚酯丙烯酸酯50.27g)，先低速(20-100转/min)搅拌，使低聚物初步溶解，再高速(300-1000转/min)搅拌，使之溶解完全，得混合胶液。

四、混合。

停止加热，加入5.74g助剂(附着力促进剂(丙烯酸磷酸酯，型号EM39)1.79g，消泡剂(硅酮类消泡剂，型号为BYK066N)0.3g，触变剂(气硅A-200)2.74g，触变剂(BYK410)0.91g)和液体光引发剂0.91g(2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮0.91g)，在上一步的余热中先低速搅拌至触变剂完全分散在胶液中，再高速搅拌至触变剂分散均匀；抽真空，分装，即可得到微乳白半透明的LED透镜固定UV胶。

将上述LED透镜固定UV胶进行性能测试，结果如下：

该LED透镜固定UV胶的粘度约为24560cps，触变指数约为4.5，密度为1.023g/cm³；固化能量为2000mj/cm²，固化后硬度约为75D；吸水率＜1％；推力约为26kg，具体见下表1。

对比例1

一种用于LED透镜与铝基板粘接的LED透镜固定UV胶，与实施例2的LED透镜固定UV胶基本相同，并参照实施例1的制备方法制备得到，区别仅在于：

将其中作为低聚物的聚酯丙烯酸酯替换为纯丙烯酸树脂。

由于纯丙烯酸树脂机械强度较差，且吸水率很大(＞3％)，所得胶水固后质地非常脆，推力仅有10kg左右，并且随着放置时间延长，推力下降非常明显。

对比例2

一种用于LED透镜与铝基板粘接的LED透镜固定UV胶，与实施例2的LED透镜固定UV胶基本相同，并参照实施例2的制备方法制备得到，区别仅在于：

将光引发剂全部替换成2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮或者2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮，由于碗杯仅在365nm以上有5～10％的紫外光透过率，胶水无法完全固干，推力远远低于20kg，仅有5～12kg。

对比例3

一种用于LED透镜与铝基板粘接的LED透镜固定UV胶，与实施例2的LED透镜固定UV胶基本相同，并参照实施例2的制备方法制备得到，区别仅在于：

助剂中未加触变剂，粘度约为3000cps，点胶后胶水会流到粘接点以外，甚至流到铝基板下面，造成胶水对透镜的接脚包裹不良推力下降，基板下面的胶水不能固化需要擦拭处理，不适合生产工艺。

对比例4

一种用于大功率LED透镜与铝基板粘接的LED透镜固定UV胶，与实施例2的大功率LED透镜固定UV胶基本相同，并参照实施例2的制备方法制备得到，区别仅在于：

将单官能团丙烯酸酯的活性单体丙烯酸羟乙酯和丙稀酰吗啉全部替换成2-苯氧基乙基丙烯酸酯，推力仅有14kg。

实验例

将上述实施例和对比例制备得到的LED透镜固定UV胶通过网印后进行性能测试，方法如下：

粘度：25℃粘度，按照标准《GB/T 22314-2008塑料环氧树脂粘度测试方法》测试。

触变指数：25℃，采用相差10倍转速下的粘度比值(低转速粘度/高转速粘度)计算，测试仪器为brookfield DV2T粘度计。

比重：25℃，按照标准《GB/T 15223-2008塑料液体树脂用比重瓶法测定密度》测试。

硬度：23±2℃，按照标准《GB/T 2411-2008塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度(邵氏硬度)》测试。

推力：采用数显式推拉力计测试，型号为ALIYIQI HF500(温州一鼎仪器制造有限公司)，每组测10个数据。

吸水率：23±2℃，浸泡于水中24h，按照标准《GB/T 1034-1998塑料吸水性试验方法》测试。

高温高湿：将粘接固定好的大功率LED透镜和基板置于85℃×85％RH中24h，测试推力，无下降即为OK。

RoHS：原材料或成品送SGS检测，OK表示有害物质满足环保要求，通过检测。

测试结果如下：

表1.性能测试结果

注：“—”表示：数据不重要或者未满足关键性能没必要测试而未测；

“NG”表示：无法通过测试或不能满足性能要求。

从上述结果中可以看出，本发明实施例1-2的LED透镜固定UV胶，具有优异的粘接强度，推力可达20kg以上；具有合适的粘度和触变，点胶时不会流胶；优良的耐温性和耐水性，不会在点亮过程中因环境中的水汽或温度粘接强度大幅度下降造成透镜与基板分离；符合环保要求，不含重金属及其他有害物质。同时，由于可通过UV光快速固化，大大提高了生产效率和产能。而对比例的胶水，其效果较差。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种LED透镜固定UV胶，其特征在于，主要由以下重量份比的原料制备而成：

所述低聚物为环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯中的至少一种；

所述活性单体为单官能团丙烯酸酯、双官能团丙烯酸酯、多官能团丙烯酸酯单体中的至少一种，且所述活性单体具备羟基或氨基功能性官能团；

所述助剂由触变剂，以及附着力促进剂和消泡剂中的至少一种组成。

所述光引发剂由重量份比为2～4：2～4：0.1～1：0.05～2的苯偶酰及其衍生物、α-氨基酮及其衍生物、硫杂蒽酮及其衍生物、和胺活性剂组成；

或者

所述光引发剂由重量份比为1:7～1:1的α羟基酮和酰基膦氧化物组成。

2.根据权利要求1所述的LED透镜固定UV胶，其特征在于，主要由以下重量份比的原料制备而成：

3.根据权利要1或2所述的LED透镜固定UV胶，其特征在于，所述硫杂蒽酮及其衍生物与所述胺活性剂的重量份比为2:1～1:2。

4.根据权利要求1或2所述的LED透镜固定UV胶，其特征在于，所述活性单体中，所述单官能团丙烯酸酯选自：2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、C8-C10丙烯酸酯、丙稀酰吗啉、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N,N-二甲基乙酰基乙酰胺、N,N-二乙基乙酰基乙酰胺、甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯和双丙酮丙烯酰胺中的至少一种；

所述双官能团丙烯酸酯选自：三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、2-二甲基丙酯二丙烯酸酯和1,6-己二醇二丙烯酸酯中的至少一种；

所述多官能团丙烯酸酯选自：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的LED透镜固定UV胶，其特征在于，所述触变剂为气硅、液态流变助剂的至少一种；

所述附着力促进剂选自：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、丙烯酸磷酸酯单体的至少一种；

所述消泡剂为硅酮类消泡剂。

6.权利要求1-5任一项所述的LED透镜固定UV胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

预热：对所述活性单体进行预热；

溶解：在黄光或避光环境下，保持预热温度，如所述光引发剂为固态，则加入固态的光引发剂，搅拌使之溶解；如所述光引发剂为液态，省略溶解步骤；

热混合：保持预热温度，加入所述低聚物，先低速搅拌再高速搅拌，直至所述低聚物完全溶解于所述活性单体中，得混合胶液；

混合：停止加热，加入助剂和/或液态光引发剂，在余热下搅拌均匀，即得。

7.根据权利要求6所述的LED透镜固定UV胶的制备方法，其特征在于，所述预热步骤中，所述活性单体加热至50-60℃进行预热。

8.根据权利要求7所述的LED透镜固定UV胶的制备方法，其特征在于，所述热混合步骤中，加入低聚物后先在20-100转/min转速下搅拌，使低聚物初步溶解，再在300-1000转/min转速下搅拌，使之溶解完全。

9.根据权利要求8所述的LED透镜固定UV胶的制备方法，其特征在于，所述助剂还包括触变剂，在混合步骤中，加入触变剂后需高速分散，使触变剂分散均匀，才能获得稳定理想的触变效果。

10.权利要求1-6任一项所述的LED透镜固定UV胶应用于LED透镜与铝基板的粘接。