CN111748312A - 阳离子自由基双固化胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阳离子自由基双固化胶粘剂，由阳离子聚合引发剂、自由基聚合引发剂、活性单体、偶联剂、脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、流平剂组成，具有自由基‑阳离子UV固化优点互补特性，固化后玻璃化转变温度超过140℃(DSC)。此外，所述的环氧树脂和丙烯酸酯低聚物阳离子自由基双固化胶粘剂还具有优良的冷热冲击性以及较低的线性热膨胀系数，在光学产品粘接领域具有良好的应用前景。

Description

阳离子自由基双固化胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及适用于使用治具成型法、粘接成型法制作镜头等光学产品粘接用的阳离子自由基双固化胶粘剂，属于高分子材料技术领域。

背景技术

光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果，光学镜头规格繁多，有时不免头晕。光学镜头从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头；从视场大小分有广角、标准，远摄镜头；结构上分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动三可变(光圈、焦距、聚焦均可变)镜头等。近年来，以手机镜头、车载摄像头、i-pad、手提电脑、数码静态相机(DSC)、玻璃工艺饰等为代表的光学产品，它们小型化、轻质化、高清晰度化及高性能化得到飞跃的发展。伴随这样的技术动向，对于用于这些电子产品中所搭载的成像套件中的镜头和工艺饰品，其小型化、轻质化、高清化及薄壁化的要求越来越高。

上述光学产品通过治具成型法和粘接成型方法来装配制作，作为镜头等光学产品的原材料，已知可使用PC、PMMA、哥伦比亚树脂(CR-39)、COP等热塑性树脂、丙烯酸类树脂、有机硅类树脂等热或光固化性树脂，但是热塑性树脂不具有耐热性，因此对于使用了由热塑性树脂组装的镜头等光学产品的套件模块而言，需要通过另外的工序使其与它部件装配在一起，存在使制作工序变得繁琐的问题。现有技术公开了了一种耐湿热封装胶，由A、B两组分构成，经A、B组分混合后用于施工，其中A组分由脂环族缩水甘油醚环氧树脂、有机硅中间体、脂环环氧活性稀释剂、透明蓝紫染料色浆、消泡剂和增韧环氧剂组成，B组分由固化剂、促进剂、紫外吸收剂、多元醇和抗氧化剂组成；现有技术还公开了一种用于制作LED透镜的光固化材料，所述的光固化材料的组成配方是：100质量份环氧树脂、1～10质量份增韧剂、80～120质量份固化剂、1～10质量份光引发剂，其中的环氧树脂为脂环族环氧树脂或E型环氧树脂或脂环族环氧树脂与E型环氧树脂的混合物，具有良好的耐紫外性能和耐湿热性能，能有效改善LED器件的整体性能，符合产业化批量生产的需求。但是现有技术公开的环氧胶黏剂不适合光学镜头的粘接。

发明内容

现有技术在使用治具来制作晶片级小型化、轻质化、薄壁化、高清化的成像镜头和菲涅尔(Fresnel)镜头等具有特殊形状的光学产品时，使用现有具有脂环族环氧树脂和丙烯酸酯低聚物杂化的UV-LED固化胶粘剂固化后耐湿热性能不佳，粘接面出现开裂、气泡等现象。因此，本发明的目的在于提供可快速固化、精确定位、成像清晰、粘结牢度强且耐高温高湿和优异光学特性的光学产品，用于光学镜头粘接。

本发明采取了以下技术方案：

一种阳离子自由基双固化胶粘剂，所述阳离子自由基双固化胶粘剂由阳离子聚合引发剂、自由基聚合引发剂、活性单体、偶联剂、脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、流平剂组成。优选的，环族环氧树脂的用量为双酚A环氧树脂用量的2～4倍。

本发明公开了上述阳离子自由基双固化胶粘剂的制备方法，包括以下步骤，将脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、活性单体混合后再加入阳离子聚合引发剂、自由基聚合引发剂、偶联剂、流平剂，混合得到阳离子自由基双固化胶粘剂。进一步的，脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、活性单体在没有溶剂的情况下常规搅拌混合。

本发明涉及的用量都为重量，以脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、活性单体的重量和为100％：

脂环族环氧树脂的用量为25～35％，双酚A环氧树脂的用量为5～15％，芳香族聚氨酯丙烯酸酯的用量为35～45％，活性单体的用量为余量，比如15～25％；流平剂的用量为0.5～1％，偶联剂的用量为0.8～1.1％，阳离子聚合引发剂的用量为2.5～3.5％，自由基聚合引发剂的用量为4.5～5.5％。

本发明中，所述的偶联剂为硅烷偶联剂；所述活性单体为丙烯酸酯单体。

本发明中，所述自由基聚合引发剂为苯甲酰基-膦氧化物；所述阳离子聚合引发剂为苯基硫鎓-磷酸盐。

本发明公开的阳离子自由基双固化胶粘剂被用于晶片级光学产品的粘合，比如菲涅尔镜头粘合、手机镜头粘合、车载摄像头粘合、i-pad视频摄像头粘合、电脑视频摄像头粘合、数码静态相机(DSC)成像镜头及闪光灯镜头粘合。

光学玻璃是用高纯度硅、硼、钠、钾、锌、铅、镁、钙、钡等的氧化物按特定配方混合,在白金坩埚中高温融化,用超声波搅拌均匀，去气泡；然后经长时间缓慢地降温，以免玻璃块产生内应力。冷却后的玻璃块，必须经过光学仪器测量，检验纯度、透明度、均匀度、折射率和色散率是否合规格。合格的玻璃块经过加热锻压，成光学透镜毛胚。应用于摄像模组和光学镜头组装用的光固化胶粘剂除了需要常规的耐热、低膨胀等性能，还需要承受在电子产品常处的潮湿、高温的恶劣环境，另外可快速固化，尤其是不需要加热，也成为重要的指标。

环氧树脂固化后胶体中的C-C键、C-H键键能较小且带有羟基等结构，使得环氧固化物易受水影响，耐温性能较差，因此，须对环氧树脂体系进行一定的改性和研究。本发明中，以脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、活性单体为树脂主体，添加引发剂等助剂，脂环族环氧树脂的环氧基直接连接在脂环上，固化后交联密度增大，形成刚性结构，耐热性好，同时双酚A环氧以及活性单体参与固化优化了交联密度，提高韧性，使其可以作为光学玻璃粘接剂，芳香族聚氨酯丙烯酸酯对耐温有较好的保持作用，且优化固化物的韧性，但是芳香族聚氨酯丙烯酸酯、活性单体用量限定很重要，否则形成固化缺陷，不利于耐湿热性能。

本发明公开了上述阳离子自由基双固化胶粘剂作为粘接材料的应用；所述粘接材料为光学镜头粘接材料。

本发明的阳离子自由基双固化胶粘剂可改善玻璃片之间的润湿性，在将阳离子自由基双固化胶粘剂填充于玻璃片之间时可以防止“起泡、水波纹、龟裂”的发生，并且固化速度快，关键的，通过以脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、活性单体为树脂主体，添加引发剂等助剂的技术方案，能够形成低收缩率、耐高温高湿性、耐冷热冲击、粘结强度高、成像清晰的胶层。

具体实施方式

本发明原料可通过已有或惯用的方法制造或者市购。作为脂环族环氧树脂，能够获得优异固化性、耐热性、光学特性、耐温耐湿性、低收缩性、低线性膨胀性等优异的固化物性能，作为必要成分，结合阳离子聚合引发剂、自由基聚合引发剂、活性单体、偶联剂、双酚A环氧树脂、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、流平剂组成阳离子自由基双固化胶粘剂。

本发明的阳离子自由基双固化胶粘剂通过将脂环族环氧树脂、阳离子聚合引发剂、自由基聚合引发剂、双酚A类环氧树脂、丙烯酸酯低聚物、偶联剂、流平剂、活性单体进行混合搅拌而制备，搅拌/混合可使用惯用的装置(高速剪切分散机、行星搅拌机等)。

本发明阳离子自由基双固化胶粘剂应用方法与现有技术一样，也可以参见申请人同时申请的“杂化UV-LED固化胶粘剂及其制备方法”说明书，本发明的技术效果在于公开新的配方组成，实现固化物耐湿热的性能，具体胶粘剂的制备方法以及应用于镜头粘接的方法为现有技术。

测试方法

胶黏剂固化速度：为比较胶黏剂固化速度，取不同配方的胶粘剂分别制作成同一厚度(20μm)试片，在同一光源(UV LED-365nm)，同等光强(400mW/cm²)，同等照射高度下(130mm)，照射同等时间(1.5s)后，表面完全表干被评定为√；表面轻微粘手被评定为○；表面明显粘手被评定为×。

固化物外观：本发明阳离子自由基双固化胶粘剂用于镜头粘接的过程如下：

1、两镜头单片(凹凸面)用酒精擦拭干净，做预处理；

2、于镜头凹面处点胶后，贴合凸面，顺时针旋转揉搓，使胶水充分填充；

3、使用点光源UV LED-365nm进行初固(固化时间：1s、固化能量：2000mj/cm²)后，在金相显微镜下观察粘接面有无气泡、裂纹、开胶等现象；如无异常，则将镜头放入UV LED-365nm固化炉进行加固(固化时间：90s、固化能量：5200mj/cm²)，取出，再次在金相显微镜下观察固化物外观，即粘接面有无气泡、裂纹、开胶等现象。如无，则为良品(为√)，反之则为次品(为×)。

85℃/85％RH测试：为比较胶黏剂耐高温高湿性能，需使用可程式恒温恒湿试验机(型号：TH-80DH，广东艾思荔检测仪器有限公司)。参考国家标准的GB_T2423.3-2016(恒定湿热试验)测量胶黏剂在粘接载玻片并完全固化，置于可程式恒温恒湿箱48小时后，取出观察粘接面有无开裂、气泡等现象，若粘接面未出现开裂、气泡等现象，则评定为√；若粘接面出现开裂、气泡等现象，但破坏面积小于等于10％，则评定为○；若粘接面出现开裂、气泡等现象且破坏面积大于10％，则评定为×。

应理解，所属领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改、变化、更改以及等效实施例。需要说明的是，在本说明书中，所述“晶片级光学产品”是指，在以石英级透光水平制造用于手机等拍照时所使用的镜头，镜头一个的尺寸为直径1～10mm左右、其厚度为100～2000um左右。另外，所述“菲涅尔透镜”是指，将通常的透镜分割为同心圆状区域并减薄了厚度的透镜，其具有锯齿状的剖面。一个透镜的尺寸为：直径1～10mm左右、其厚度为100～2000μm左右。

脂环族环氧树脂的用量为25～35％，双酚A环氧树脂的用量为5～15％，芳香族聚氨酯丙烯酸酯的用量为35～45％，活性单体的用量为余量，比如15～25％；流平剂的用量为0.5～1％，偶联剂的用量为0.8～1.1％，阳离子聚合引发剂的用量为2.5～3.5％，自由基聚合引发剂的用量为4.5～5.5％。

实施例

表1实施例和比较例配方，重量份

备注，相对于实施例，比较例四中，活性单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA，EM231，长兴材料工业股份有限公司)；比较例六中，芳香族聚氨酯丙烯酸酯替换为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(DR-U240长兴材料)；比较列七中，脂环族环氧树脂替换为3,4-环氧环己基甲酸-3,4-环氧环己基甲酯(TTA21P，江苏泰特尔新材料科技有限公司)。

本实施例中，A.脂环族环氧树脂：2-(3,4-环氧环己基)-5,5-螺(3,4-环氧环己基)-1,3-二氧六环均聚物(TTA34，江苏泰特尔新材料科技有限公司)；B.双酚A类环氧树脂：E44型环氧树脂(上海元邦化工制造有限公司)；C.丙烯酸酯低聚物：芳香族聚氨酯六丙烯酸酯(6146-100，长兴材料工业股份有限公司)；D.活性单体：甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA，EM54，长兴材料工业股份有限公司)；E.阳离子聚合引发剂：4-(苯硫基)苯基二苯基硫鎓六氟磷酸盐&双(4-(二苯基硫鎓)苯基)硫醚-双六氟磷酸盐(Diphenyl[4-(phenylthio)phenyl]sulfonium hexaflrorophosphate&Bis(4-(diphenylsulfonio)phenyl)sulfidebis(hexafluorophosphate)，TTA UV-692，江苏泰特尔新材料科技有限公司)；F.自由基光引发剂：2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基-膦氧化物(Darocure TPO，汽巴有限公司)；H.偶联剂：巯丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-970，南京轩浩新材料科技有限公司)；I.流平剂：聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚体(BYK307，东莞市鑫奇颜料有限公司)。

实施例和比较例胶粘剂的制备方法为，组分A、组分B、组分C、组分D以表1中所列出的量(单位：重量份)在没有溶剂的情况下常规搅拌混合；然后向混合物中添加组分E、组分F、组分H以及组分I，常规搅拌混合，由此制备胶粘剂。

结构决定性能，不同结构环氧等化合物固化后形成复杂的复合材料，对产品性能产生极大影响，可以看出，本发明通过组分选择与配比限定，各组分之间具有固化协同效果，快速固化得到的固化物性能好，尤其是耐湿热性能优异。

Claims (10)

1.一种阳离子自由基双固化胶粘剂，其特征在于，所述阳离子自由基双固化胶粘剂由阳离子聚合引发剂、自由基聚合引发剂、活性单体、偶联剂、脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、流平剂组成。

2.如权利要求1所述的阳离子自由基双固化胶粘剂，其特征在于，脂环族环氧树脂的用量为双酚A环氧树脂用量的2～4倍。

3.如权利要求2所述的阳离子自由基双固化胶粘剂，其特征在于，脂环族环氧树脂的用量为25～35％，双酚A环氧树脂的用量为5～15％。

4.如权利要求1所述的阳离子自由基双固化胶粘剂，其特征在于，芳香族聚氨酯丙烯酸酯的用量为35～45％，活性单体的用量为15～25％。

5.如权利要求3所述的阳离子自由基双固化胶粘剂，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂；所述活性单体为丙烯酸酯单体。

6.如权利要求1所述的阳离子自由基双固化胶粘剂，其特征在于，阳离子聚合引发剂的用量为2.5～3.5％，自由基聚合引发剂的用量为4.5～5.5％。

7.如权利要求1所述的阳离子自由基双固化胶粘剂，其特征在于，所述自由基聚合引发剂为苯甲酰基-膦氧化物；所述阳离子聚合引发剂为苯基硫鎓-磷酸盐。

8.权利要求1所述的阳离子自由基双固化胶粘剂作为粘接材料的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述粘接材料为光学粘接材料。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述光学粘接材料为镜头粘接材料。