CN114907538A - 一种紫外光固化树脂和紫外光固化胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

一种紫外光固化树脂和紫外光固化胶黏剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于胶黏剂技术领域，公开了一种紫外光固化树脂和紫外光固化胶黏剂及其制备方法。所述紫外光固化胶黏剂含有紫外光固化树脂、活性稀释剂、光引发剂、偶联剂、触变剂以及陶瓷粉末。本发明采用具有式(I)所示结构的酸性化合物作为紫外光固化树脂，这种特定结构的紫外光固化树脂不仅能够形成双配位基团，具有极高的防水性、耐老化性以及防腐蚀性，而且与活性稀释剂的相容性非常好，能够提高紫外光固化胶黏剂对极性基材的粘接力，由此能够使相应的紫外光固化胶黏剂在长期高温高湿环境下依旧可以保持相对高粘接强度。

Description

一种紫外光固化树脂和紫外光固化胶黏剂及其制备方法
技术领域
本发明属于胶黏剂技术领域，具体涉及一种紫外光固化树脂和紫外光固化胶黏剂及其制备方法。
背景技术
紫外光固化技术是一项具有5E特点的工业技术，即具有高效(Efficient)、经济(Economical)、节能(Energy saving)、适应性广(Enabling)和环境友好(Environmentalfriendly)的5E特点。因此，紫外光固化技术是一种非常理想的固化方式，自20世纪60年代出现以来就得到迅猛发展，该技术主要应用于涂料、油墨和胶黏剂等技术领域。
在胶黏剂技术领域中，紫外光固化胶黏剂与传统胶黏剂相比具有固化速率快、无污染以及节省能源等优点，是一种环境友好型胶黏剂。现有技术中多采用聚酯型聚氨酯丙烯酸酯树脂制备紫外光固化胶黏剂，具有较好的机械强度和模量，但是其柔韧性略差、抗跌落和抗冲击性能一般。同时由于聚氨脂丙烯酸树脂本身结构特性，即含有大量的酯键，因而其耐湿性、耐热性以及耐化学性均较差，并且其在潮湿环境下容易发生水解，导致高分子链断裂，致使胶黏剂在使用周期的粘接性能变差，容易开裂造成失效，即在湿热环境下该类胶黏剂的可靠性较差。一些特殊领域对紫外光固化胶黏剂具有更高的要求，比如，应用于LED液晶显示(如LED电视和显示屏背光源)的LED灯条透镜粘接用的紫外光固化胶黏剂需要在高温高湿的环境下仍具有很高的粘接力，如此才能承受产品使用寿命和使用环境的影响。而现有常规的紫外光固化胶粘剂在双85测试条件(温度85℃和湿度85％RH)下进行一定时间(如500h)的老化后均存在粘接力下降严重的问题，从而限制了紫外光固化胶粘剂在一些要求老化特性高的相关领域的应用。
综上分析，亟需开发一种具有优异的耐湿性、耐热性以及耐化学性的紫外光固化胶黏剂，以保证在经受长时间高湿和高温后其的粘接性能仍能保持相对高强度的要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的聚氨脂丙烯酸酯树脂紫外光固化胶黏剂存在高温高湿耐受性差的缺陷，而提供一种在长期高温高湿环境下依旧可以保持相对高粘接强度的紫外光固化树脂和紫外光固化胶黏剂及其制备方法。
具体地，本发明的第一目的提供了一种紫外光固化树脂，其中，所述紫外光固化树脂具有式(I)所示的结构：
Figure BDA0003715520220000021
式(I)中，R1为C1-C10的亚烷基、C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基，R2为C1-C10的亚烷基，R31为C1-C5的烷基，R32、R33、R34各自独立地为C1-C5的亚烷基，R4为C1-C5的亚烷基，R41为H原子或C1-C5的烷基，R5为C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基，n为大于等于1的整数。
在一种优选的实施方式中，R5为C6-C20的亚芳基。
在一种优选的实施方式中，所述紫外光固化树脂的酸价为10～25mgKOH/g。
在一种优选的实施方式中，所述紫外光固化树脂的粘度为5000～50000cps。
本发明的第二目的提供了一种紫外光固化树脂的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：
(1)在惰性气氛下，将式(II)所示的二异氰酸酯单体与式(III)所示的二元胺单体进行聚加成反应，得到仅裸露异氰酸酯基团在分子链末端的聚脲前体，即为α,ω-双异氰酸酯聚脲前体；
(2)在惰性气氛下，将步骤(1)中所得α,ω-双异氰酸酯聚脲前体与式(IV)所示的三羟基单体在阻聚剂、引发剂的作用下进行聚加成反应，得到带有羟基的α′,ω′-双异氰酸酯聚脲前体；
(3)在惰性气氛下，将步骤(2)中所得带有羟基的α′,ω′-双异氰酸酯聚脲前体与式(V)所示的端羟基烯基酸酯单体进行聚加成反应，得到带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体；
(4)在惰性气氛下，将步骤(3)中所得带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体与式(VI)所示的二官能度酸酐单体进行聚加成反应，得到紫外光固化树脂；
OCN-R1-NCO式(II)，H2N-R2-NH2式(III)，
Figure BDA0003715520220000031
式(II)中，R1为C1-C10的亚烷基、C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基；
式(III)中，R2为C1-C10的亚烷基；
式(IV)中，R31为C1-C5的烷基，R32、R33、R34各自独立地为C1-C5的亚烷基；
式(V)中，R4为C1-C5的亚烷基，R41为H原子或C1-C5的烷基；
式(VI)中，R5为C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基；优选地，R5为C6-C20的亚芳基。
在一种优选的实施方式中，步骤(1)中，所述聚加成反应的条件包括温度为40～70℃，时间为2～5h；步骤(2)中，所述聚加成反应的条件包括温度为60～120℃，时间为0.5～3h；步骤(3)中，所述聚加成反应的条件包括温度为60～90℃，时间为2～8h；步骤(4)中，所述聚加成反应的条件包括温度为100～120℃，时间为0.5～3h。
在一种优选的实施方式中，步骤(1)中，所述二异氰酸酯单体与二元胺单体的摩尔比为(1.1～1.3):1；步骤(2)中，所述三羟基单体与二异氰酸酯单体的摩尔比为(0.1～0.5):1；步骤(3)中，所述端羟基烯基酸酯单体与三羟基单体的摩尔比为(1.0～2.0):1；步骤(4)中，所述二官能度酸酐单体与三羟基单体的摩尔比为(1.1～1.3):1。
在一种优选的实施方式中，步骤(2)中，所述阻聚剂的用量为二异氰酸酯单体和二元胺单体总质量的0.02wt％～0.04wt％；所述引发剂的用量为二异氰酸酯单体和二元胺单体总质量的0.1wt％～0.5wt％。
在一种优选的实施方式中，步骤(2)中，所述阻聚剂选自对苯二酚、对甲氧基苯酚、邻甲基对苯二酚和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一种；所述引发剂选自有机锡化合物和/或有机铋化合物。
本发明的第三目的提供了一种由上述的方法制备得到的紫外光固化树脂。
本发明的第四目的提供了一种紫外光固化胶黏剂，其中，所述紫外光固化胶黏剂含有上述的紫外光固化树脂、活性稀释剂、光引发剂、偶联剂、触变剂以及陶瓷粉末。
在一种优选的实施方式中，所述紫外光固化树脂的含量为40～70重量份，所述活性稀释剂的含量为20～60重量份，所述光引发剂的含量为1～8重量份，所述偶联剂的含量为0.5～3重量份，所述触变剂的含量为1～5重量份，所述陶瓷粉末的含量为2～5重量份。
在一种优选的实施方式中，所述活性稀释剂为单官能度丙烯酸酯类活性稀释剂；所述光引发剂选自Irgacure 1173、Irgacure 184、Irgacure 651、Irgacure 819、Irgacure907和TPO中的至少一种；所述偶联剂选自甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)-丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和双(γ-三乙氧基硅丙基)-四硫化物中的至少一种；所述触变剂选自气相二氧化硅；所述陶瓷粉末的颗粒目数为200～500目。
本发明的第五目的提供了一种紫外光固化胶黏剂的制备方法，其中，该方法包括在真空度为0.050～0.098MPa且温度为20～30℃的条件下，将紫外光固化树脂、活性稀释剂、光引发剂、偶联剂、触变剂以及陶瓷粉末进行混合均匀。
本发明的关键在于将具有式(I)所示结构的酸性化合物作为紫外光固化树脂，这种特定结构的紫外光固化树脂不仅能够形成双配位基团，具有极高的防水性、耐老化性以及防腐蚀性，而且与活性稀释剂的相容性非常好，能够提高紫外光固化胶黏剂对极性基材的粘接力，由此能够使相应的紫外光固化胶黏剂在长期高温高湿环境下依旧可以保持相对高粘接强度。
具体实施方式
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
本发明的第一方面提供了一种紫外光固化树脂，其中，所述紫外光固化树脂具有式(I)所示的结构：
Figure BDA0003715520220000051
式(I)中，R1为C1-C10的亚烷基、C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基，R2为C1-C10的亚烷基，R31为C1-C5的烷基，R32、R33、R34各自独立地为C1-C5的亚烷基，R4为C1-C5的亚烷基，R41为H原子或C1-C5的烷基，R5为C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基，n为大于等于1的整数。
优选地，R1为C4-C8的亚烷基、C6-C13的亚环烷基或C6-C13的亚芳基。其中，C4-C8的亚烷基的具体实例包括但不限于：亚正丁基、亚异丁基、亚叔丁基、亚正戊基、亚异戊基、亚新戊基、亚正己基、亚异己基、亚叔己基、亚正庚基、亚异庚基、亚叔庚基、亚正辛基、亚异辛基或亚叔辛基，优选为亚正戊基或亚正己基。C6-C13的亚环烷基的具体实例包括但不限于：环己基、降冰片烷二亚甲基、1,1,3-三甲基环己基或甲基二环己基。C6-C13的亚芳基的具体实例包括但不限于：苯基、甲苯基、间二甲基苯基或1,1’-亚甲基二苯基。
优选地，R2为C2-C6的亚烷基。其中，C2-C6的亚烷基的具体实例包括但不限于：亚乙基、亚正丙基、亚异丙基、亚正丁基、亚异丁基、亚叔丁基、亚正戊基、亚异戊基、亚新戊基、亚正己基、亚异己基或亚叔己基，优选为亚乙基、亚正丙基、亚正丁基、亚正戊基或亚正己基。
优选地，R31为乙基；优选地，R32、R33、R34各自独立地为亚甲基。
优选地，R4为C2-C4的亚烷基，R41为H原子或甲基。其中，C2-C4的亚烷基的具体实例包括但不限于：乙基、亚正丙基、亚异丙基、亚正丁基、亚异丁基或亚叔丁基。更优选地，C2-C4的亚烷基的具体实例包括但不限于：乙基、亚正丙基或亚正丁基。
优选地，R5为C6-C20的亚芳基；更优选地，R5为C6的亚芳基。
优选地，n为大于等于1的整数。更优选地，n的取值范围为1≤n≤20，n的具体实例包括但不限于1、5、10、15或20。
本发明所提供的紫外光固化树脂的酸价优选为10～25mgKOH/g，例如可以为10mgKOH/g、15mgKOH/g、20mgKOH/g、25mgKOH/g。所述紫外光固化树脂的粘度优选为5000～50000cps，例如可以为5000cps、10000cps、15000cps、20000cps、25000cps、30000cps、35000cps、40000cps、45000cps、50000cps。
本发明的第二方面提供了一种紫外光固化树脂的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：
(1)在惰性气氛下，将式(II)所示的二异氰酸酯单体与式(III)所示的二元胺单体进行聚加成反应，得到仅裸露异氰酸酯基团在分子链末端的聚脲前体，即为α,ω-双异氰酸酯聚脲前体；
Figure BDA0003715520220000061
(2)在惰性气氛下，将步骤(1)中所得α,ω-双异氰酸酯聚脲前体与式(IV)所示的三羟基单体在阻聚剂、引发剂的作用下进行聚加成反应，得到带有羟基的α′,ω′-双异氰酸酯聚脲前体；
Figure BDA0003715520220000071
(3)在惰性气氛下，将步骤(2)中所得带有羟基的α′,ω′-双异氰酸酯聚脲前体与式(V)所示的端羟基烯基酸酯单体进行聚加成反应，得到带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体；
Figure BDA0003715520220000072
(4)在惰性气氛下，将步骤(3)中所得带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体与式(VI)所示的二官能度酸酐单体进行聚加成反应，得到紫外光固化树脂；
Figure BDA0003715520220000081
OCN-R1-NCO式(II)，H2N-R2-NH2式(III)，
Figure BDA0003715520220000082
式(II)中，R1为C1-C10的亚烷基、C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基，优选为C4-C8的亚烷基、C6-C13的亚环烷基或C6-C13的亚芳基。其中，C4-C8的亚烷基的具体实例包括但不限于：亚正丁基、亚异丁基、亚叔丁基、亚正戊基、亚异戊基、亚新戊基、亚正己基、亚异己基、亚叔己基、亚正庚基、亚异庚基、亚叔庚基、亚正辛基、亚异辛基或亚叔辛基，优选为亚正戊基或亚正己基。相应地，R1所属单体(式(II))的具体实例包括但不限于：五亚甲基二异氰酸酯和/或六亚甲基二异氰酸酯。其中，C6-C13的亚环烷基的具体实例包括但不限于：环己基、降冰片烷二亚甲基、1,1,3-三甲基环己基或甲基二环己基。相应地，R1所属单体(式(II))的具体实例包括但不限于：环己烷-1,4-二异氰酸酯、降冰片烷二亚甲基异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和二环已基甲烷-4,4-二异氰酸酯中的至少一种。其中，C6-C13的亚芳基的具体实例包括但不限于：苯基、甲苯基、间二甲基苯基或1,1’-亚甲基二苯基。相应地，R1所属单体(式(II))的具体实例包括但不限于：邻苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
式(III)中，R2为C1-C10的亚烷基，优选为C2-C6的亚烷基。其中，C2-C6的亚烷基的具体实例包括但不限于：亚乙基、亚正丙基、亚异丙基、亚正丁基、亚异丁基、亚叔丁基、亚正戊基、亚异戊基、亚新戊基、亚正己基、亚异己基或亚叔己基，更优选为亚乙基、亚正丙基、亚正丁基、亚正戊基或亚正己基。相应地，R2所属单体(式(III))的具体实例包括但不限于：乙二胺、丙二胺、四亚甲基二胺、五亚甲基二胺和六亚甲基二胺中的至少一种。
式(IV)中，R31为C1-C5的烷基，优选为乙基；R32、R33、R34各自独立地为C1-C5的亚烷基，优选为R32、R33、R34各自独立地为亚甲基。相应地，R31、R32、R33、R34所属单体(式(IV))的具体实例为三羟甲基丙烷。
式(V)中，R4为C1-C5的亚烷基，R41为H原子或C1-C5的烷基。其中，R4优选为C2-C4的亚烷基，R41优选为H原子或甲基。C2-C4的亚烷基的具体实例包括但不限于：乙基、亚正丙基、亚异丙基、亚正丁基、亚异丁基或亚叔丁基。更优选地，C2-C4的亚烷基的具体实例包括但不限于：乙基、亚正丙基或亚正丁基。相应地，R4、R41所属单体(式(V))的具体实例包括但不限于：丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟丁酯中的至少一种。
式(VI)中，R5为C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基。R5优选为C6的亚环烷基或C6的亚芳基。更优选地，R5为C6的亚芳基。相应地，R5所属单体(式(VI))的具体实例包括但不限于：苯酐、四氢苯酐和六氢苯酐中的至少一种。
本发明中，由于异氰酸酯对水分敏感，因此为了使二异氰酸酯、二元胺、三羟甲基丙烷、羟基丙烯酸酯及二官能度酸酐的聚加成反应能够顺利进行，在反应加料前需要对反应容器和反应原料进行除水处理并于将聚加成反应置于惰性气氛下进行。其中，对反应容器进行除水处理的方式通常可以对反应容器进行干燥，具体可以在130～150℃条件下对反应容器干燥2～4h。对反应原料进行除水处理的方式通常可以将反应原料采用加热抽真空除水，冷冻干燥、分子筛除水、手套箱抽换气等方式进行处理。将聚加成反应置于惰性气氛下进行的方式通常可以往反应容器中通入化学惰性气体、抽换真空等方式以驱除空气并充入惰性气体，从而使反应体系能够保持在惰性气氛下，其中，所述化学惰性气体具体可以为氮气或氩气，优选为氮气。
本发明对聚加成反应的条件没有特别的限定，但为了控制反应速率同时兼具聚合物的分子量，步骤(1)中所述聚加成反应的条件通常包括温度为40～70℃，时间为2～5h。步骤(2)中所述聚加成反应的条件通常包括温度为60～120℃，时间为0.5～3h。步骤(3)中所述聚加成反应的条件通常包括温度为60～90℃，时间为2～8h。步骤(4)中，所述聚加成反应的条件通常包括温度为100～120℃，时间为0.5～3h。需要说明的是，本发明中紫外光固化树脂的制备优选采用“一锅法”的方式进行，即在合成α,ω-双异氰酸酯聚脲前体后，直接于上述反应体系中添加阻聚剂和引发剂，并分步继续添加三羟基单体、端羟基烯基酸酯单体和二官能度酸酐单体，而无需进一步处理。此外，本发明中所述聚加成反应通常在有机溶剂的存在下进行，所述有机溶剂为不含有活泼氢的化合物，优选选自甲苯、二甲苯、丙酮、甲乙酮、环己酮、四氢呋喃、二氧六环和二甲基甲酰胺中的至少一种。
本发明中，步骤(1)中为了得到仅裸露异氰酸酯基团在分子链末端的α,ω-双异氰酸酯聚脲前体，二异氰酸酯单体的摩尔量需要比二元胺单体的摩尔量稍过量。优选地，所述二异氰酸酯单体与所述二元胺单体的摩尔比为(1.1～1.3):1。具体地，可以为1.1:1、1.15:1、1.2:1、1.25:1、1.3:1。步骤(2)中为了得到带有羟基的α′,ω′-双异氰酸酯聚脲前体，所述三羟基单体与二异氰酸酯单体的摩尔比优选为(0.1～0.5):1，例如0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1。步骤(3)中为了得到带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体，所述端羟基烯基酸酯单体与带三羟基单体的摩尔比优选为(1.0～2.0):1，例如1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2.0:1。为了使α′,ω′-双异氰酸酯聚脲前体能够充分反应完全，通过采用电位滴定仪检测反应过程中异氰酸酯NCO的含量，当异氰酸酯NCO质量百分比含量≤0.05％，即可说明反应完全。即称取m g左右样品于具塞锥形瓶中，加入无水甲苯25mL，盖上瓶塞，在加热板上加热速溶。用移液管吸取25mL二正丁胺甲苯溶液(0.1mol/L)，盖上塞子震荡溶解充分，加入20mL异丙醇，插入电极和滴定头，设置好滴定参数，用0.5852mol/L盐酸标准溶液进行滴定(Vs)；不加样品重复上述操作测定样品空白(V0)。根据WNCO＝(V0-Vs)*0.5852*42/(1000m)*100％计算测得。步骤(4)中为了得到紫外光固化树脂，所述二官能度酸酐单体与三羟基单体的摩尔比为(1.1～1.3):1，例如1.1:1、1.15:1、1.2:1、1.25:1、1.3:1。
由于氨基的活性大，其与异氰酸酯可以直接反应，因此本发明步骤(1)中的聚加成反应不需要额外添加阻聚剂和引发剂就能顺利反应。本发明步骤(2)、步骤(3)中的聚加成反应常用的阻聚剂选自对苯二酚、对甲氧基苯酚、邻甲基对苯二酚和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一种。本发明步骤(2)、步骤(3)中的聚加成反应常用的引发剂选自机锡化合物和/或有机铋化合物。所述有机锡化合物为异酸亚锡、氯化三甲基锡、二月桂酸二丁基锡、二氯化二丁基锡和三氯化甲基锡中至少一种，所述有机铋化合物为异辛酸铋和/或羧酸铋。
此外，本发明对所述阻聚剂和引发剂的用量没有特别地限制，但为了兼顾控制催化速率与紫外光固化树脂分子量的大小，所述阻聚剂的用量优选为二异氰酸酯单体和二元胺单体总重量的0.02wt％～0.04wt％，具体地，可以为0.02wt％、0.025wt％、0.03wt％、0.03wt％、0.04wt％。所述引发剂的用量优选为二异氰酸酯单体和二元胺单体总质量的0.1wt％～0.5wt％，具体地，可以为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％。
本发明的第三方面提供了一种由上述的方法制备得到的紫外光固化树脂。
由上述方法制备得到的紫外光固化树脂不仅能够形成双配位基团，具有极高的防水性、耐老化性以及防腐蚀性，而且与活性稀释剂的相容性非常好，能够提高紫外光固化胶黏剂对极性基材的粘接力，由此能够使相应的紫外光固化胶黏剂在长期高温高湿环境下依旧可以保持相对高粘接强度。
由上述方法制备得到的紫外光固化树脂的酸价优选为10～25mgKOH/g，例如可以为10mgKOH/g、15mgKOH/g、20mgKOH/g、25mgKOH/g。此时可进一步提高相应紫外光固化胶黏剂在长期高温高湿环境下依旧可以保持相对高粘接强度。由上述方法制备得到的紫外光固化树脂的粘度优选为5000～50000cps，例如可以为5000cps、10000cps、15000cps、20000cps、25000cps、30000cps、35000cps、40000cps、45000cps、50000cps。此时其在室温下具有流动性，能够与胶黏剂中的其余组分充分混合，从而提高紫外光固化胶黏剂对基材的粘接力。
本发明的第四方面提供了一种紫外光固化胶黏剂，所述紫外光固化胶黏剂含有上述的紫外光固化树脂、活性稀释剂、光引发剂、偶联剂、触变剂以及陶瓷粉末。其中，所述紫外光固化树脂的含量优选为40～70重量份，例如40重量份、50重量份、60重量份、70重量份。所述活性稀释剂的含量优选为20～60重量份，例如20重量份、30重量份、40重量份、50重量份、60重量份。所述光引发剂的含量优选为1～8重量份，例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份。所述偶联剂的含量优选为0.5～3重量份，例如0.5重量份、1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份。所述触变剂的含量优选为1～5重量份，例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份。所述陶瓷粉末的含量优选为2～5重量份，例如2重量份、3重量份、4重量份、5重量份。
本发明通过将上述特定比例的紫外光固化树脂、活性稀释剂、光引发剂、偶联剂、触变剂以及陶瓷粉末协同配合形成紫外光固化胶黏剂，该紫外光固化胶黏剂能够在经受长时间的高温高湿环境后，依旧可以保持相对高粘接强度以满足应用场景的需求。
本发明中所述活性稀释剂可以为单官能度丙烯酸酯类活性稀释剂，具体可以选自四氢呋喃(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、丙烯酸双环戊二烯酯、烷氧化壬基苯酚丙烯酸酯、乙氧化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸异葵酯、二甲基丙烯酰胺和丙烯酰吗啉中的至少一种。
本发明对光引发剂的种类没有特别的限定，可以为本领域的常规选择，例如，所述光引发剂可以选自Irgacure 1173、Irgacure 184、Irgacure 651、Irgacure 819、Irgacure907和TPO中的至少一种。
本发明对偶联剂的种类没有特别的限定，可以为本领域的常规选择，例如，所述偶联剂可以选自甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)-丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和双(γ-三乙氧基硅丙基)-四硫化物中的至少一种。
本发明对触变剂的种类没有特别的限定，可以为本领域的常规选择，例如，所述触变剂可以选自气相二氧化硅。所述触变剂具体实例包括但不限于：Waker公司的H8、H20、H30，Cabot公司TS-530、TS720和Degussa公司的R972、R974、R976、R202、R8200中的至少一种。
本发明对陶瓷粉末的种类没有特别的限定，可以为本领域的常规选择。例如，所述陶瓷粉末可以选自氧化硅、氧化铝、氧化锆、碳化硅和氮化硅中的至少一种，通过级配、混料、煅烧成瓷、破碎、研磨以及分级制备而成。所述陶瓷粉末的颗粒目数可以为200～500目，其具体实例包括但不限于：200目陶瓷粉、300目陶瓷粉、325目陶瓷粉、400目陶瓷粉、500目陶瓷粉。
本发明的第五方面提供了一种紫外光固化胶黏剂的制备方法，该制备工艺简单，可采用“一锅法”一步或分步加料方式对原材料进行混合均匀即得到所需的紫外光固化胶黏剂。在一种具体实施方式中，在真空度为0.050～0.098MPa、温度为20～30℃的条件下，将紫外光固化树脂、活性稀释剂、光引发剂以及偶联剂原料投料到双行星混合动力反应釜内搅拌均匀，之后于所得溶液体系中继续加入陶瓷粉末和触变剂进行搅拌均匀，接着进行刮壁处理后继续搅拌，最后抽真空脱泡即得到所需的紫外光固化胶黏剂。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但本发明不限于这些实施例。
制备例1该制备例用于说明紫外光固化树脂的制备
在氮气氛围下，在三口瓶中加入201.8g(1.20mol)六亚甲基二异氰酸酯，然后称取60g(1mol)乙二胺，分2次逐步添加乙二胺溶液到三口瓶中，在温度为42℃下搅拌反应3.5h，得到α,ω-双异氰酸酯聚脲前体；然后在氮气氛围保护下，往三口瓶中加入0.08g对苯二酚和0.78g二丁基二氯化锡引发剂后继续加入40.3g(0.3mol)三羟甲基丙烷，升高温度至90℃反应1h，得到带有羟基的α′,ω′-双异氰酸酯聚脲前体；降低温度至75℃，逐渐滴加43.25g(0.3mol)甲基丙烯酸羟乙酯，搅拌反应1h后监测体系中NCO基团的含量，测的NCO质量百分比含量大于＞0.05％，继续滴加13.01g(0.1mol)甲基丙烯酸羟乙酯，搅拌反应1h后监测体系中NCO基团的含量，重复以上步骤直至NCO含量≤0.05％后结束添加甲基丙烯酸羟乙酯，得到带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体；升高温度至105℃，在搅拌下滴加44.4g(0.3mol)苯酐，检测酸价为16mgKOH/g后停止反应，降温至40℃出料，得到自制紫外光固化树脂，记为A-1，其25℃下粘度为13000cps。
制备例2该制备例用于说明紫外光固化树脂的制备
在氮气氛围下，在三口瓶中加入301.7g(1.15mol)二环已基甲烷-4,4-二异氰酸酯，然后称取60g(1mol)乙二胺，分2次逐步添加乙二胺溶液到三口瓶中，在温度为50℃下搅拌反应4h，得到α,ω-双异氰酸酯聚脲前体；然后在氮气氛围保护下，往三口瓶中加入0.1g邻甲基对苯二酚和1.08g氯化三甲基锡引发剂后继续加入46.17g(0.35mol)三羟甲基丙烷，升高温度至95℃反应1h，得到带有羟基的α′,ω′-双异氰酸酯聚脲前体；降低温度至80℃，逐渐滴加43.25g(0.3mol)甲基丙烯酸羟丙酯，搅拌反应1h后监测体系中NCO基团的含量，测的NCO质量百分比含量大于＞0.05％，继续滴加14.42g(0.1mol)甲基丙烯酸羟丙酯，搅拌反应1h后监测体系中NCO基团的含量，重复以上步骤直至NCO含量≤0.05％后结束添加甲基丙烯酸羟丙酯，得到带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体；升高温度至105℃，在搅拌下滴加53.2g(0.35mol)四氢苯酐，检测酸价为16mgKOH/g后停止反应，降温至40℃出料，得到自制紫外光固化树脂，记为A-2，其25℃下粘度为26000cps。
制备例3该制备例用于说明紫外光固化树脂的制备
在氮气氛围下，在三口瓶中加入277.9g(1.25mol)异佛尔酮二异氰酸酯，然后称取60g(1mol)乙二胺，分2次逐步添加乙二胺溶液到三口瓶中，在温度为55℃下搅拌反应3h，得到α,ω-双异氰酸酯聚脲前体；然后在氮气氛围保护下，往三口瓶中加入0.09g对苯二酚和1.02g二丁基二氯化锡引发剂后加入33.5g(0.25mol)三羟甲基丙烷，升高温度至105℃反应1h，得到带有羟基的α′,ω′-双异氰酸酯聚脲前体；降低温度至90℃，逐渐滴加43.25g(0.3mol)丙烯酸羟丁酯，搅拌反应1h后监测体系中NCO基团的含量，测的NCO质量百分比含量大于＞0.05％，继续滴加14.42g(0.1mol)丙烯酸羟丁酯，搅拌反应1h后监测体系中NCO基团的含量，重复以上步骤直至NCO含量≤0.05％后结束添加丙烯酸羟丁酯，得到带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体；升高温度至105℃，在搅拌下滴加37g(0.25mol)苯酐，检测酸价为16mgKOH/g后停止反应，降温至40℃出料，得到自制紫外光固化树脂，记为A-3，其25℃下粘度为19000cps。
对比制备例1
按照制备例1的方法制备紫外光固化树脂，不同的是，不包括将带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体与苯酐进行聚加成反应的步骤，而是直接将带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体作为紫外光固化树脂，记为A-1′。
对比制备例2
按照制备例1的方法制备紫外光固化树脂，不同的是，将苯酐采用相同摩尔量的乙二酸酐替代，其余条件与制备例1相同，得到参比紫外光固化树脂，记为记为A-1″。
实施例1～3
按表1的重量份数准确称取各原材料，在真空度为0.050～0.098MPa、温度为20～30℃条件下，将紫外光固化树脂、活性稀释剂、光引发剂以及偶联剂加入到双行星混合动力反应釜内搅拌均匀，再继续添加陶瓷粉末和触变剂搅拌均匀，接着进行刮壁处理后继续搅拌，最后抽真空脱泡即得到所需的紫外光固化胶黏剂。
表1
Figure BDA0003715520220000161
表1中，B-1为甲基丙烯酸异冰片酯，B-1′为甲基丙烯酸羟乙酯，B-2为丙烯酸异冰片酯，B-2′为二甲基丙烯酰胺；B-3为乙氧化双酚A二(甲基)丙烯酸酯；
C-1为Irgacure 1173，C-1′为TPO，C-2为Irgacure 184，C-3为Irgacure 651；
D-1为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，D-2为γ-巯丙基三乙氧基硅烷；
E-1为300目陶瓷粉末；
F-1为R202，F-2为H30，F-3为H20。
对比例1～5
对比例1：按照实施例1的方法制备紫外光固化胶黏剂，不同的是，将实施例1中的紫外光固化树脂A-1采用相同重量份的二官聚氨脂丙烯酸酯树脂EBECRYL 4859(ALLNEX公司，25℃下粘度为9300cps)替代，其余条件与实施例1相同。
对比例2：按照实施例2的方法制备紫外光固化胶黏剂，不同的是，将实施例2中的紫外光固化树脂A-2采用相同重量份的二官聚氨脂丙烯酸酯树脂Trust 7060(圳市优阳科技有限公司，25℃下粘度为25000cps)，其余条件与实施例2相同。
对比例3：按照实施例3的方法制备紫外光固化胶黏剂，不同的是，将实施例3中的紫外光固化树脂A-3采用相同重量份的二官聚氨脂丙烯酸酯树脂Trust 7128(深圳市优阳科技有限公司，25℃下粘度为15000cps)替代，其余条件与实施例3相同。
对比例4：按照实施例1的方法制备紫外光固化胶黏剂，不同的是，将实施例1中的紫外光固化树脂A-1采用相同重量份的对比制备例1中所得的A-1′替代，其余条件与实施例1相同。
对比例5：按照实施例1的方法制备紫外光固化胶黏剂，不同的是，将实施例1中的紫外光固化树脂A-1采用相同重量份的对比制备例2中所得的A-1″替代，其余条件与实施例1相同。
测试例
(1)剪切强度测试：将实施例1～3和对比例1～5所得紫外光固化胶黏剂制备搭接面积为25.4mm*8mm*0.1mm的PC对阳极氧化铝的剪切片，采用365nm波长的LED灯进行紫外光固化，辐射光强为3000mJ/cm2，测试其剪切强度，测试所得结果见表2。
(2)水气透过率：根据GB 1037-88《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法杯式法》，将固化后的紫外光固化胶黏剂(实施例1～3和对比例1～5)制成与杯环相应的圆片，在温度为23±0.6℃和相对湿度为90±2％条件下，测试其水气透过率，记录水蒸气透过量(g/m2·24h)，测试所得结果见表2。
(3)耐高温高湿性能测试：将实施例1～3和对比例1～5所得紫外光固化胶黏剂制备搭接面积为25.4mm*8mm*0.1mm的PC对阳极氧化铝的剪切片，以365nm@3000mJ/cm2的条件固化后，放入ESPEC的恒温恒湿箱中，温度湿度设定为85℃@85％RH，别分放置250h、500h、800h后取出样件。常温放置至室温后测试测试剪切强度(记为A1)，并与刚固化的剪切片的初始剪切强度(A0)对比计算出剩余强度ε，ε＝(A0-A1)/A0×100％，测试所得结果见表2。
表2
Figure BDA0003715520220000181
从表2剪切强度实验结果可知，采用本发明所提供的具有式(I)所示结构的酸性化合物作为紫外光固化树脂用于紫外光固化胶黏剂中具有强的粘接强度。从表2水蒸气透过率实验结果可知，采用本发明所提供的具有式(I)所示结构的酸性化合物作为紫外光固化树脂用于紫外光固化胶黏剂中具有极高的防水性。从表2剩余强度实验结果可知，在800h后，实施例样件的剩余强度至少为40％，而市售树脂的对比例1～3样件的剩余强度至多不到10％，同时对比例4～5样件的剩余强度至多不到20％，对比刚固化后的强度，强度衰减比例小，衰减比例越小说明胶水固化后的耐高温高湿性越好。由此说明，采用本发明所提供的紫外光固化树脂用于紫外光固化胶黏剂中，在经受长时间的高温高湿环境后，依旧可以保持相对高的粘接强度。本发明采用具有式(I)所示结构的酸性化合物作为紫外光固化树脂，这种特定结构的紫外光固化树脂不仅能够形成双配位基团，具有极高的防水性、耐老化性以及防腐蚀性，而且与活性稀释剂的相容性非常好，能够提高紫外光固化胶黏剂对极性基材的粘接力，由此能够使相应的紫外光固化胶黏剂在长期高温高湿环境下依旧可以保持相对高粘接强度。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种紫外光固化树脂，其特征在于，所述紫外光固化树脂具有式(I)所示的结构：
Figure FDA0003715520210000011
式(I)中，R1为C1-C10的亚烷基、C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基，R2为C1-C10的亚烷基，R31为C1-C5的烷基，R32、R33、R34各自独立地为C1-C5的亚烷基，R4为C1-C5的亚烷基，R41为H原子或C1-C5的烷基，R5为C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基，n为大于等于1的整数。
2.根据权利要求1所述的紫外光固化树脂，其特征在于，式(I)中，R5为C6-C20的亚芳基。
3.根据权利要求1所述的紫外光固化树脂，其特征在于，所述紫外光固化树脂的酸价为10～25mgKOH/g；所述紫外光固化树脂的粘度为5000～50000cps。
4.一种紫外光固化树脂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在惰性气氛下，将式(II)所示的二异氰酸酯单体与式(III)所示的二元胺单体进行聚加成反应，得到仅裸露异氰酸酯基团在分子链末端的聚脲前体，即为α,ω-双异氰酸酯聚脲前体；
(2)在惰性气氛下，将步骤(1)中所得α,ω-双异氰酸酯聚脲前体与式(IV)所示的三羟基单体在阻聚剂、引发剂的作用下进行聚加成反应，得到带有羟基的α′,ω′-双异氰酸酯聚脲前体；
(3)在惰性气氛下，将步骤(2)中所得带有羟基的α′,ω′-双异氰酸酯聚脲前体与式(V)所示的端羟基烯基酸酯单体进行聚加成反应，得到带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体；
(4)在惰性气氛下，将步骤(3)中所得带有羟基的α″,ω″-双烯基聚脲前体与式(VI)所示的二官能度酸酐单体进行聚加成反应，得到紫外光固化树脂；
OCN-R1-NCO式 (II)，H2N-R2-NH2式 (III)，
Figure FDA0003715520210000021
式(II)中，R1为C1-C10的亚烷基、C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基；
式(III)中，R2为C1-C10的亚烷基；
式(IV)中，R31为C1-C5的烷基，R32、R33、R34各自独立地为C1-C5的亚烷基；
式(V)中，R4为C1-C5的亚烷基，R41为H原子或C1-C5的烷基；
式(VI)中，R5为C6-C20的亚环烷基或C6-C20的亚芳基；优选地，R5为C6-C20的亚芳基。
5.根据权利要求4所述的紫外光固化树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚加成反应的条件包括温度为40～70℃，时间为2～5h；步骤(2)中，所述聚加成反应的条件包括温度为60～120℃，时间为0.5～3h；步骤(3)中，所述聚加成反应的条件包括温度为60～90℃，时间为2～8h；步骤(4)中，所述聚加成反应的条件包括温度为100～120℃，时间为0.5～3h。
6.根据权利要求4所述的紫外光固化树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二异氰酸酯单体与二元胺单体的摩尔比为(1.1～1.3):1；步骤(2)中，所述三羟基单体与二异氰酸酯单体的摩尔比为(0.1～0.5):1；步骤(3)中，所述端羟基烯基酸酯单体与三羟基单体的摩尔比为(1.0～2.0):1；步骤(4)中，所述二官能度酸酐单体与三羟基单体的摩尔比为(1.1～1.3):1。
7.根据权利要求4所述的紫外光固化树脂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述阻聚剂的用量为二异氰酸酯单体和二元胺单体总质量的0.02wt％～0.04wt％；所述引发剂的用量为二异氰酸酯单体和二元胺单体总质量的0.1wt％～0.5wt％。
8.根据权利要求4所述的紫外光固化树脂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述阻聚剂选自对苯二酚、对甲氧基苯酚、邻甲基对苯二酚和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一种；所述引发剂选自有机锡化合物和/或有机铋化合物。
9.由权利要求4～8中任意一项所述的方法制备得到的紫外光固化树脂。
10.一种紫外光固化胶黏剂，其特征在于，所述紫外光固化胶黏剂含有权利要求1、2、3或9所述的紫外光固化树脂、活性稀释剂、光引发剂、偶联剂、触变剂以及陶瓷粉末。
11.根据权利要求10所述的紫外光固化胶黏剂，其特征在于，所述紫外光固化树脂的含量为40～70重量份，所述活性稀释剂的含量为20～60重量份，所述光引发剂的含量为1～8重量份，所述偶联剂的含量为0.5～3重量份，所述触变剂的含量为1～5重量份，所述陶瓷粉末的含量为2～5重量份。
12.根据权利要求10所述的紫外光固化胶黏剂，其特征在于，所述活性稀释剂为单官能度丙烯酸酯类活性稀释剂；所述光引发剂选自Irgacure 1173、Irgacure 184、Irgacure651、Irgacure 819、Irgacure 907和TPO中的至少一种；所述偶联剂选自甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)-丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和双(γ-三乙氧基硅丙基)-四硫化物中的至少一种；所述触变剂选自气相二氧化硅；所述陶瓷粉末的颗粒目数为200～500目。
13.权利要求10～12中任意一项所述紫外光固化胶黏剂的制备方法，其特征在于，该方法包括在真空度为0.050～0.098MPa且温度为20～30℃的条件下，将紫外光固化树脂、活性稀释剂、光引发剂、偶联剂、触变剂以及陶瓷粉末进行混合均匀。
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