一种用于电子元器件的UV湿气双重固化的胶粘剂的制作方法

一种用于电子元器件的uv湿气双重固化的胶粘剂
技术领域
1.本发明涉及胶粘剂技术领域，具体涉及一种用于电子元器件的uv湿气双重固化的胶粘剂。


背景技术：

2.电子元器件用的胶粘剂相比于一般胶粘剂，需要快速固化来满足流水线的生产速度要求，一般使用uv固化技术。但是由于电子元器件往往存在一些异形件，由于复杂的三维结构，以及厚度，存在uv辐照无法达到的非光照区，单一的uv辐照的固化方式难以达到要求的强度，目前多采用uv和湿气双重固化，首先通过uv辐照达到一定的初粘强度，在空气中方式，借助空气中的湿气进行二次固化，增加粘接强度。
3.cn1125528666a公开了一种uv-led-湿气双重固化的胶粘剂，利用hdi三聚体，羟基丙烯酸酯，长链聚酯二元醇制备得到丙烯酸树脂，和低粘度四官能度丙烯酸树脂制备得到胶粘剂。
4.cn114921218a公开了一种uv 湿气双重固化胶粘剂，是单官能度聚氨酯改性丙烯酸树脂，多官能度聚氨酯改性丙烯酸树脂，硅烷偶联剂，丙烯酸酯活性稀释剂一起配制得到。
5.上述现有技术的双重固化胶粘剂，均是利用了将双键引入到含有异氰酸酯的预聚体上，通过uv引发双键聚合，之后再湿气条件下残留的异氰酸酯和湿气中的水发生反应，进一步交联，最终达到需要的胶粘强度。但是对于电子元器件用胶粘剂，除了粘接强度，需要固化后的胶具有一定的韧性，以达到良好的抗跌落性能。现有技术中为了加快固化速度、加强粘接强度和硬度，一般采用多官能度的聚氨酯丙烯酸酯原料，虽然固化速度，粘接强度得到了改善，但是相对地，其韧性出现不足，不抗跌落，这对于电子元器件用胶粘剂是致命的缺陷。现有技术有通过加入增韧剂达到增韧效果，但是增韧剂和树脂基体相容性不好，长久使用耐老化性不能达到要求。
6.此外，目前大量大电子元器件会和人体皮肤直接长时间接触，比如健康检测手环、耳机、手机等。对胶粘剂的低致敏性也提出了新的要求。特别是耳机，长时间放置于人体耳道中，耳道皮肤属于半内部皮肤，对过敏原非常敏感。如果在胶粘剂中存在过敏原，非常容易引起人体耳道过敏，出现红肿、疼痛，严重的可产生全身过敏反应、休克等症状。
7.因此，开发一种适用于电子元器件的新型胶粘剂，具有固化速度快，初粘强度，粘接强度高，韧性好，耐老化性好的综合性能优异的胶粘剂具有重要的意义和商业价值。


技术实现要素：

8.为了解决现有技术中uv-湿气双重固化的胶粘剂用于电子元器件，综合性能和还不够优异，本发明提供了以下技术方案：
9.一种用于电子元器件的uv湿气双重固化的胶粘剂，包括以下质量份的原料：26-35份聚氨酯丙烯酸酯a，15-22份聚氨酯丙烯酸酯b，10-20份活性稀释剂，1-2份改性光引发剂，
1-3份触变剂，2-5份硅烷偶联剂；所述聚氨酯丙烯酸酯a包括以下质量份的制备原料：40-55份异氰酸酯三聚体，8-14份含羟基丙烯酸酯，14-20份大分子二元醇，8-11份侧链含烯基端羟基聚硅氧烷；所述聚氨酯丙烯酸酯b包括以下质量份的制备原料：40-55份二异氰酸酯，12-16份大分子二元醇，10-14份侧链含烯基端羟基聚硅氧烷，6-9份含羟基丙烯酸酯；改性光引发剂是含有羟基的光引发剂和异佛尔酮二异氰酸酯反应后得到的产物。
10.所述改性光引发剂是含有羟基的光引发剂和异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)反应后得到的产物，含有羟基的光引发剂和异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1:1-1.2，所述含有羟基的光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(uv-1173)，羟基环己烷苯酮(uv-184)中的至少一种。
11.所述改性光引发剂是通过包括以下步骤的制备方法制得：将ipdi和含有羟基的光引发剂混合，在避光，30-40℃，惰性气氛保护下反应1-2h，继续升温至40-60℃，反应0.5-1h，降温，避光保存，得到改性光引发剂。进一步地，光引发剂中含有阻聚剂，含量在100-500ppm。
12.本发明利用了异佛尔酮二异氰酸酯上两个异氰酸酯活性不同，和含有羟基的光引发剂反应后得到一端含nco官能团，另一端为光引发活性基团的改性光引发剂。经过研究发现，胶粘剂中光引发剂在uv辐照下会引发双键聚合，但是由于电子元器件结构复杂，而且由于固化速度快，光照时间短，胶点无法保证100％接受光照，残留的光引发剂成为潜在的过敏源。本发明创造性地将含羟基光引发剂和ipdi反应得到改性的光引发剂，反应后保留了光引发剂的活性以及一个nco基团。在湿气固化中，残留的nco基团会继续参与到湿气固化反应中，能够彻底消除可能残留的小分子光引发剂带来潜在的致敏风险。并且本发明的改性光引发剂并没有降低uv辐照固化的速度和初粘强度。
13.所述活性稀释剂选自四氢呋喃丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、月桂酸丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；优选为甲基丙烯酸异冰片酯。甲基丙烯酸异冰片酯气味小，致敏性低，挥发性小。活性稀释剂带有双键活性基团，会参与到uv固化反应中，单体转化率普遍在90％左右，还会残留部分活性稀释剂，长时间容易挥发，也是致敏源之一。
14.所述触变剂选自气相二氧化硅，比表面积(bet)为100-130m2/g；所述含双键硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
15.含双键的硅烷偶联剂能参与到uv固化反应中，其含有的硅氧烷基即在湿气条件下一样也能参与到湿气固化反应中，和异氰酸酯官能团协同共同促使粘接强度进一步增强。
16.在聚氨酯丙烯酸酯的制备中，所述含羟基丙烯酸酯选自单官能度丙烯酸酯和/或多官能度丙烯酸酯，所述单官能度丙烯酸酯选自选自(甲基)丙烯酸羟烷基酯，具体选自(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸羟丁酯中的至少一种；所述多官能度丙烯酸酯选自三羟基丙烷二丙烯酸酯、甲基丙烯酸单甘油酯、二甲基丙烯酸甘油酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的至少一种。
17.优选地，所述含羟基丙烯酸酯为单官能度丙烯酸酯和多官能度丙烯酸酯按照质量比4-6：1-2的混合物。进一步优选地，在聚氨酯丙烯酸酯a的制备原料中，所述含羟基丙烯酸酯为(甲基)丙烯酸羟烷基酯，季戊四醇三丙烯酸酯，和甲基丙烯酸单甘油酯按照质量比为
4-6：1-1.5：0.4-0.7的混合物；在聚氨酯丙烯酸酯b的制备原料中，所述含羟基丙烯酸酯为(甲基)丙烯酸羟乙酯，季戊四醇三丙烯酸酯按照质量比为4-6：1-1.5的混合物。发明人发现，在聚氨酯丙烯酸酯a的制备中，以上述三种含羟基丙烯酸酯按照一定比例复配，能够协同作用，使胶粘剂的综合性能优异。其中，季戊四醇三丙烯酸酯中含有三个双键，在uv固化时有利于加快固化速度和初粘强度；甲基丙烯酸单甘油酯含有2个羟基，其在聚氨酯丙烯酸酯制备过程中，增加了聚氨酯丙烯酸酯的支化程度，增加了活性官能团(丙烯酸基团和羟基)的含量，具有固化速度快，固化效率高的优点，并且减少了活性单体的使用，减少了致敏源的风险。聚氨酯丙烯酸酯b作为胶粘剂的软段，不需要交联密度过大，因此减少多官能度丙烯酸酯的使用。
18.所述异氰酸酯三聚体选自hdi三聚体，ipdi三聚体中的至少一种；所述二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、2，4-甲苯二异氰酸酯中的至少一种。
19.所述大分子二元醇选自聚醚二元醇，聚酯二元醇，聚碳酸酯二元醇中的至少一种，大分子二元醇的数均分子量在2000-4000mol/g；所述侧链含双键的端羟基聚硅氧烷烯基含量0.05-0.08mmol/g，粘度500-1000mpa
·
s。
20.本发明采用大分子二元醇和端羟基聚硅氧烷作为扩链剂，增加聚氨酯丙烯酸酯分子量，并且在端羟基聚硅氧烷的侧链含有一定量双键，可以参与到uv固化反应中，提高初粘力，提高交联密度进而提高粘接强度，而且还能同时增加韧性，提高了胶粘剂应用于电子元器件抗跌落方面的性能。侧链含双键的端羟基聚硅氧烷烯基含量在0.05-0.08mmol/g之间为宜，烯基含量过低，不能有效将硅氧烷基团通过uv固化反应加入到聚氨酯丙烯酸酯的结构中，也就不能充分发挥作用；烯基含量过高，多度地参与到uv反应中，形成的交联密度过大，不利于韧性的改善。
21.进一步地，所述聚氨酯丙烯酸酯a的制备方法包括以下步骤：在惰性气氛下，加入异氰酸酯三聚体，催化剂和阻聚剂，缓慢加入含羟基丙烯酸酯，在30-40℃下反应3-5h，降温得预聚体；加入大分子二元醇以及侧链含烯基端羟基聚硅氧烷，以及活性稀释剂，65-75℃继续反应2-3h，至nco含量在3％以下，降温即得聚氨酯丙烯酸酯a。
22.所述聚氨酯丙烯酸酯b的制备方法包括以下步骤：在惰性气氛下，加入二异氰酸酯，大分子二元醇，侧链含烯基端羟基聚硅氧烷，以及催化剂，升温至30-40℃，反应3-5h，升温至65-75℃，继续反应1-2h，降温至50-60℃，加入含羟基丙烯酸酯和阻聚剂，升温至65-75℃，继续反2-3h，至nco含量在3％以下，降温即得聚氨酯丙烯酸酯b。
23.进一步地，大分子二元醇在使用前需要进行脱水处理，具体方法是大分子二元醇在0.01-0.1mpa真空度下，在100-120℃下搅拌0.5-1h。
24.在聚氨酯丙烯酸酯的制备过程中，加入阻聚剂和催化剂，阻聚剂是用于防止双键发生反应，催化剂是用于催化剂异氰酸酯和羟基之间的反应，其种类和用量为本领域所熟知。比如催化剂为有机锡催化剂，具体选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的至少一种；有机锡催化剂的加入量是异氰酸酯化合物的50-100ppm；阻聚剂选自对苯醌、对苯二酚、对羟基苯甲醚中的至少一种，用量是含羟基丙烯酸酯的80-130ppm。
25.本发明中，聚氨酯丙烯酸酯a的制备是异氰酸酯三聚体先和含羟基丙烯酸酯反应进行丙烯酸酯的封端，再和大分子二元醇反应进行扩链；而聚氨酯丙烯酸酯b的制备是二异
氰酸酯和大分子二元醇进行扩链后，再和带有羟基的丙烯酸酯反应得到丙烯酸酯封端的聚氨酯丙烯酸酯。聚氨酯丙烯酸酯a采用预封端法制备得到，异氰酸酯三聚体为6官能度的多异氰酸酯，其两个nco基团反应活性不同，其活性高的nco先和含羟基丙烯酸酯反应，剩余的nco基团可以继续和大分子二元醇，以及侧链含烯基端羟基聚硅氧烷上的羟基继续反应，所得聚氨酯丙烯酸酯分子量分布均匀，性质稳定。聚氨酯丙烯酸酯b采用后封端法制备得到，是二异氰酸酯先和长链二元醇反应扩链，再和含羟基丙烯酸酯反应进行封端，可以得到分子量较大的聚氨酯丙烯酸酯。本发明采用两种不同的聚氨酯丙烯酸酯，其各自发挥作用，聚氨酯丙烯酸酯a在胶粘剂中，固化后交联密度大，作为胶粘剂的硬段，提供了良好的硬度，粘接强度；聚氨酯丙烯酸酯b作为胶粘剂的软段，在保持优异的胶粘强度时，还能充分保持优异的柔性，韧性，改善电子元器件的抗跌落性能。
26.进一步地，本发明的用于改进的电子元器件的uv湿气双重固化的胶粘剂在制备和使用过程中还可以包括各种助剂，比如除水剂，色浆，抗氧化剂，流平剂等。其种类和用量为本领域所熟知，不再赘述。
27.本发明还提供了所述uv湿气双重固化的胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：将活性稀释剂，改性光引发剂准确称量，使用真空离心高速分散机进行真空分散，使改性光引发剂溶解完全，加入除水剂，搅拌分散3-5min，密封静置3-5h，加入聚氨酯丙烯酸酯a和聚氨酯丙烯酸酯b，搅拌分散3-5min，加入硅烷偶联剂，最后加入触变剂，搅拌分散3-5min，再真空分散3-5min，取样测试胶水性能，合格后分装，并高速离心脱泡，真空塑封即得。
28.本发明所得uv湿气双重固化的胶粘剂为粘稠液体，可以通过在制备过程中加入不同颜色色浆达到不用颜色。通过颜色来区分不同批次，型号，性能的胶粘剂。
具体实施方式
29.下面通过实施例对本技术进行进一步的阐述。
30.本发明实施例所用化学试剂均可采购自商业途径。
31.侧链含烯基端羟基聚硅氧烷采购自蓝星星火有机硅。
32.聚碳酸酯二元醇(pcdl，羟值110mg koh/g，分子量2000)，采购自帕斯托(perstorp)。
33.触变剂气相二氧化硅ts720采购自上海立升化工有限公司，比表面积约为110m2/g。
34.如果没有特别说明，本发明实施例中所述“份”均为质量份，所述“％”均为质量百分比。
35.制备例1改性大分子光引发剂的合成
36.在四口玻璃烧瓶中加入50份ipdi(nco含量37.6％)，滴加预混了200ppm含量mehq的36.5份2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(光引发剂1173)，氮气密封并且注意躲避强光，控制反应温度40℃，反应时间1.5小时；继续升温至70℃反应1小时，取样测试nco含量为11.6％，降温备用。
37.制备例2
38.(s1)在氮气气氛下，加入40份hdi三聚体，催化剂二月桂酸二丁基锡(hdi三聚体的60ppm)和阻聚剂对苯二酚(用量是含羟基丙烯酸酯的100ppm)，缓慢加入14份含羟基丙烯酸
酯(丙烯酸羟乙酯，季戊四醇三丙烯酸酯和甲基丙烯酸单甘油酯按照质量比为4：1：0.4的混合物)，在40℃下反应3h，降温得预聚体备用；
39.(s2)20份聚碳酸酯二元醇在110℃，真空条件下脱水1h，降温至65℃，加入步骤(s1)所得预聚体和8份侧链含烯基端羟基聚硅氧烷(烯基含量0.05mmol/g)，氮气条件下升温至75℃，反应3h，取样测试产物nco含量为2.6％，降温至室温，即得聚氨酯丙烯酸酯a，以下称之为聚氨酯丙烯酸酯a1。
40.制备例3
41.(s1)16份碳酸酯二元醇在110℃，真空条件下脱水1h，降温至65℃，加入55份六亚甲基二异氰酸酯，10份侧链含烯基端羟基聚硅氧烷(烯基含量0.08mmol/g)，催化剂二月桂酸二丁基锡(六亚甲基二异氰酸酯的80ppm)，氮气气氛下控制反应温度35℃，反应1.5h，升温至70℃，反应1h，降温至40℃，加入9份含羟基丙烯酸酯(丙烯酸羟乙酯，季戊四醇三丙烯酸酯按照质量比4：1的混合物)，和阻聚剂对苯二酚(用量是含羟基丙烯酸酯的100ppm)，升温至70℃，反应3h，取样测试产物nco含量为2.7％，降温至室温，即得聚氨酯丙烯酸酯b，以下简称为聚氨酯丙烯酸酯b1。
42.制备例4
43.其他条件和制备例2相同，区别在于含羟基丙烯酸酯为丙烯酸羟乙酯，季戊四醇三丙烯酸酯和甲基丙烯酸单甘油酯按照质量比为6：1：0.7的混合物。所得聚氨酯丙烯酸酯称之为a2。
44.制备例5
45.其他条件和制备例3相同，区别在于含羟基丙烯酸酯为丙烯酸羟丙酯，季戊四醇三丙烯酸酯按照质量比6：1的混合物。所得聚氨酯丙烯酸酯称之为b2。
46.制备例6
47.其他条件和制备例2相同，区别在于含羟基丙烯酸酯为丙烯酸羟乙酯和季戊四醇三丙烯酸酯按照质量比4：1的混合物。所得聚氨酯丙烯酸酯称之为a3。
48.制备例7
49.其他条件和制备例3相同，区别在于含羟基丙烯酸酯为丙烯酸羟丙酯，所得聚氨酯丙烯酸酯称之为b3。
50.制备例8
51.其他条件和制备例2相同，区别在于侧链含烯基端羟基聚硅氧烷的烯基含量为0.04mmol/g。所得聚氨酯丙烯酸酯称之为a4。
52.制备例9
53.其他条件和制备例3相同，区别在于侧链含烯基端羟基聚硅氧烷的烯基含量为0.10mmol/g。所得聚氨酯丙烯酸酯称之为b4。
54.实施例1
55.将1.7份触变剂气相二氧化硅ts720置于烘箱中在120℃烘烤24h后备用；将2份制备例1制得的改性光引发剂加入到15份甲基丙烯酸异冰片酯中，用真空离心高速分散机真空分散5min至改性光引发剂完全溶解，加入1.5份除水剂ti，0.2份红色色浆，继续分散3min，密封静置5h，加入26份将制备例2制得聚氨酯丙烯酸酯a1，22份制备例3制得聚氨酯丙烯酸酯b1，3.7份乙烯基三甲氧基硅烷，真空分散5min，最后加入备用的触变剂气相二氧化
硅，真空分散，离心脱泡，真空塑封，得到胶粘剂1，外观为红色粘稠状液体，经过测试，粘度为9800mpa.s/25℃。
56.实施例2
57.其他条件和操作与实施例1相同，区别在于聚氨酯丙烯酸酯a1替换为等质量的聚氨酯丙烯酸酯a2。
58.实施例3
59.其他条件和操作与实施例1相同，区别在于聚氨酯丙烯酸酯b1替换为等质量的聚氨酯丙烯酸酯b2。
60.实施例4
61.其他条件和操作与实施例1相同，区别在于聚氨酯丙烯酸酯a1替换为等质量的聚氨酯丙烯酸酯a3。
62.实施例5
63.其他条件和操作与实施例1相同，区别在于聚氨酯丙烯酸酯b1替换为等质量的聚氨酯丙烯酸酯b3。
64.实施例6
65.其他条件和操作与实施例1相同，区别在于聚氨酯丙烯酸酯a1替换为等质量的聚氨酯丙烯酸酯a4。
66.实施例7
67.其他条件和操作与实施例1相同，区别在于聚氨酯丙烯酸酯b1替换为等质量的聚氨酯丙烯酸酯b4。
68.实施例8
69.其他条件和操作与实施例1相同，区别在于硅烷偶联剂由3.7份乙烯基三甲氧基硅烷替换为5份乙烯基三乙氧基硅烷。
70.对比例1
71.其他条件和操作与实施例1相同，区别在于2份制备例1制得的改性光引发剂替换为1.2份光引发剂1173。
72.对比例2
73.其他条件和操作与实施例1相同，区别在于不加入硅烷偶联剂。
74.应用例
75.对上述实施例和对比例所得交联剂进行性能测试，结果如下表1所示：
76.点胶工艺采用nordson asymtek气动点胶机，脚线长度25mm，胶线宽度2.5mm，胶线高度0.15mm。固化是先进行uv固化，再进行湿气固化；具体是：uv固化工艺采用njuv-f300s/2f光固化机/led面光源，uv固化条件：led紫外灯，波长365nm，辐照光强1000mj/cm2，辐照时间5s；湿气固化是在25
±
1℃，湿度50rh％的恒温恒湿箱中放置7天。
77.粘接强度用剪切强度(pc/pc)表示，胶粘剂韧性用断裂伸长率表示，剪切强度和断裂伸长率均通过微机控制电子万能试验机进行测试。初粘强度，以进行uv固化后，放置2h后测试的剪切强度表示，粘接强度时uv 湿气固化后的粘接强度。
78.为了验证本发明提供的胶粘剂可靠性，还对胶粘剂的抗老化性和耐水解性进行了测试：
79.耐老化实验1：对经过uv 湿气双重固化后的胶粘剂双85(85℃，85rh％)的恒温恒湿箱中放置168h(一周)后取出，干燥后重新测试胶粘剂粘接强度。
80.耐老化实验2：对经过uv 湿气双重固化后的胶粘剂，经过-40℃/12h，120℃/12h，一共168h的高温低循环，重新测试胶粘剂粘接强度。
81.致敏性实验按照iso10993-10:2002进行皮肤致敏实验，等级0为无致敏反应，1-3等级分别对应轻度至重度致敏。
82.表1
[0083][0084]
通过表1数据可以看出，本发明制备得到uv湿气双重固化的胶粘剂具有合适的粘度，和初粘强度，方便点胶工艺的定位。uv固化后，经过7天的放置的湿气固化，粘结强度明显提高，提升幅度在200％以上。能够满足电子元器件生产胶粘剂的使用。本发明通过对致敏源光引发剂进行了改性，并且通过多官能度的丙烯酸酯的使用，减少了丙烯酸酯单体和活性稀释剂的用量，进一步减少了致敏源，使本发明所得uv湿气双重固化的胶粘剂具有优异的低致敏特性，对人体皮肤无刺激，作为电子元器件的胶粘剂，满足日益增长的安全需求和检测标准。本发明通过胶粘剂配方中的优化选择，达到了粘结强度和韧性都优异的有益效果，并且经过双85，以及高低温循环试验，其粘结强度基本没有下降，证实了本发明胶粘剂的可靠性。