UV膠簡介

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UV膠簡介
一、        接著原理：
1.1平衡理論
對接著劑而言，平衡理論就是表面張力的考量。膠的表面張力必須降低，才能有效的濕潤基材表面，這是良好接著的基本要件。
1.2分子理論
分子理論是選擇適當的官能基，讓接著劑分子與基材分子間有較強的作用力，得到較大的分子間結合能量，是良好接著的基本要件之二。
1.3接著速度理論
從接著速度理論(流變學)的觀點來說，即使膠的表面張力能夠濕潤基材，接著劑分子與基材間有很強的作用力，但是膠在表面擴張和浸透的速度太慢，還是無法發揮最大的強度。所以，適合黏稠度是良好接著的基本要件之三。
二、        UV膠的種類
UV膠可分爲兩大類，一是壓克力系，一是環氧樹脂系。兩者各有優缺點，比較如下：
比較專案        環氧樹脂系        壓克力系
反應速度        較慢        較快
硬化深度        較低        較高
照光後的反應性        有        沒有
硬化收縮率        較低，3~5%        較高，8~10%
表面乾燥性        極佳        視配方而定
揮發物含量        較低        較高
揮發刺激性        沒有        有
耐溶劑性        較佳        較差
耐醱鹼性        較佳        較差
耐水性        較佳        較差
耐熱性        較佳        較差
成品價格        較貴        較便宜
以下就兩者的主要成份，反應機制及特殊制程來討論。
三、        壓克力系UV膠
3.1組成
   壓克力系UV膠是由壓克力寡聚合體或單體，起始劑及其它添加劑所構成。
3.2反應機制
寡聚合體和單體均具有壓克力官能基，當光線誘發起始劑産生自由基時，壓克力官能基可以和自由基反應，達到光硬化的目的，其反應方程式如下：

反應階段        反應方程式
起始反應        I          2R‧

成長反應        R‧+M           MX‧

        MX‧+M          MX+1‧

終止反應        MX‧+MY‧       MX+Y

        MX‧+MY‧       MX+MY

3.3自由基的特性
    自由基的壽命很短，大約只有數十個ns(10-9秒)。換名話說，壓克力系的光硬化劑在照光時會産生自由基來聚合，停止照光時自由基會馬上消失殆畫，無法再進一步反應。
四、        環氧樹脂系UV膠
4.1組成
    環氧樹脂系UV膠主要在由樹脂、光起使劑、填充劑與其他添加劑所構成的。
4.2反應機制
    光起始劑在吸收光線能量後，會進行一連串複雜的反應，最後生成質子酸，起始整個光硬化反應。這一類的質子酸有時被稱爲光酸(Photoacid)或者超強酸(Super acid)。其反應方程式如下：
(     )3S+MXN-       hr      [(    )3S+MXN-]*
[(    )3S+MXN-]*                    (    )2S+‧+    ‧+ MXN-
(    )2S+‧+YH              (    )2S+H+Y‧
(    )2S+H                   (    )2S + H+
4.3陽離子的特性
    質子酸即是陽離子，環氧樹脂系UV膠在照光時會産生陽離子聚合，停止照光時陽離子不會馬上消失。陽離子在停止照光後的壽命可以長達兩三天。照光時産生的陽離子在停止照光後的兩三天內會繼續反應，提高硬化的各項性質，也可以升高溫度來達到後硬化的目的。
4.4後硬化制程
    對環氧樹脂系UV膠而言，後硬化制程有兩個目的，一是提高樹脂反應率，一是消除光硬化時的收縮應力。
   4.4.1提高樹脂反應率
    不同於基他光硬化劑，光硬化的環氧樹脂曝光後還可以加熱提高反應率，其原因在於光硬化的環氧樹脂是一種活性聚合的系統(陽離子聚合)，照光産生的陽離子不會在照光後馬上喪失活性，仍會持續反應一段時間，不斷提高成品的物性。就紅外線光譜來看，80℃/1hr的後硬化制程可以提高反應率5%以上。
  4.4.2削除光硬化時的收縮應力
    光硬化劑 曝光反應時，分子鏈很快就被凍結住，沒有堆疊到位能最低的型能。若是能利用後硬化制程來退火，讓分子鏈排列到最整齊穩定的位置，就能夠把這一種內應力消除。
五、        影響光硬化反應的因素
5.1起始劑的吸收波長
   光起始劑的種類繁多，吸收光線波長的位置也各不相同。以BP爲例，其吸收波長在315nm以下，適用於提高光硬化樹脂的表面硬化速率。TPO的吸收波長約達可見光的藍光附近(430nm)，應用於材質透明但是紫外線無法穿透的情況。
5.2起始劑的吸收感度
    起始劑的吸收感度也是影響光硬化反應的一項重要因素。高感度的起始劑有較高的起始效率，能夠在光線強度較弱或者是光線能量較低的情況下達到相同效果。添加增感劑可提高起始劑吸收感度。
5.3光線的放射波長
    相對於起始劑對光線波長的吸收爲達續光譜，光源的放射波長多呈現一邊疆分佈。以低成本水銀燈(10-2~10-3Torr)爲例，其放射波長以185nm和254nm爲主。由於波長低於300nm的紫外光對皮膚的傷害較大，又會和空氣中的氣氛産生臭氣，所以廣泛用於光硬化系統的光源是高壓水銀燈(102Torr)，其最大的放射波長位於365nm。在高壓水銀燈中摻雜部份金屬鹵化物可以把光源的放射波長往可見光方向偏移，俗稱鹵素燈，其最大的放射波長會出現在藍光附近的400~450nm間。
5.4需要的照射能量
   光硬化樹脂反應條件的敍述是以：特定波長下，單位面積的照射能量(mj/cm2)來做標準。舉例來說：一般壓克力系的光硬化劑在365nm下反應所需要的能量約1500~2000 mj/cm2，環氣樹脂系的光硬化劑約需3000~6000 mj/cm2，部份感度較高的壓克力系統在254nm下反應只需要800 mj/cm2。照射能量的多寡主要是視反應率的需求而定，過少的照射能量會導致膠體硬化不完全，性質未達最適化，過多的照射能量會造成樹脂黃化、劣化。
5.5光源的強度
   樹脂所接受到的照射能量(mj/cm2)是以光源強度(mw/cm2)乘照射時間(sec)來表示。以反應需要2000 mj/cm2的系統爲例，若使用強度2000mw/cm2的集束點光源來照射，僅需耗費1秒。若使用強度100 mw/cm2的平面光源來照射，需要20秒。若使用晴天的太陽來固化(照度約1~2 mw/cm2)，則要曝曬15~30分鐘以上。
    光源強度的選擇和制程條件、成品性質、成本因素密切相關。以DVD的接著爲例，制程上使用非常強的光源，讓接著劑在2秒內曝光完畢，以滿足快速量産的需求。不過，太強烈的照度對成品性質有負面影響，舉例來說，提高n倍的自由基，使得成本速率提高n2倍。換句話說，太強的照度會使接著劑的分子量下降，分子鏈端變多，從而沒有得到最佳強度。
     5.6光硬化反應的環境
    光硬化接著劑會受到環境因素的影響。以陽離子型環氧樹脂爲例，其反應速率很容易受到濕度的影響，因爲空氣中的水氣會終止陽離子的活性，遲滯反應速率。再以壓克力系的光硬化劑爲例，其反應速率很容易受到空氣中的氧氣反應，産生過氣化物的自由基，其反應速度比新自由基的生成快數百倍。

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