在光照下迅速固化的黏合剂已经被广泛接受，在高速制造业上，一些有重要价值工业在使用。与它们快速固化一样，易分散性和对很多不同基层高黏结强度也被人们所关注。这些黏合剂体系都需要使用紫外（UV）灯光源。但是最新产品已经开始使用可见光源。这些产品允许一定深度快速固化。作为胶黏剂，光固化黏合剂经常被称作 "on-demand" 或 "on-command"。这归功于其具有适当调节能力或同黏合剂组成适当混合，涂装到适当位置才能固化。 这种采用光固化技术固化聚合物作为黏合剂是适当的，更多的是基于自由基固化丙烯酸树脂技术。其它树脂黏结工艺包括氰基丙烯酸酯黏合剂（cyanoacrylates），硅树脂（silicones），巯基酯（mercaptoesters）和阳离子聚合环氧树脂（cationic epoxies）。由于近期更多报道氰基丙烯酸酯黏合剂光固化体系，丙烯酸树脂在这一市场占主导地位。光固化黏合剂被认为仅次于化学固化环氧树脂，这由于他们缺乏对完全固化的认识（比如阴影效应在一定程度上阻止了光固化应用），并夸大了高度收缩引起内应力作用以及对黏合剂与很多材质之间热膨胀系数匹配问题。. 无论如何，新一代光固化黏合剂配方和新的使用工艺已经克服很多不利条件。在丙烯酸酯和氰基丙烯酸酯光固化黏合剂之后，本文将讨论这种技术的使用和表现形式。黏结应用也将证明与传统黏合剂体系相比优点。 光固化黏合剂市场Markets for Light Curing Adhesives 到目前为止，光固化黏合剂最大市场在牙齿修理。第二个最大用途是大规模装配线上。这个市场是本文描述丙烯酸酯和氰基丙烯酸酯光固化黏合剂的主要市场，包括医学上、汽车业、电子业和光学应用。在这个市场上，美国消费量大约4千5百万美金1。很多装配线上使用的黏合剂包括塑料黏合或不同材料黏合，光固化技术都能很好胶接这些材料。有时候暴露在热或潮湿状态下采用催化光固化技术。光固化黏合剂相当昂贵，因为配方中专一性和特殊性要求（如生物适应性、电性能等），低购买量。光固化黏合剂在很多工业上应用越来越多，这归功于下表所列一个或几个因素。 －小型化Miniaturization – 很多产品变的很小（如电子元件），要求改良控制条件及黏合剂固化。 －环境要求Environmental demands - 光固化黏合剂通常不含VOC或喷射品。 －健康安全问题Health and safety issues - 光固化黏合剂对操作人员无毒和安全。 －制造业提高产量Manufacturing yield improvement – 高生产效率，低劳动投入，最小使用空间来自光固化装配生产线。 －产品总成本Total product cost –使用光固化黏合剂节约能源花费远远超过材料花销。 －黏结材料Substrate materials - 光固化黏合剂可以黏结很多材料，在材料选择有一定范围。 固化机理和通用配方原则 光固胶（photocurable）习惯于特色黏合剂，当它们暴露在紫外线，可见光或者两者结合。光固胶要求光的波长校正到足够强度以激活固化机制，适合黏合剂使用的波长来自电磁波谱范围，见图1。紫外灯被公认为200到400 nm波长，可见光在400到760 nm波长。多数紫外灯产生能量穿过人眼可见范围的全部光谱，也有一些红外能量在固化过程中是有帮助的。 Figure 1:Industrial UV lamps produce energy across the full spectral range of the optical region, which encompasses the ultraviolet, visible, and infrared. UV胶 配方一般有低聚物，单体，光敏剂和其他组分组成。不同成分特性见表1 Component Characteristics Oligomers Determines the overall characteristics of the adhesive. Oligomers are moderately low molecular weight polymers, most of which are based on the acrylation of different structures. The acrylation imparts unsaturation or the C=C group to the ends of the oligomer. Monomers Primarily act as diluents to lower the viscosity of the uncured material to facilitate application. Monomers can be monofunctional (unreactive) or multifunctional (reactive). Multifunctional monomers form links between oligomer molecules and other monomer in the formulation. Photoinitiators Photoinitiators absorb light and are responsible for the production of free radicals. Free radicals are high energy species that induce crosslinking between the unsaturation sites of monomer and oligomers. Additives The most common additives are stabilizers, which prevent gelation in storage and premature curing due to low levels of light exposure. Color pigments, dyes, defoamers, adhesion promoters, flatting agents, wetting agents and slip aids are examples of other additives. Table 1: Main Components of a Light Curing Adhesive UV或可见光并不能提供足够的能量直接作用在低聚物或单体产生自由基，必须在配方中添加使用光敏剂，当产品暴露在特殊波长下吸收能量，产生自由基碎片，这些自由基同低聚物或单体发生反应产生交联。这个机制被称作自由基聚合，形成稳定的聚合物。 在自由基聚合配方中，反应时间同黏合剂需要适当波长光照有关。商用光固化黏合剂主要使用自由基固化机制，使用丙烯酸酯和丙烯酸盐化合物。使用很多不同类型的单体和低聚物进行自由基聚合得到不同性能产品。阳离子固化过程有时用于环氧树脂和乙烯基树脂。由于单体和低聚物变化范围限制，阳离子固化黏合剂远少于自由基固化黏合剂，尽管它们有几个有利条件，如没有氧阻聚剂和低收缩性。阳离子固化黏合剂已经被论述在近期“专用化学品4胶黏剂”文章中[2]。除了配方外，还有几个影响胶黏剂最终性能因素。这些包括光源光输出强度，光强度或辐照度，和基层表面传输性。胶接设计必须是光线要达到粘合边上。对固化深度也有一定限制。一般UV胶固化深度限制在1.3㎝。一些光固化黏合剂提供二次固化，用以克服阴影部分和厚涂层部分。这些解决办法包括配方中添加溶剂和外部加热设备，对基层要求过严。可见光固化黏合剂对这些问题提出了解决办法。 UV固化与可见光固化能力 使用仅在UV光谱范围照射固化黏合剂配方，设计过程被限制在将UV光传输到基层表面，或在黏合剂暴露在光源下灌封，密封，定位使用。很多半透明，带色，和UV屏蔽物，如一些塑料，陶瓷对UV胶接并不使适用。通过可见光和UV光固化黏合剂可以固化对UV屏蔽作用物如聚碳酸酯，聚苯乙烯和丙烯酸树脂。它们也提供深度固化。 配方设计仅在可见光下固化速度与UV相比很慢。使用长波段UV和可见光激活光敏剂，黏合剂固化速度可达到单独使用UV速度50%以上。表2 给出了不同商业灯下UV，UV/可见光固化速度。 Lamp Type Visible Cure Adhesive Cure Rate UV Cure Adhesive Cure Rate Description Spectral Output, nm Intensity mW/cm Wave-length, nm Between Glass On Surface Between Glass On Surface Visible curing flood 390-500 50 436 4-8 sec 4-5 min － － Moderate intensity UV flood 300-500 50 365 1-4 sec 40-240 sec 2-6 sec 60-360 sec Higher intensity UV flood 200-500 50 365 1-3 sec 10-40 sec 1-4 sec 20-40 sec Moderate intensity enclosed UV flood 200-500 250 365 1-4 sec 40-240 sec 2-6 sec 60-360 sec Visible curing spot 200-500 700 436 1-4 sec 30-60 sec － － High intensity UV spot 200-500 2500 365 < 1-2 sec 2-10 sec 1-3 sec 3-5 sec Highest intensity UV spot 200-500 6000 365 < 1-2 sec 1-5 sec < 1-2 sec 1-3 sec Table 2: UV and UV/Visible Adhesive Cure Speed3 发射可见光的高强度灯和长波段UV灯（365—500nm）都是有用的。因为这些灯并不发射短波UV光，屏蔽要求最小化。 丙烯酸光固化黏合剂Acrylic Light Cure Adhesives 典型的丙烯酸单体和低聚物被用于UV光固化黏合剂配方中。新配方工艺也能固化暴露在可见光下黏合剂，这些丙烯酸配方固化后形成热塑性树脂，比非胶联黏合剂如氰基丙烯酸酯黏合剂有更好的耐热性和耐化学性。由于配方和固化条件不同，光固化丙烯酸黏合剂可提供胶黏范围从坚硬、高模量到柔韧、中等延伸材料。黏合剂黏度范围从如水一样低黏度到触变性胶凝。表3给出了丙烯酸光固化黏合剂用于装配线上和层压法典型配方。 General Purpose Laminating Components Parts by Weight Components Parts by Weight Urethane acrylate 33 Acrylate oligomer 91 Isobornyl acrylate 33 Urethane acrylate 6 Trimethylolpropane triacrylate 25 Adhesion promoters 2.5 Pigment and stabilizer 5 Photoinitiator 0.5 Photoinitiator 4 Table 3: Example UV Cured Acrylic Adhesive Formulations for General Purpose Assembly and for Laminating Applications 光固化黏合剂配方成功关键在于选择光敏剂。黏合剂使用的特殊光谱能（取决于被黏接物和原材料以及光照类型）必须与光敏剂匹配。光敏剂制造厂商公布了激活光敏剂所要波长。在UV光固化黏合剂中常用的光敏剂见表4。一个典型的UV固化丙烯酸体系的光敏剂芳酮化合物。 Photoinitiators Oligomers Monomers Table 4:Typical Photoinitiators, Oligomers, and Monomers Used in Light Curing Adhesives 同光敏剂供应商一样，设备制造商公布了他们制造灯的发射光谱。长波段UV在深度方面有较好的配方，它们对厚的，填充的和加固体系也能有效固化。大多数聚合物被制成丙烯酸酯，包括环氧树脂，聚氨酯，聚酯，聚醚和弹性体。活性单体主要应用于低黏度、未固化材料中，这些活性单体必须与配方中要求的树脂匹配，要求整体性如挠性、硬度、固化性和耐久性。同早期产品相比，新的单体已经在安全性和毒性有了改良。在UV/可见光固化黏合剂中常用的单体和低聚物列于表4。 辐射固化黏合剂添加物包括稳定剂（防止胶凝和低量光照引起早期硫化），颜料，染料，消泡剂，附着力促进剂，消光剂和润湿剂。UV固化黏合剂添加物已在早期文章SpecialChem4Adhesives中论述4 光固化氰基丙烯酸酯黏合剂 近来发展起来的光固化氰基丙烯酸酯黏合剂与氰基丙烯酸酯黏合剂和丙烯酸光固化黏合剂相比有很多优点，同时克服了很多限制。光固化氰基丙烯酸酯黏合剂提供了快速光敏固化速度，包括丙烯酸酯黏合剂和氰基丙烯酸酯黏合剂二次固化机制。在适当光源照射下光固化氰基丙烯酸酯黏合剂几乎立即固化，光照几秒钟后即可达到终粘强度60%。阴影部位剩余黏合剂由氰基丙烯酸酯黏合剂提供的湿气固化机制完成，见图2。这免除了二步加速器的需要或双重固化机制。 Figure 1:Conventional cyanoacrylate cure process. 光固化氰基丙烯酸酯黏合剂主要使用氰基丙烯酸乙酯单体。这要求使用前不做混合的体系，使用情况和表现特性类似于非光固化氰基丙烯酸酯黏合剂产品，黏度范围从30 cps to 900 cps ，一般低于光固化丙烯酸酯黏合剂。同光固化丙烯酸酯黏合剂一样，光固化氰基丙烯酸酯黏合剂也提供了快速固化和高黏结强度。与光固化丙烯酸酯黏合剂不同，光固化氰基丙烯酸酯黏合剂可以很好地黏结聚烯烃和氟产品。同早期氰基丙烯酸酯黏合剂一样，它们也使用表面处理剂。同氰基丙烯酸酯黏合剂一样，光固化氰基丙烯酸酯黏合剂对未处理高能塑料和弹性体极好的黏结强度（见表5）。 Substrate Bond Strength, psi, per ASTM D-4501 Low Viscosity Light Curing CA High Viscosity Light Curing CA ABS 4750 4895 Acrylic 1410 1550 Aluminum(etched) 3390 3360 Neoprene 110 115 Phenolic 1880 1670 Polycarbonate 1870 1660 PVC 660 830 Steel (grit blasted) 2310 2490 Table 5: Typical Bond Strengths of Light Curing Cyanoacrylate Adhesives5 光固化氰基丙烯酸酯黏合剂也能提供下面有利条件超过光固化丙烯酸酯黏合剂: 1. Kusumgar, M., "Radiation Curing: A Specialized Adhesive Technology", Adhesives and Sealants Industry, September, 2001.
－制造业设计Design for manufacturing – 现代产品设计要求高功能性，表现性，和外观表现除了产量和成本改进。
2. Petrie, E.M., "Cationic UV Technology", SpecialChem4Adhesives,
3. Bachmann, C., "Expanding Capabilities with UV / Visible Light Curing Adhesives", Adhesives Age, April 1995.
4. Petrie, E.M, "Additives for UV/EB Cured Adhesives", SpecialChem4Adhesives,
5. Courtney, P.J., "Light Curing Cyanoacrylates", Adhesives Age, May 2001.
