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帶你認識真正的OCA：壓敏膠基礎理論
2018-12-28 點擊數：3824
近年來，觸控技術已經成為平板顯示家族中的一名成員，全球對觸控類產品近似貪婪的喜好引爆了觸摸屏光學膠市場的急劇攀升
近年來，觸控技術已經成為平板顯示家族中的一名成員，全球對觸控類產品近似貪婪的喜好引爆了觸摸屏光學膠市場的急劇攀升，讓高性能觸控顯示面板供不應求，同樣也讓OCA光學膠市場十分火爆，其中手機和平板電腦占據了觸摸屏OCA光學膠的大部分市場。
OCA光學膠屬于壓敏膠的一類，本文講解OCA光學膠的核心技術知識——壓敏膠的原理與檢測。
一．概述
壓敏膠全稱為壓力敏感型膠粘劑（PSA-pressure sensitive adhesive）,俗稱不干膠，一般通過將其涂布在各種基材上制成壓敏膠制品，應用于被粘物的粘接。
壓敏膠獨特的粘接特性使其逐漸發展成為一個獨立的門類。與結構膠黏劑和非結構膠黏劑相比，壓敏膠使粘結過程大大簡化，使壓敏膠工業得到迅速發展。
壓敏膠粘劑可分為溶劑型，乳液型，水溶型，熱溶型，紫外光固化型，電子束固化型等。分子結構類型含橡膠，丙烯酸酯，聚乙烯基醚，聚氨酯，聚異丁烯和有機硅等。
壓敏膠的基材有各種紙品，塑料薄膜，紡織品，金屬箔，泡沫塑料等，加上壓敏膠劑，底涂劑，防粘劑，離型紙（離型膜）等輔助材料組成。以雙面膠帶為例，其結構如下圖所示：
二．壓敏膠及其制品理論基礎
1.壓敏膠粘劑的粘合特性
壓敏膠粘劑決定壓敏膠制品的粘合特性。壓敏膠粘劑是一類具有特殊性能的膠黏劑，本身處于半固化狀態，使用時一般不需要進一步固化，只需施加一定壓力就能使壓敏膠潤濕被粘表面并粘牢，形成實用且具有一定強度的膠接接頭。
壓敏膠對外加壓力敏感的粘合特性由組成它們的高聚物的粘彈性質所決定。粘彈性是指高分子在外力作用下，高聚物發生彈性形變和粘性流動。粘彈性使壓敏膠粘劑具有對外力敏感的粘合特性。
當壓敏膠粘劑在適當、緩慢壓力作用下，產生近似于液體那樣的粘性流動，使壓敏膠粘劑與被粘物表面緊密接觸，并流入被粘物表面的坑洼溝槽中，增大有效接觸面積，從而產生一定的粘合力。
當粘貼好的壓敏膠粘制品在受到外力作用剝離時，壓敏膠粘劑表現為近似于彈性的性質，具有較高的抗剝離能力，剝離速度越大，壓敏膠粘制品的剝離強度越高。
壓敏膠粘劑對被粘物表面的潤濕性，能使它與被粘物表面達到分子接近的程度，產生分子間作用力，產生足夠的界面粘合力。
2.壓敏膠粘制品實用粘合性能及表征
壓敏膠的粘合性能主要有初粘力，粘著力，內聚力和粘基力等宏觀指標來表征。
1）粘著力一般又稱為剝離力，剝離強度等。根據目的和要求不同，壓敏膠粘制品的剝離強度有多種測試方法，常用的有180°剝離，90°剝離等。
在絕大多數情況下，180°剝離的測試方法在許多國家已被標準化，如美標ASTM D-3330M，PSTC-1、-3，歐洲標準AFERA4001，日本標準JIS ZO237-8，我國標準GB 2792-1998。
遇到測試結果相同，剝離破壞形式不同時，實際使用效果差異很大。不同應用場景對應的破壞形式不同的，通常有六種破壞類型發生：界面粘合破壞，膠黏劑層內聚破壞，基材-膠層界面破壞，被粘物內聚破壞，基材內聚破壞和混合破壞等類型。
2）關于壓敏膠粘制品的初粘性至今學術界還未有統一的定義，一般認為壓敏膠制品的初粘性是粘劑與其它材料接觸時，表面的化學和物理性能的綜合反映。
為了科學地研究和評判壓敏膠制品的初粘性能，主要的測試方法有：A滾球平面停止實驗法ASTM D-3121-73，PSTC-6， B滾球斜坡停止實驗法 GB 4852-84，JIS ZO237 ，C膠帶快速剝離實驗法AFERA 4015，PSTC-5
3)內聚力也稱內聚強度，指材料本身抵抗外力作用的能力，是壓敏膠粘劑除粘著力和初粘力外又一重要性能。
壓敏膠粘制品在粘貼后的剪切強度通常被用來表征其內聚力。常用壓敏膠粘劑抗持久剪切應力所引起的剪切蠕變破壞的能力，即剪切蠕變保持力來表征它們內聚力的大小，也可以用90°剝離蠕變保持力來表征壓敏膠制品的內聚力。影響剪切保持力的因素主要包括測試溫度，試樣的制備，壓敏膠粘劑的分子量及分布和壓敏膠粘劑的交聯等。
a:剪切持黏力測試方法示意 b:90°剝離持黏力測試方法示意
壓敏膠剪切蠕變保持力的測試方法標準主要有ASTM D-3653,PSTC-7,JIS Z-2037,AFERA 4012,GB/T4851-1998等。
三．壓敏膠粘劑的種類，制備，特點及應用
根據壓敏膠粘劑主體分子結構不同，壓敏膠可分為橡膠、熱塑性彈性體、丙烯酸酯、有機硅、聚氨酯等類型。
聚丙烯酸酯系壓敏膠粘劑
丙烯酸酯系聚合物能以多種形式應用，包括溶劑型，乳液型，熱熔型及UV固化型等。
由一定的單體組成的丙烯酸酯聚合物本身就具有壓敏性，不需要添加其它增粘劑，比復配型膠黏劑具有更多優點：單組份丙烯酸酯壓敏膠的膠層單一，不存在低分子添加劑向表面遷移，能避免交接強度變化；丙烯酸酯系聚合物不存在不飽和鍵，有抗氧化性和低溫性能；丙烯酸酯單體種類多，可在廣泛的溫度范圍內，按需要設計配方，制備性能和用途不同的壓敏膠。
丙烯酸酯系壓敏膠主要由各種單體共聚得到的共聚物及其它添加劑組成。其中單體如丙烯酸丁酯，丙烯酸甲酯，丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯等，添加劑包括交聯劑，增粘劑等。
不同單體結構、共聚合的工藝條件，不同分子組合、排列方式、不同分子量和分布可以制備出性能千差萬別的丙烯酸酯壓敏膠，比如為了提高丙烯酸酯系壓敏膠耐溫，耐濕性能，可添加不同的交聯劑；為適應不同被粘物表面的粘附力，可添加不同的增粘劑；而不同的聚合工藝可制備溶劑型，乳液型，熱熔型及光固化型等不同形態壓敏膠粘劑。
丙烯酸酯壓敏膠這些獨特性能優點，使其在各行各業中被廣泛采用，如汽車工業用的丙烯酸酯系泡棉膠帶，家用電器用的各種雙面膠帶，各種表面保護的保護膜，工業電子標簽等，不一而足。其中OCA光學膠是其在顯示和觸摸行業的代表之一。
四．壓敏膠制品制造工藝
壓敏膠一般由基材（有些無基材），壓敏膠粘劑，離型紙（膜）三部分組成，制作工藝一般為：壓敏膠粘劑涂布、干燥、固化、成卷、裁切、包裝。工藝流程如下圖所示：
五．壓敏膠粘劑及壓敏膠制品的未來發展
隨著中國經濟的發展，作為使用便捷，性能優異的粘結材料，壓敏膠將迎來更大發展，高性能，功能化，環境友好型壓敏膠制品將成為未來發展的主流。
未來壓敏膠研究的主要方向是：提高戶外用的乳液型壓敏膠的耐水性，耐熱性；電子，顯示的行業用的溶劑型壓敏膠光電性能；護傷膏、經皮吸收帶、長期用繃帶用交聯型聚氨酯壓敏膠在無臭味、皮膚刺激性小，粘著力低易剝離，有生物降解性，適合制作等，藥物傳送制品有機硅壓敏膠在高濕環境的耐水、殺菌性能等。
還有導電性膠粘帶、導熱壓敏膠片、阻燃性膠粘帶、濕面膠粘帶、發光的膠粘帶、UV固化型、電子束固化型、無溶劑型等環保產品等新功能壓敏膠產品，也被行業正在開發和研究中，將會更多被開發與運用。
OCA光學膠屬于壓敏膠的一類，本文講解OCA光學膠的核心技術知識——壓敏膠的原理與檢測。
一．概述
壓敏膠全稱為壓力敏感型膠粘劑（PSA-pressure sensitive adhesive）,俗稱不干膠，一般通過將其涂布在各種基材上制成壓敏膠制品，應用于被粘物的粘接。
壓敏膠獨特的粘接特性使其逐漸發展成為一個獨立的門類。與結構膠黏劑和非結構膠黏劑相比，壓敏膠使粘結過程大大簡化，使壓敏膠工業得到迅速發展。
壓敏膠粘劑可分為溶劑型，乳液型，水溶型，熱溶型，紫外光固化型，電子束固化型等。分子結構類型含橡膠，丙烯酸酯，聚乙烯基醚，聚氨酯，聚異丁烯和有機硅等。
壓敏膠的基材有各種紙品，塑料薄膜，紡織品，金屬箔，泡沫塑料等，加上壓敏膠劑，底涂劑，防粘劑，離型紙（離型膜）等輔助材料組成。以雙面膠帶為例，其結構如下圖所示：
二．壓敏膠及其制品理論基礎
1.壓敏膠粘劑的粘合特性
壓敏膠粘劑決定壓敏膠制品的粘合特性。壓敏膠粘劑是一類具有特殊性能的膠黏劑，本身處于半固化狀態，使用時一般不需要進一步固化，只需施加一定壓力就能使壓敏膠潤濕被粘表面并粘牢，形成實用且具有一定強度的膠接接頭。
壓敏膠對外加壓力敏感的粘合特性由組成它們的高聚物的粘彈性質所決定。粘彈性是指高分子在外力作用下，高聚物發生彈性形變和粘性流動。粘彈性使壓敏膠粘劑具有對外力敏感的粘合特性。
當壓敏膠粘劑在適當、緩慢壓力作用下，產生近似于液體那樣的粘性流動，使壓敏膠粘劑與被粘物表面緊密接觸，并流入被粘物表面的坑洼溝槽中，增大有效接觸面積，從而產生一定的粘合力。
當粘貼好的壓敏膠粘制品在受到外力作用剝離時，壓敏膠粘劑表現為近似于彈性的性質，具有較高的抗剝離能力，剝離速度越大，壓敏膠粘制品的剝離強度越高。
壓敏膠粘劑對被粘物表面的潤濕性，能使它與被粘物表面達到分子接近的程度，產生分子間作用力，產生足夠的界面粘合力。
2.壓敏膠粘制品實用粘合性能及表征
壓敏膠的粘合性能主要有初粘力，粘著力，內聚力和粘基力等宏觀指標來表征。
1）粘著力一般又稱為剝離力，剝離強度等。根據目的和要求不同，壓敏膠粘制品的剝離強度有多種測試方法，常用的有180°剝離，90°剝離等。
在絕大多數情況下，180°剝離的測試方法在許多國家已被標準化，如美標ASTM D-3330M，PSTC-1、-3，歐洲標準AFERA4001，日本標準JIS ZO237-8，我國標準GB 2792-1998。
遇到測試結果相同，剝離破壞形式不同時，實際使用效果差異很大。不同應用場景對應的破壞形式不同的，通常有六種破壞類型發生：界面粘合破壞，膠黏劑層內聚破壞，基材-膠層界面破壞，被粘物內聚破壞，基材內聚破壞和混合破壞等類型。
2）關于壓敏膠粘制品的初粘性至今學術界還未有統一的定義，一般認為壓敏膠制品的初粘性是粘劑與其它材料接觸時，表面的化學和物理性能的綜合反映。
為了科學地研究和評判壓敏膠制品的初粘性能，主要的測試方法有：A滾球平面停止實驗法ASTM D-3121-73，PSTC-6， B滾球斜坡停止實驗法 GB 4852-84，JIS ZO237 ，C膠帶快速剝離實驗法AFERA 4015，PSTC-5
3)內聚力也稱內聚強度，指材料本身抵抗外力作用的能力，是壓敏膠粘劑除粘著力和初粘力外又一重要性能。
壓敏膠粘制品在粘貼后的剪切強度通常被用來表征其內聚力。常用壓敏膠粘劑抗持久剪切應力所引起的剪切蠕變破壞的能力，即剪切蠕變保持力來表征它們內聚力的大小，也可以用90°剝離蠕變保持力來表征壓敏膠制品的內聚力。影響剪切保持力的因素主要包括測試溫度，試樣的制備，壓敏膠粘劑的分子量及分布和壓敏膠粘劑的交聯等。
a:剪切持黏力測試方法示意 b:90°剝離持黏力測試方法示意
壓敏膠剪切蠕變保持力的測試方法標準主要有ASTM D-3653,PSTC-7,JIS Z-2037,AFERA 4012,GB/T4851-1998等。
三．壓敏膠粘劑的種類，制備，特點及應用
根據壓敏膠粘劑主體分子結構不同，壓敏膠可分為橡膠、熱塑性彈性體、丙烯酸酯、有機硅、聚氨酯等類型。
聚丙烯酸酯系壓敏膠粘劑
丙烯酸酯系聚合物能以多種形式應用，包括溶劑型，乳液型，熱熔型及UV固化型等。
由一定的單體組成的丙烯酸酯聚合物本身就具有壓敏性，不需要添加其它增粘劑，比復配型膠黏劑具有更多優點：單組份丙烯酸酯壓敏膠的膠層單一，不存在低分子添加劑向表面遷移，能避免交接強度變化；丙烯酸酯系聚合物不存在不飽和鍵，有抗氧化性和低溫性能；丙烯酸酯單體種類多，可在廣泛的溫度范圍內，按需要設計配方，制備性能和用途不同的壓敏膠。
丙烯酸酯系壓敏膠主要由各種單體共聚得到的共聚物及其它添加劑組成。其中單體如丙烯酸丁酯，丙烯酸甲酯，丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯等，添加劑包括交聯劑，增粘劑等。
不同單體結構、共聚合的工藝條件，不同分子組合、排列方式、不同分子量和分布可以制備出性能千差萬別的丙烯酸酯壓敏膠，比如為了提高丙烯酸酯系壓敏膠耐溫，耐濕性能，可添加不同的交聯劑；為適應不同被粘物表面的粘附力，可添加不同的增粘劑；而不同的聚合工藝可制備溶劑型，乳液型，熱熔型及光固化型等不同形態壓敏膠粘劑。
丙烯酸酯壓敏膠這些獨特性能優點，使其在各行各業中被廣泛采用，如汽車工業用的丙烯酸酯系泡棉膠帶，家用電器用的各種雙面膠帶，各種表面保護的保護膜，工業電子標簽等，不一而足。其中OCA光學膠是其在顯示和觸摸行業的代表之一。
四．壓敏膠制品制造工藝
壓敏膠一般由基材（有些無基材），壓敏膠粘劑，離型紙（膜）三部分組成，制作工藝一般為：壓敏膠粘劑涂布、干燥、固化、成卷、裁切、包裝。工藝流程如下圖所示：
五．壓敏膠粘劑及壓敏膠制品的未來發展
隨著中國經濟的發展，作為使用便捷，性能優異的粘結材料，壓敏膠將迎來更大發展，高性能，功能化，環境友好型壓敏膠制品將成為未來發展的主流。
未來壓敏膠研究的主要方向是：提高戶外用的乳液型壓敏膠的耐水性，耐熱性；電子，顯示的行業用的溶劑型壓敏膠光電性能；護傷膏、經皮吸收帶、長期用繃帶用交聯型聚氨酯壓敏膠在無臭味、皮膚刺激性小，粘著力低易剝離，有生物降解性，適合制作等，藥物傳送制品有機硅壓敏膠在高濕環境的耐水、殺菌性能等。
還有導電性膠粘帶、導熱壓敏膠片、阻燃性膠粘帶、濕面膠粘帶、發光的膠粘帶、UV固化型、電子束固化型、無溶劑型等環保產品等新功能壓敏膠產品，也被行業正在開發和研究中，將會更多被開發與運用。
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