第二章 文獻回顧
2.8 UV膠
UV (Ultraviolet Rays) 即紫外光，是肉眼看不見的，是可見紫色光以外 的一段電磁輻射，波長在10~400nm 的範圍，通常按其性質的不同細為 5 項:
- 真空紫外線（Vacuum UV），波長為 10--200nm - 短波紫外線（UV-C），波長為 200--290nm - 中波紫外線（UV-B），波長為 290--320nm - 長波紫外線（UV-A），波長為 320--400nm - 可見光（Visible light），波長為 400--760nm
紫外光(UV)用於工業生產，國際上一般使用的是長波紫外線(UV-A)。
UV 紫外線硬化膠（UV 膠）顧名思義，必須以紫外線照射才能將其固 化；固化過程：在樹脂中加入光引發劑（或光敏劑），經過吸收紫外線（UV）
固化設備中的高強度紫外光後，產生活性自由基或離子基，從而引發聚 合、交聯和接續反應，使樹脂(UV 塗料、油墨、黏合劑等)在數秒到幾分由 液態轉化為固態。
UV 膠性能特點:
- 固化快、反應可控制；無溶劑、無污染；適合自動化作業 - 黏接材料廣泛、黏接強度高，可結構黏接、應用面廣
- 光學性能優、膠液無色透明、固化后透光率>90%，有無影膠之稱 - 耐候性優，不黃化
- 缺點是被黏物必須一面透光，固化時需要設備才能完全固化；
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，比較如表2.8.1。
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
表2.8.1 UV 膠的種類比較表 資料來源：DYMAX UV 膠供應商
以下就兩者的主要成份，反應機制及特殊制程來說明。
1. 壓克力系 UV 膠 (1.1) 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。
(1.2) 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 M‧ X‧ MX‧+M MX+1‧ 終止反應 MX‧+MY‧ MX+Y
MX‧+MY‧ MX+MY
(1.3) 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。
2. 環氧樹脂系 UV 膠 (2.1) 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。
(2.2) 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+‧+ + MX‧ N
-( )2S+‧+YH ( )2S+H+Y‧
( )2S+H ( )2S + H+
(2.3) 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
(2.4) 後硬化制程 (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。
(3.4) 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。
(3.5) 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。
(3.6) 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。