公告/发布日期:2018/02/13

米乐m6中国官方网站 可重复使用的光固化粘合剂

-提高可回收性并减少粘附错误-

积分

  • 开发一种可重复使用的新型粘合剂
  • 可见光固化粘合剂,加热150℃以上可液化分离
  • 有望应用于可逆键合工艺以及键合后的材料回收


摘要

米乐m6官方网站[理事长中钵良二](以下简称“AIST”)功能化学研究部[研究部主任北本大]智能材料集团首席研究员Haruhisa Akiyama开发了一种光固化粘合剂,可以控制粘合和解吸,并且可以重复使用。

这种粘合剂具有支化结构糖醇以及几个响应光而相互结合的的透明液体物质,并通过光照射反复硬化并通过加热液化。这种粘合剂的使用使得重新粘合和粘合后材料的再利用成为可能,有望实现新的复合材料工艺。

该技术的详细信息将于 2018 年 2 月 14 日至 16 日在东京有明国际展览中心(东京江东区)举行的 Nano tech 2018(第 17 届国际纳米技术展览和技术会议)上公布。

粘合剂在可见光下硬化并在加热到 150℃ 以上时再次液化的照片
可见光固化并在加热到150℃以上时再次液化的粘合剂


发展的社会背景

粘合剂技术不仅广泛应用于日常生活中,而且还广泛应用于信息设备、家用电器、交通设备等许多产品的制造过程中。使用粘合剂进行接合不仅具有简化制造工艺的优点,而且还具有能够接合树脂、金属和玻璃等各种材料和形状的异种构件的优点。

已知的粘合剂有多种类型,但光固化粘合剂尤其具有能够在室温下涂覆并立即硬化的优点,因此它们广泛应用于电子领域的制造过程和牙科粘合剂中。然而,大多数传统的光固化粘合剂采用不可逆的固化过程,不会恢复到原始液态,因此它们不易拆卸或可返工,并且从通过修复粘合区域提高产量和回收利用的角度来看,存在问题。

为了实现资源节约型社会,提高产品的可回收性至关重要。事实上,日本早在2001年就颁布了各种回收法,有家电、汽车等产品需要回收利用的社会背景,也有开发可反复粘贴和剥离的粘合技术的愿望。

研究历史

AIST 迄今为止已开发出一种在室温下光照时反复液化和固化的材料,并正在考虑将其用作可移除的粘合剂。2012 年 4 月 6 日 AIST 新闻稿)。这种材料由具有可逆光反应位点的化合物组成,由于光反应前后分子结构的差异,其熔点(软化点)在室温下可逆地变化,因此可以通过光反应来控制液化和凝固。

但对于光反应位点偶氮苯型使用时,存在几个问题:粘合剂本身颜色为黄色至橙色,固化后的粘合剂机械强度低,其粘合强度有限,并且由于粘合剂的初始状态为固体,因此很难将其涂覆到基材上。因此,为了解决这些问题,我们研发了一种透明且易于涂覆到基材上的新型液体光固化粘合剂。

此项研究和开发得到了独立行政机构日本学术振兴会科学研究补助金 C(2015 财年至 2015 财年)的支持。


研究内容

这次,为了使材料无色透明,使用在可见光范围内几乎不吸收光的蒽作为光响应部分。蒽吸收光,在分子之间二聚化,硬化,并通过加热解离,但蒽本身是晶体(固体)。因此,我们设计了一种抑制蒽分子排列的分子结构,以防止结晶,并在室温下保持稳定的液态(图1)。

蒽二聚反应及利用其进行分子间交联反应的示意图
图1蒽二聚反应及利用其进行分子间交联反应示意图

该分子含有多个蒽酯键引入糖醇(例如D-山梨醇)的结构,并且可以由容易获得的原料轻松合成。合成的化合物在室温下为液体,可以轻松应用于基材(图 2)。当用对应于吸收端波长的400至420nm的光照射涂膜时,由于蒽基团的二聚化,分子之间发生交联反应,导致硬化,从而形成没有任何着色的透明固化膜。

透明粘合剂照片(左:当前的蒽类,右:以前的偶氮苯类)
图2透明粘合剂(左:当前的蒽基,右:传统的偶氮苯基)

通过将该液态化合物涂在玻璃基板上,将它们夹在中间,然后用 400-420 nm 的光固化它们,就可以粘合玻璃基板(图 3)。此时剪切粘合强度强度比传统偶氮苯类材料高约5倍,已达到玻璃基板的断裂强度(>5 MPa)。即使在100℃下,粘合状态仍保持稳定,但当加热至150℃以上时,交联部分由于热解离而液化,并且很容易脱离。通过再次用光照射已恢复液态的化合物,可以实现再粘合,并且这种光固化(粘合)和热液化(解吸)的过程可以重复至少五次。

用铝和玻璃粘合剂样本举起椅子(6 公斤)的照片(粘合剂面积约 15 平方厘米)(粘合剂用量:10-20 毫克)
12211_122512) 举起一把椅子(6 公斤)(粘合剂用量:10-20 毫克)。

未来计划

未来,我们将继续研发,以开发高性能粘合剂,如临时粘合剂、拆卸时可剥离而不损坏基材的粘合剂、可重新粘合且具有优异可再加工性的粘合剂,以及可拆卸漆膜的应用。

查询

国立产业技术综合研究所
功能化学研究部智能材料组
首席研究员 Haruhisa Akiyama 电子邮件:hakiyama*aistgojp(发送前请将 * 更改为 @。)


 

术语解释

◆糖醇
糖衍生物。它具有多个羟基(OH基团)。许多具有甜味并被用作甜味剂。名称根据 OH 基团的数量和三维结构而变化。山梨醇的化学结构如下图(左)所示,有六个羟基。例如,木糖醇具有五个羟基,也是糖醇的一种。羟基最少的糖醇是甘油(甘油)。[返回来源]
D-山梨醇(左)、木糖醇(中)和甘油(右)的化学结构图
D-山梨醇(左) 木糖醇(中心) 甘油(右)
◆蒽
下图所示的多环芳香族化合物的名称。当它吸收光时,它与另一种蒽结合。此时,两个蒽结合(二聚化)形成的新分子称为二聚体。形成的二聚体在室温下稳定,但当温度升高时,连接分子的键选择性断裂(解离),二聚体恢复到原来的形式。[返回来源]
蒽图
◆偶氮苯型
2012 年新闻稿“在室温下通过光反复液化和凝固的材料'' 含有如下所示化学结构的化合物。[返回来源]
偶氮苯系统图
◆酯键
它是常用于连接分子的键之一,是糖醇的羟基(OH基)和羧酸(COOH基)释放水而形成化学键时形成的键的名称。[返回来源]
◆剪切粘合强度
评价粘合强度的指标之一。在简单堆叠的情况下,它表示当两个被粘物的尖端重叠并粘合时,沿与粘合表面平行的方向拉动粘合剂导致粘合断裂时所施加的应力的最大值。[返回来源]
简单重叠粘合接头,粘合接头位于中心的图表
简单重叠粘合接头,粘合接头位于中心。