電子產(chǎn)品用膠粘劑氣味評價研究

劉曉琴, 孫文慧, 趙志浩

廣電計量檢測集團(tuán)股份有限公司,廣東 廣州 510656

0 引言

膠粘劑是一種通過粘附力和內(nèi)聚力將同類或異類的材料緊密結(jié)合在一起的高分子材料。隨著原材料的革新和生產(chǎn)技術(shù)的更新,膠粘劑的用途不僅限于傳統(tǒng)行業(yè),更是朝著精細(xì)化、專業(yè)化的方向發(fā)展,在電子行業(yè)中應(yīng)用廣泛,可用于電子產(chǎn)品元器件的粘接、密封、灌封、涂覆、結(jié)構(gòu)粘接,共行覆膜和SMT貼片等[1-3]。但由于其中添加了稀釋劑、固化劑、增塑劑等助劑或自身反應(yīng)不完全等,使用過程中可能會釋放大量的揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds,VOC)和令人不適的氣味,從而影響使用者的主觀感受和人體健康[4-7]。加強對電子產(chǎn)品中膠粘劑氣味性的管控,有利于提升產(chǎn)品品質(zhì),增強產(chǎn)品競爭力。

目前,電子行業(yè)膠粘劑氣味評價方法尚未有明確的參考規(guī)范。本文的研究參考汽車行業(yè)的氣味標(biāo)準(zhǔn)ISO 12219-7:2017[8],結(jié)合電子產(chǎn)品本身特性,將膠粘劑制作成膠膜,對其進(jìn)行主觀氣味強度評價,該方法簡單快捷,可直觀反映出氣味的強烈程度,并通過對氣味類型的描述使人對于氣味的理解更為形象。但該方法受人本身的影響較大,只能評價氣味的強弱等級和氣味類型,無法分析膠粘劑中主要的氣味物質(zhì)。

為了更準(zhǔn)確地評價電子產(chǎn)品中膠粘劑的氣味并實現(xiàn)對膠粘劑的氣味溯源,本文還采用綜合氣味指數(shù)方法對電子產(chǎn)品中常用的4類膠粘劑(熱熔膠、UV膠、結(jié)構(gòu)膠、硅膠)的氣味性進(jìn)行評價。通過分析不同膠粘劑釋放的重點氣味物質(zhì),結(jié)合氣味物質(zhì)的嗅閾值得到不同膠粘劑的綜合氣味指數(shù),并與主觀氣味評價結(jié)果進(jìn)行比較,掌握不同類型膠粘劑的氣味性,可為電子企業(yè)選用膠粘劑提供技術(shù)支持。

1 試驗部分

1.1 試驗試劑

甲醇:純度99.9%,北京百靈威科技有限公司;苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、正己烷、正十六烷:純度99.5%,美國Chemservice公司。

1.2 試驗儀器

分析天平:精度0.1 mg,德國Sartorius公司;全自動熱脫附系統(tǒng):TD100-xr,英國Makers公司;氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀:7890-5977B,美國Agilent公司;標(biāo)準(zhǔn)管制備系統(tǒng):LAB-ASP600,萊創(chuàng)應(yīng)用(廣州)科技有限公司;恒流空氣采樣泵:GilAir Plus,美國Gilian公司;氣體流量計Gilibrator-2,美國Gilian公司;VOC測試艙:V-BIR-24,東莞市升微機(jī)電設(shè)備科技有限公司。

1.3 試樣制備

取400 mg膠粘劑按照實際工況涂抹在5 cm×5 cm的鋁箔紙上,平行制樣6片,待試樣固化后形成膠膜。

1.4 試驗和分析方法

將制好的膠膜樣品放入3.5 L的聚四氟乙烯(PVF)采樣袋中,在袋中充入3 L的高純氮氣,將采樣袋放入VOC測試艙中,設(shè)定測試溫度為25 ℃,保持(24±1)h。

1)主觀氣味強度評價:參考ISO 12219-7:2017[8],由5名嗅辨員在嗅辨口對袋內(nèi)氣體進(jìn)行主觀氣味評價,嗅辨員將采樣袋放置離鼻尖1.5～2.5 cm處,并用手稍微打開采樣袋閥門,正常呼吸,然后按照表1規(guī)定的氣味強度等級對氣味進(jìn)行評分,樣品的氣味強度等級為各嗅辨員嗅辨評價結(jié)果的算數(shù)平均值。

表1 氣味強度評價等級Tab.1 Evaluation level of odors

2)綜合氣味指數(shù)評價:使用Tenax管采集袋內(nèi)的氣體,再用熱解析-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(TDS-GC/MS)對氣體進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物全譜分析。

根據(jù)物質(zhì)濃度及其嗅閾值,確定膠膜釋放的重點氣味物質(zhì)。本研究參考桂根生[9]對汽車車內(nèi)重點氣味物質(zhì)的篩選方法,該方法將氣味物質(zhì)濃度與其嗅閾值的比值定義為各物質(zhì)的閾稀釋倍數(shù),并將該結(jié)果作為判斷重點氣味物質(zhì)的依據(jù)。當(dāng)某氣味物質(zhì)計算得到的閾稀釋倍數(shù)越大,就代表該物質(zhì)對混合氣體的氣味影響越大,因此篩選混合氣體中氣味明顯且閾稀釋倍數(shù)大于等于1的物質(zhì),將其確定為重點氣味物質(zhì)。

D=C/n

(1)

式中:D為閾稀釋倍數(shù),無量綱;C為氣味物質(zhì)濃度,mg/m3;n為嗅閾值,mg/m3。

由韋伯費希納定律[10]可知,人的嗅覺感知量與氣味物質(zhì)刺激量的對數(shù)成正比,因此本研究將樣品中各重點氣味物質(zhì)的閾稀釋倍數(shù)之和的對數(shù),確定為膠粘劑的綜合氣味指數(shù)。綜合氣味指數(shù)的值越大,表明人們對該膠粘劑樣品的嗅覺感知越明顯。

(2)

式中:N為膠粘劑的綜合氣味指數(shù);Di為膠粘劑中第i種重點氣味物質(zhì)的閾稀釋倍數(shù);m為膠粘劑中重點氣味物質(zhì)的個數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 主觀氣味強度評價

表2是4類不同膠粘劑樣品的主觀氣味強度等級評價結(jié)果。由表2可知,除硅膠外,熱熔膠、結(jié)構(gòu)膠和UV膠都表現(xiàn)出膠味,但不同類型的電子膠粘劑的氣味強度和氣味類型仍有一些差異。硅膠的氣味強度最小,2款硅膠的氣味都介于輕微可察覺和明顯可察覺之間;UV膠的氣味強度最大,3款UV膠的主觀氣味等級均達(dá)到4級及以上,表明其具有強烈的氣味,氣味類型除膠味外,還有苦味或刺激氣味。4類膠粘劑樣品氣味強烈程度排序為UV膠、結(jié)構(gòu)膠、熱熔膠、硅膠,其中結(jié)構(gòu)膠和熱熔膠的氣味強烈程度則較為接近,前者強度略高。綜合膠粘劑的氣味強度和氣味類型可知,硅膠對電子產(chǎn)品的膠味氣味貢獻(xiàn)較小,UV膠可能會在較大程度上影響電子產(chǎn)品的整體氣味感知。

表2 樣品氣味強度等級評價結(jié)果Tab.2 Evaluation results of odor for samples

2.2 綜合氣味指數(shù)評價

表3是根據(jù)式(1)計算和分析得到的各膠粘劑的重點氣味物質(zhì)及其閾稀釋倍數(shù),以及由式(2)計算得到的各膠粘劑樣品的綜合氣味指數(shù)。

表3 樣品的重點氣味物質(zhì)和綜合氣味指數(shù)Tab.3 Key odor substances and composite odor index of samples

由表3可知,不同類型的膠粘劑樣品釋放的重點氣味物質(zhì)有顯著差異,同類型不同款膠粘劑盡管氣味強度和氣味類型相似,但由于產(chǎn)品配方不同,重點氣味物質(zhì)也明顯不同。3款熱熔膠樣品的重點氣味物質(zhì)主要有酯類和有機(jī)酸類,其中酯類化合物是這3款熱熔膠散發(fā)膠味的主要來源,而熱熔膠A的氣味還有淡淡的酸味,其主要來源就是釋放的乙酸。3款UV膠以有機(jī)酸、醛酮類和酯類作為重點氣味物質(zhì),其中UV膠A中的環(huán)己酮和苯甲醛以及UV膠B中的苯乙酮使膠粘劑樣品表現(xiàn)出苦味。2款結(jié)構(gòu)膠樣品中,結(jié)構(gòu)膠A所含有的甲基丙烯酸甲酯和2-甲基丙烯酸均可使其散發(fā)出膠味,同時酯類化合物也是結(jié)構(gòu)膠B產(chǎn)生膠味的主要來源。2款硅膠樣品中的重點氣味物質(zhì)主要是醇類,這類物質(zhì)的嗅閾值較高,且在膠類中含量較少,使其對應(yīng)的氣味不易被察覺,這也使得硅膠樣品對應(yīng)的氣味強度等級較低。

不同類型膠粘劑樣品的綜合氣味指數(shù)也具有較大的差異。3款熱熔膠樣品綜合氣味指數(shù)分別為0.9、0.78和0.6,其中樣品A的氣味性相對更強烈;3款UV膠的綜合氣味指數(shù)均大于1,其指數(shù)大小排序為C>B>A;2款結(jié)構(gòu)膠樣品的綜合氣味指數(shù)分別為1和0.95,表明兩者對人的氣味感知影響相差不大;2款硅膠的綜合氣味指數(shù)均為0.3,顯著低于其他類型膠粘劑。

2.3 主觀氣味評價和綜合氣味指數(shù)評價對比

對比這4類膠粘劑樣品的主觀氣味評價和綜合氣味指數(shù)評價結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)2種方法都能對膠粘劑樣品的氣味性進(jìn)行合理的評價,而且2種評價方法得到的結(jié)果具有較好的一致性。本研究的4類膠粘劑樣品氣味從大到小排序均為UV膠、結(jié)構(gòu)膠、熱熔膠、硅膠;熱熔膠A的氣味強度相比其他2個樣品更強;UV膠樣品C氣味高于A和B;2款結(jié)構(gòu)膠的氣味性相差不大;硅膠的氣味強度相對更低,對人的氣味感知影響更小。

主觀氣味評價方法通過人體嗅聞膠粘劑產(chǎn)品的氣味,除了對氣味強度進(jìn)行評級,還可以評判氣味的類型,該方法操作簡單,設(shè)備投入少,但受人的主觀影響較大。綜合氣味指數(shù)評價方法可以確定膠粘劑的重點氣味物質(zhì),這對膠粘劑氣味的溯源和整改具有較強的指導(dǎo)意義。此外,該方法不需人進(jìn)行嗅聞,避免了膠粘劑強烈的氣味對人的健康影響,同時結(jié)果由物質(zhì)濃度計算得到,對膠粘劑氣味性的評價會相對更客觀。

3 結(jié)束語

本文選取熱熔膠、UV膠、結(jié)構(gòu)膠和硅膠4大類共10款電子產(chǎn)品常用膠粘劑為研究對象,采用主客觀氣味評價和綜合氣味指數(shù)評價方法對樣品的氣味性進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn):2種方法對膠粘劑樣品氣味性的評價結(jié)果具有較好的一致性,氣味從大到小排序為UV膠、結(jié)構(gòu)膠、熱熔膠、硅膠。綜合氣味指數(shù)評價方法除了能對氣味性進(jìn)行評價對比外,還能分析膠粘劑的重點氣味物質(zhì),從而可以對膠粘劑進(jìn)行氣味的溯源和整改,該方法對電子產(chǎn)品中膠粘劑的選用具有較好的實際參考價值。