柔性透明導電膜用UV 膠的配方探討

徐丹丹，秦蘇瓊，陶 軍，瞿 然，劉世國

( 連云港華海誠科電子材料有限公司， 江蘇 連云港 222047)

柔性透明導電膜是一種重要的光電材料，具有廣泛的應用前景。它具有良好的柔韌性和可塑性，能夠適應各種彎曲和變形，從而在柔性電子器件中發揮重要作用。柔性透明導電膜的主要成分是氧化銦錫（ITO），這是一種具有優異導電性能和透明性的金屬氧化物。通過采用真空濺射等方法，可以在聚酯基板上沉積出均勻的ITO 薄膜，從而制得柔性透明導電膜[1]。這種膜具有良好的導電性能和可見光透射率，同時還能夠適應各種彎曲和變形，具有較好的柔韌性和可塑性。由于柔性透明導電膜柔韌性好和可塑性強的優異性能可以廣泛應用于各種柔性電子器件制造中，如：在柔性太陽能電池中，柔性透明導電膜可以用作電極材料，將光能轉化為電能；在柔性顯示器中，柔性透明導電膜可以用作像素電極或觸控電極，實現高清晰度和高靈敏度的顯示效果；此外，柔性透明導電膜還可以應用于柔性傳感器、柔性照明、柔性透明電加熱膜、電磁屏蔽膜、智能家居的控制面板的觸控、語音識別、遠程控制功能等領域。隨著科技的不斷進步和人們對于便攜式、可穿戴電子設備的需求增加，柔性透明導電膜的應用前景將會越來越廣泛。

1 制造柔性透明導電膜的壓印技術與UV 膠

隨著工藝技術的不斷發展，柔性透明導電膜的應用領域將會繼續拓展，為人們的生活帶來更多便利和驚喜。柔性透明導電膜用UV 壓印技術是指不適用光線或輻照使光刻膠成型，而是直接在基板上利用物理學機理構造尺度圖形，如圖1所示。不受光源波長限制，可以簡單制作出解析度小于10 nm 的圖形。該機理具有工藝簡單、成本低、解析度高、產能高等優點[2]。

圖1 UV 壓印示意圖

本文所探討的柔性透明導電膜用UV 膠主要用于新型電子顯示屏材料的制備。由于電子顯示屏的需求不斷增長，對于透明導電膜材料的要求也越來越高。柔性透明導電膜用UV 膠的出現，為電子顯示屏的制備提供了新的解決方案。柔性透明導電膜用UV 膠具有快速固化、高粘附力、優良的透明性和導電性等特點。它采用UV 光固化技術，能夠在短時間內快速固化，提高生產效率。同時，柔性透明導電膜用UV 膠還具有良好的粘附力，能夠與各種基材緊密結合，確保電子顯示屏的穩定性和可靠性。此外，它還具有良好的導電性能和透明性，能夠滿足電子顯示屏的高清晰度和高亮度要求。通過使用柔性透明導電膜用UV 膠，可以制備出輕薄、透明、可彎曲的電子顯示屏，滿足人們對于便攜式、可穿戴電子設備的需求。這種顯示屏是一種特殊的新型光學材料，即柔性透明導電膜。導電膜上的線路將信號傳輸到顯示屏，從而代替傳統硬質基材透明導電膜制作的顯示屏[3]。有機柔性基材上制備的透明導電膜不僅具有相同的光電特性，而且還具有許多獨特優點，如：可彎曲、質量輕、不易破碎，可以采用卷對卷工業化連續生產方式有利于提高效率、便于運輸等。所以，在該應用中，柔性透明導電膜用UV 膠通過引入光學性能優異的官能團合成聚氨酯丙烯酸預聚體，多種光引發劑的配合使用，新型助劑研究等，最終得到黏度小（＜1 Pa·s），固化速度快（＜10 s），光學性能好（折射率＞1.51），表面鉛筆硬度非常高（超過了H 等級，具有出色的抵抗變形或損傷的能力）。附著 力 達 到 3 級（75% 百 格 不 脫 落， 參 照GB/T9286-1998《色漆和清漆劃格試驗》標準）的柔性透明導電膜壓印用紫外光固化膠。

此外，柔性透明導電膜用UV 壓印技術已經可以制作線寬在5 nm 以下的圖案。由于省去了光學光刻掩模版和使用光學成像設備的成本。因此柔性透明導電膜用UV 壓印技術具有低成本、高產出的經濟優勢。因而對柔性透明導電膜用UV膠的改性，在柔性透明導電膜用UV 壓印技術的應用仍有大量的研發提升空間，在開拓其領域的應用具有重大的實用價值。

2 UV 膠的配方

柔性透明導電膜用UV 膠是由預聚體、單體、光引發劑和其它助劑組成。

2.1 適用于柔性透明導電膜用UV 膠的預聚體

適用于柔性透明導電膜用UV 膠的預聚體主要包括聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯。這些預聚體具有良好的彈性和粘附性，能夠與各種基材緊密結合，同時保持透明度和導電性能。

聚氨酯丙烯酸酯預聚體具有較好的彈性和耐候性，能夠適應各種環境條件。它可以通過與其他單體和光引發劑進行聚合反應，形成具有良好粘附力和柔韌性的UV 膠。這種UV 膠可以應用于柔性透明導電膜的制備，具有良好的導電性能和透明度。

聚酯丙烯酸酯預聚體也是一種常用的預聚體，具有良好的透光性和粘附性。它可以與其他單體和光引發劑進行聚合反應，形成具有良好柔韌性和耐 性的UV 膠。這種UV 膠適用于需要長期保持粘附力的場合，如柔性電子設備等。

預聚體是UV 膠的主要成分，其結構和分子量大小決定了膠黏劑的最終性能，如光固化速率、粘結性能、透明度、耐抗性、硬度和柔韌性等。常用的預聚體有聚氨酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、純丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯等。隨著光固化技術的發展，出現了一些新的預聚體，如超支化低聚物、自由基陽離子雜化低聚物等。目前主流的壓印工藝有硬膜壓印和軟膜壓印2 種（如圖2、圖3 所示），不同的壓印工藝需要有膠本身的軟硬度和模板相匹配，柔性透明導電膜用UV 膠中主最主要的有效成分是光敏性聚氨酯預聚體和各類單體，其中預聚體的合成工藝通過選用不同的鏈段結構原材料合成新型的聚氨酯丙烯酸中間體，研究其對耐水性、伸長率、光學性能、附著力的影響。

圖2 硬膜壓印

圖3 軟膜壓印

對于新合成的預聚體利用核磁技術分析出其鏈結構，利用液相色譜進行分子量分析。準確標示出樣品的主鏈結構、軟段/ 硬段比例，從而得到預聚體相關信息以及指導預聚體時的原材料選擇，如圖4 所示。

圖4 預聚體合成示意圖

利用紅外和拉曼對核磁結果進行驗證。同時進一步確認不同結構膠固化后對不同導電墨的粘接力，決定了對模板的脫模效果，如圖5 所示。

圖5 導電墨對比分析圖

分子結構設計：通過分析下游柔性透明導電膜用UV 膠客戶的工藝要求，對膠的硬度、表干和不同金屬的粘接能力進行規劃設計，選擇合適的軟段分子和硬段分子，同時引入功能基團以實現想要的性能，如圖6 所示。

圖6 紅外拉曼光譜分析圖

總之，適用于柔性透明導電膜用UV 膠的預聚體主要包括聚氨酯丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯。它們具有良好的彈性和粘附性，能夠與其他單體和光引發劑進行聚合反應，形成具有良好導電性能和透明度的UV 膠。根據實際需求選擇合適的預聚體，可以調節UV 膠的性能，滿足柔性透明導電膜的應用需求。

2.2 適用于柔性透明導電膜用UV 膠的單體和光引發劑

適用于柔性透明導電膜用UV 膠的單體和光引發劑有很多種，常見的選擇為：

（1）單體

丙烯酸酯單體：如甲基丙烯酸甲酯、異丙基丙烯酸甲酯等，具有良好的透光性和粘附性，能夠與各種基材緊密結合；

聚氨酯丙烯酸酯單體：具有較好的彈性和耐候性，能夠適應各種環境條件；

聚醚丙烯酸酯單體：具有較好的柔韌性和耐水性，適用于需要長期保持粘附力的場合。

（2）光引發劑

1173 光引發劑：一種高效的自由基型光引發劑，能夠吸收UV 光并轉化為具有活性的自由基，引發單體聚合反應；

184 光引發劑：一種常用的自由基型光引發劑，具有快速固化、高引發效率和高粘附力等特點；

907 光引發劑：一種自由基型光引發劑，具有較低的熔點，容易與其他成分混合，提高UV 膠的加工性能；

二苯甲酮光引發劑：一種陽離子型光引發劑，能夠吸收UV 光并轉化為具有活性的陽離子，引發單體聚合反應。

單體是UV 膠的重要組成，一方面對膠黏劑起到稀釋劑的作用，使膠黏劑具有合適的施工黏度；另一方面具有反應活性，在UV 光的照射下，與低聚物形成網絡結構，提高體系的光固化速率和改善某些物理化學性能。在自由基UV 膠中常用的單體為功能性（甲基）丙烯酸酯類活性稀釋劑。陽離子UV 膠中所用的單體則為乙烯基醚化合物或環氧化合物。同時，不同類型的UV 膠使用不同類型的光引發劑。自由基UV 膠主要用安息香醚、二苯甲酮、光引發劑651、光引發劑1173、光引發劑184、光引發劑TPO 等。陽離子UV 膠黏劑則以硫鎓鹽或碘鎓鹽陽離子光引發劑為主。可見光膠黏劑則主要用樟腦醌或配合TPO、819 等光引發劑。

在預聚體的性能基礎上，通過DOE 設計選擇確定的單體品種用量，選擇出合適的單體，以完善產品使用性能。通過不同引發劑的選擇，以確定膠最佳引發波長，進一步和客戶使用工況的曝光時間想配合。

通過選擇不同結構的丙烯酸單體以及光引發劑，研究其配合使用比例，研制具有一定硬度，快速固化的膠黏劑。單體的選擇中會遇到附著力、硬度、固化速度等相悖之處，如何確定選擇及確定單體用量將是柔性透明導電膜用UV 膠的重要研究方向。

2.3 適用于柔性透明導電膜用UV 膠的助劑和填料

適用于柔性透明導電膜用UV 膠的助劑和填料有很多種，常見的選擇為：

（1）助劑

流平劑：可以改善UV 膠的表面質量，使其更加光滑和平整；

消泡劑：可以消除UV 膠固化過程中產生的氣泡，提高透明度和導電性能；

增塑劑：可以增加UV 膠的柔韌性和可塑性，使其更好地適應柔性基材的變形；

穩定劑：可以增加UV 膠的化學穩定性和耐候性，使其在惡劣環境下保持性能的穩定。

（2）填料

金粉、銀粉、銅粉、鎳粉等金屬粉末：這些金屬粉末具有良好的導電性能，可以提高柔性透明導電膜的導電性能；

石墨、炭黑等碳系填料：這些碳系填料也具有良好的導電性能，可以提高柔性透明導電膜的導電性能；

鍍銀銅粉、鍍銀二氧化硅粉等鍍銀填料：這些鍍銀填料不僅可以提高柔性透明導電膜的導電性能，還可以起到反射紅外線的作用，具有一定的隔熱效果；

玻璃微珠等無機填料：這些無機填料可以提高柔性透明導電膜的抗沖擊性能和耐磨性。

在選擇適用于柔性透明導電膜用UV 膠的助劑和填料時，需要根據實際需求進行選擇和調整。通過合理地添加助劑和填料，可以調節UV 膠的性能，使其更好地滿足柔性透明導電膜的應用需求。偶聯劑可同時與極性材料和非極性材料產生一定結合力，提高膠黏劑的粘結作用；阻聚劑可用來阻止或延緩膠黏劑中含有不飽和雙鍵的樹脂、活性稀釋劑等在貯存或運輸過程中發生交聯反應的物質，常用的為對苯二酚、對甲氧基苯酚等。

通過對UV 膠固化表面研究，柔性透明導電膜用UV 膠需選擇促進表面固化的助劑，實現固化后表面干燥度好且光滑。氧氣對丙烯酸體系膠的固化是有阻聚作用的，如何實現表面固化光滑，需要添加合適的助劑，消除氧阻聚帶來的影響（如圖7、圖8 所示）。

圖7 助劑消除氧阻聚的機理

圖8 丙烯酸酯單體在空氣中的聚合速率與在氮氣中的聚合速率對比

填料可分為無機填料和有機填料2 類。

1）無機填料

硅酸鹽類：例如滑石粉、云母粉、高嶺土等，具有較高的熔點，且化學穩定性良好，對光、熱、電等具有優良的絕緣性；

金屬氧化物：如氧化鋅、氧化鋁、氧化鎂等，具有良好的電絕緣性和耐熱性；

鹽類：例如硫酸鋇、碳酸鈣等，具有較高的熔點和化學穩定性。

2）有機填料

合成樹脂類：如聚乙烯、聚丙烯、聚酯等，具有較低的密度和良好的絕緣性；

橡膠類：如天然橡膠、合成橡膠等，具有良好的彈性和耐油性；

纖維類：如玻璃纖維、碳纖維等，可以提高材料的強度和彈性模量。

在柔性透明導電膜用UV 膠中，可以根據需要選擇合適的無機填料或有機填料，以調節膠的性能，滿足不同的應用需求，填料不與主體材料起反應，但可以改善膠的性能、降低膠的成本。例如，對于需要高導電性能的場合，可以選擇含有高導電填料的UV 膠；對于需要高透明度的場合，可以選擇低粘度、低填料的UV 膠。

3 結束語

通過對柔性透明導電膜用UV 膠配方的深入探討，明確柔性透明導電膜用UV 膠的黏度、硬度、附著力、光學性能、耐水性、伸長率等的物理化學性能將如何實現理想效果，同時也確定其對柔性透明導電膜所用的UV 膠對壓印工藝及產品性能有重要作用，對實現高精度印刷效果、導電膜柔韌性、透光率和穩定性都有重要的意義。