ガラス用の液体光学的に透明な接着剤ラミネート ソリューション

日付: 2023 年 2 月 15 日

著者: Chris Davis – HB Fuller (Kömmerling Chemische Fabrik GmbH)

液体中間層は、ガラスをそれ自体または代替の基板タイプに接着するための、従来の熱可塑性フォリオ材料に代わる熱硬化性ソリューションを提供します。 液体ラミネートの原理では、一般に、硬化済み液体ポリマーを導入する前に、基板間の空隙の周囲を永久的または一時的にシールする必要があります。 一般に、触媒または紫外線活性化光開始剤メカニズムによる、液体から硬化ポリマーへの有意な相変化は 1 回だけ必要です。

自由流動性の液体は、注入されるエンベロープの形状、輪郭、および表面テクスチャーに容易に追従し、一般に室温で行われる処理で過度の機械的プレスや真空抽出を必要とせずに「受動的」とみなすことができます。

一部の材料では、ポリマー鎖は完全に架橋されているものとして分類され、その後、温度、時間、および負荷持続期間を考慮した場合、比較的低い依存性を示す粘弾性挙動を示します。

LOCA 材料は、安全性と構造安定性が主な要件である建築製品と自動車用途の両方で使用される、ほとんどの標準的な用途に使用される合わせガラス複合材料を製造するように設計されています。 現在、機械的安定性と潜在的に有害な環境条件に対する保護を提供しながら、受動的機能と動的機能を埋め込んでカプセル化する LOCA 製品の使用にますます注目が集まっています。

材料と処理システムの主な利点は次のとおりです。

LOCA 材料はポリウレタンまたはアクリレート プラットフォームに基づいており、通常は次のパッケージ グループに分類されます。

i) ポリウレタン系触媒硬化型ii) アクリル系紫外線硬化型iii) アクリル系触媒硬化型材料

i) ポリウレタンシステムは通常、ベースポリオール材料 (成分 A) と対応するイソシアネートベースの成分 (B 成分) によって形成される 2 つの部分で設計されます。 硬化メカニズムは多くの場合、エンベロープ内の少量の大気水分やガラス洗浄プロセスで基板表面に捕捉された水分を吸収する機能を備えた触媒重付加反応です。 これらの材料は、残留水分含有量が低く、疎水性であると考えられます。 ただし、硬化段階中に存在する過剰な水分は、イソシアネート内で副反応を起こし、二酸化炭素を生成し、その結果気泡含有物を含むマトリックスを形成する可能性があるため、避ける必要があります。

両方のコンポーネントのコンディショニングには脱ガスが必要で、接着は PU 素材とガラス表面の反応によって達成され、接着促進剤によって強化されます。

ii) 一液型紫外線硬化アクリルベースの材料には埋め込まれた光開始剤が含まれており、UVA 露光下でラジカル重合を開始し、その結果ポリマー鎖が形成されます。 コモノマーを含めることで、衝撃性能のための引張強度などの特性を強化または調整できます。

iii) 多成分触媒硬化アクリル材料は、多くの場合、基材、触媒、そして別個の接着促進剤に基づく 3 成分で構成されます。 硬化メカニズムは一般に触媒を介したラジカル重合によるもので、成分が混合されたときにのみ反応が始まります。

どちらの硬化メカニズム (アクリル系のラジカル重合と PU システムの重付加) も発熱と考えることができます。

接着力

粘着タイプの例（例1を参照）

基材の種類

ほとんどの標準的な基板の積層が可能ですが、種類や厚さを変更すると、中間層の厚さの変更が必要になる場合があります。 特定の非ガラス基板には、特別な化学的準備または前処理が必要です。

層間寸法は完全な架橋を実現するための鍵となり、異なる種類のガラスの変化する表面張力条件と剛性特性を相殺します。 一例として、フロートガラスの中間層の厚さは、標準の 1.0mm から最大 1.5mm、フロートガラスの厚さが最大 ​​6.0mm、次に 8.0mm に増加すると最大 2.0mm に増加することがあります。 強化ガラスの表面張力が増加すると、公称設計厚さ 5.0mm よりも厚いすべての基板について、最小中間層厚さが自動的に 1.5mm から始まり、次に 2.0mm になります。 この中間層の厚さの増加は、熱処理されたガラスの変化するローラーウェーブとエッジディップ特性に対応するためにも必要になります。

プラスチック

ガラス基板に加えて、ポリカーボネートの表面と自然な化学的関係を持つ特別に開発された PU ベースの材料を使用して、ガラスとポリカーボネートの接着が可能になります。 ガラスとポリカーボネートの熱膨張差の値。ポリカーボネートの線膨張および/または体積膨張はガラスよりもはるかに大きいため、中間層材料上および中間層材料内にはるかに大きな張力がかかります。 この膨張差により、これら 2 つの異なる基材を接着する材料が、あるレベルの拘束または剛性とクリープおよび緩和挙動を組み合わせて補償することが重要です。 特別に設計されたプライマーは、PUR に対するガラス表面の接着特性を強化するために使用されます。

i) フロートガラス

「錫」または「空気」面への接着のための特別な表面処理を特別に考慮する必要なく、あらゆる種類の標準的なソーダ石灰ケイ酸塩フロートガラスで処理が可能です。

ii) コーティングされたガラス

熱分解コーティングされたガラス表面への接着では、基板表面への接着に加えて、金属化コーティング自体への連動接着を考慮する必要があります。 準備や加工を開始する前に、これらの表面の特性を常に考慮する必要があります。

i) 洗浄

標準化された 3 段階の温水洗浄ステーションを使用した洗浄処理、脱塩すすぎ、最終的な空気乾燥。 洗浄プロセスや付随的な湿気から生じる過剰な残留水分は、可能であれば避けてください。 油などの非準拠の偶発的な表面汚染は、通常、二次洗浄プロセスでイソプロパノールと脱イオン水の混合物を使用して処理されます。

プライマーなどの追加の接着剤をこの時点でガラス表面に塗布した後、最後に脱イオン水で洗い流します。

ii) 充填封筒の作成

密閉されたエンクロージャを作成するには、次のいずれかの方法で周囲シールを使用します。

a) ロール上に形成されたイソブチレン材料。約 1 bar で手動または自動でプレスして、正しい包絡深さを提供します。 ブチル材料は、熱膨張値が中間層 LOCA 材料の熱膨張値とより一致していると考えられます。 また、これらは一般に、湿気の透過に対して優れたバリアを提供すると考えられていますが、一般に透明ではありません。

b) 標準的な厚さ 1.0mm、1.5mm、および 1.8mm の予備成形アクリルエッジテープ。 プライマーを使用し、最大 24 時間の湿潤時間を利用して接着面の完全な湿潤を向上させることができ、良好な接着が確実に達成されます。 テストされ、完全に硬化され、承認された材料を使用することをお勧めします。これにより、次のことが保証されます。

c) 特別に設計された機械的に適用されるシステムを使用することにより、独自の接着剤を使用しない自由形成エッジ シーリングを実現できます。

iii) 材料の混合と計量

エンベロープに一時的または永続的なエッジシールを適用すると、適用可能な場合、LOCA 材料を混合し、その後射出タイプのプロセスによってエンベロープ内に計量供給することができます。 混合は通常、塗布後の過度のパージを避けるために配送時に行われます。

正しい材料体積の計算は、必要な中間層の厚さ、エンベロープの面積、および適切な収縮値の関数になります。

収縮値は材料によって異なり、体積で 2% から 13% の範囲で変化しますが、ポリウレタン材料の収縮値は一般にアクリルの収縮値よりも低くなります。

PU 材料では、混合および計量する前に A 成分と B 成分の両方を効率的に脱気する必要があります。これは、前硬化した材料からの酸素の排出により重合反応の効率が向上する単一液型アクリル材料にも適用できます。

触媒硬化中間層は、正確な最終混合液体密度と完全硬化材料の最終密度を達成するために、異なる材料密度を管理するために不可欠な特別に設計された分注ユニットで混合および計量されます。

PU とアクリルの両方の触媒硬化材料の混合比は、重量および/または体積によって計算されます。 3 液性アクリル素材の比率値の計算は、PU ベースの比率値の計算とは異なります。 明らかに、単一液型の紫外線硬化アクリル LOCA 材料は混合する必要がありません。

製造に推奨される 18 ℃ ～ 23 ℃ (材料の種類に応じて) を超える周囲温度の変化は、成分の正しい混合の実現に影響を与える可能性があります。 したがって、材料の最適な混合を達成するには、製造環境の温度を所定の操作ウィンドウ内で制御することが重要です。

さまざまなシステムのポットライフは、周囲温度の影響を受けますが、触媒システムに合わせて調整できます。

iv) 硬化

液体材料を半固体ポリマーに硬化させる方法は、上で説明したように硬化メカニズムに応じて変化します。

a) 単一成分のアクリルベースの材料は、通常、特定の規定の波長窓内で放射される UVA 光を使用して硬化されます。 これにより、ポリマーに埋め込まれた光開始剤が活性化され、化学反応が開始され、ポリマー鎖内に結合が形成されます。 UV 光源は上から、または上下の両方から照射できます。

周囲温度が推奨動作範囲外であると、反応が妨げられたり、遅れたり、加速されたりして、硬化が不完全または加速され、局所的な応力が形成される可能性があります。 硬化差は、一般に +/-0.5 mm /m で表される許容誤差を超える中間層全体の厚さの差によっても発生する可能性があります。 これは、基板の平坦度がずれているか、硬化テーブルが不均一であることが原因である可能性があります。 許容値は、UV 放射源の許容可能な均一強度のレベルをガイドするために設定する必要があります。 これらは、従来のブラックライト管または UV LED ユニットのいずれかになります。 過剰なレベルの差応力を回避するには、UV 光源からの設定パラメータ外の不均一な放射強度を制御する必要があります。

硬化プロファイルは、発熱反応から生じる温度変化を測定することで監視できます。 反応の完了には通常 6 ～ 20 分かかることが予想されます。 使用する基材の種類と厚さを変更すると、液体中間層が吸収する紫外線の強度に直接影響があり、必要な硬化時間が変わります。 すべての材料が完全に均一に硬化されることを保証するために、通常、最高温度に達するまでの時間に追加の時間 (安全係数) が追加されます。 これにより、完全に信頼されるのではなく、監視されるエンベロープの領域のみが信頼されるため、過剰な硬化差が発生する機会が減ります。

b) 触媒硬化では、触媒成分と基材の間の化学反応により材料の硬化が活性化または促進されます。 周囲温度は、反応プロセスの段階的に重要な役割を果たします。 最高温度と温度サイクルの継続時間を測定することで、最終硬化の有効性に関する品質管理プロセスが提供されます。

追加の硬化後のチェックを実行できます。

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