選擇紫外線固化黏著劑、塗料與封裝材料

紫外線固化黏著劑、塗料與封裝材料兼具短製程時間與可刻意控制的固化特性。然而，哪一種材料類別合適，並非僅取決於可用的紫外線波長。基材穿透率、層厚、色料含量、填充物含量、與氧氣接觸情形以及遮蔽區域，都會決定自由基型、陽離子型或雙重固化系統是否適用。下方的選擇輔助工具依應用、製程限制及所需的後固化條件，將各材料類別分類整理。

固化反應本身的說明請參閱基礎原理頁面：紫外線固化與光聚合作用的原理；如何在接合處規劃黏接或封裝製程，請參閱紫外線黏接與封裝製程的設計。

在紫外線固化中，輻射照射會活化光起始劑並啟動材料的交聯反應。關於反應途徑、輻照度與劑量的詳細說明，請參閱專業頁面「紫外線固化中的反應途徑、輻照度與劑量」。

就材料選擇而言，這裡最重要的是化學特性、光學特性以及整個反應區的可及性。

選擇材料時，有兩個層面的區分很重要：黏結劑系統的化學特性──自由基型與陽離子型之分──以及針對幾何形狀較複雜的零件，在單重固化與雙重固化系統之間所做的決定。

關於輻射源，這裡只需說明一點：水銀燈發出寬頻光譜，紫外線 LED 則在幾個特定峰值（365、385、395 與 405 nm）發出窄頻光譜。就材料選擇而言，重點只在於所使用光起始劑的吸收波段是否確實被照射到。各光源之間的比較請參閱技術頁面 UV LEDs for UVA, UVB and UVC。

此矩陣為每個典型需求指定應優先檢視的材料系統，以及該系統失效時的極限。

所選光源是否確實在工件上提供所需的輻射，只能透過測量來確認：關於哪種感測器可可靠測量哪種物理量，請參閱選擇合適的紫外線感測器；為何同一光源在兩台儀器上會顯示不同讀值，則說明於光譜不匹配一節。

在材料選擇過程中，有幾項假設一再出現，可能導致固化不完全或客戶投訴。有關燈管功率、劑量與往復定律的一般性誤解，說明於基礎知識頁面 劑量極限與往復定律：

• 「氧氣抑制影響整個體積」：分散於材料內部的溶解氧在照射下會迅速被消耗；真正的問題在於表面持續重新擴散的氧氣層，這會導致表面黏手、未完全固化，尤其在輻照度較低時更為明顯。
• 「針對 365 nm 配製的丙烯酸酯，使用任何 365 nm LED 皆可固化至不黏手」：若要達到不黏手的表面，多種常見的丙烯酸酯黏著系統需要額外在 220–260 nm 範圍內的輻射，以克服氧氣抑制——而僅發射 365 nm 的 LED 系統無法滿足此需求，這一點在選擇配方時必須納入考量。
• 「燈管與黏接線之間是否有直視路徑並非必要」：在被紫外線不透光部件（金屬、陶瓷、填充塑料）遮蔽的區域，純紫外線材料仍會維持液態，即使緊鄰的直接照射區域已完全固化。

光源老化更加劇了此問題：輻照度與光譜會隨操作時間而變化，因此已確立的製程窗口必須定期重新量測——請參閱 紫外線燈管與紫外線 LED 的老化。

含填料或含顏料的配方，其行為與透明系統根本不同。不透明顏料如碳黑或二氧化鈦會吸收光起始劑所需紫外線的一部分，使其無法到達更深層；玻璃珠或矽石等無機填料還會使光散射，並使強度隨深度呈指數下降。

結果是產生一個固化梯度：靠近表面的材料完全固化，而核心部分仍保持液態。Lambert-Beer 定律以穿透深度 D_p（強度降至其原值 1/e 時的深度）以及引發聚合反應所需最低限度的臨界能量 E_c 來定量描述此現象。

對於含顏料系統，改用較長波長（385 或 405 nm，而非 365 nm）是值得的，因為許多顏料對這些波長的散射與吸收較弱。單純提高劑量僅在一定程度上有幫助：這可能造成表層過度交聯並泛黃，卻無法改善核心的固化程度。層厚也會影響固化過程中累積的收縮應力：典型值為線性收縮 1–2 % 及體積收縮 2–5 %，在較厚層中此效應會呈三維作用，當固化速度快於應力鬆弛速度時，可能對鄰接元件施加機械應力。

對於具有底切結構或紫外線不透明材料（金屬、陶瓷、含填料塑膠）等幾何條件嚴苛的零件，雙重固化系統已成為業界標準做法。此類系統將紫外線初期固化與第二種機制相結合：紫外線加濕氣固化，用於陰影區域且無需額外加熱；紫外線加熱後固化，用於高負載接合處；以及紫外線加厭氧固化，用於不活性基材。

陽離子型環氧樹脂系統則從化學本質上提供另一種選擇：曝光結束後，其鋶鹽或錪鹽類光起始劑會持續進行酸催化的暗反應，因此無需第二種固化機制即可到達陰影區域——但代價是初期強度較低，且對濕氣的敏感度高於丙烯酸酯。對於光源與接合線之間完全沒有視線可及的應用，研究方面也在實驗性探討非光學激發方式，例如 X 光，此方式不需要直接視線；不過此方法目前仍屬研究階段，尚未廣泛用於工業應用。

• 波長從 365 nm 轉移至 385、395 及 405 nm：紫外線 LED 在較長波長下可達到較高的插座效率（wall-plug efficiency），但這需要與波長匹配的重新配方光起始劑系統，因為為水銀燈開發的傳統起始劑在 405 nm 下可能會降低效率。
• 更多雙重固化配方：新產品線將紫外線與濕氣固化結合，以便在不額外施加熱能的情況下到達陰影區域；其技術後果是在生產規劃中需要增加一個時間分離的後固化步驟。
• 不具有關鍵分類的光起始劑：因應 REACH 對 TPO 的分類，業界正在開發具有較低細胞毒性的替代性脂肪族多功能起始劑，這意味著每當原料變更時，現有配方的固化行為與吸收特性都必須重新評估。
• 電子與光學元件的微型化：較小的零件幾何形狀與更緊密的空腔，提高了對雙重固化系統與精確劑量控制的需求，因為全面照射（flood curing）已達到其幾何極限。

如何在零件上量測所需的輻照度與紫外線劑量，請參閱 紫外線量測儀器與輻射計 的產品總覽。

選型首先要問的問題是：實際到達接合線內黏著劑的波長是多少──這取決於基材穿透率、遮蔽區域，以及燈源與光起始劑之間的光譜匹配度──並由此推導出單一固化型丙烯酸酯是否足夠，或未曝光區域是否需要雙重固化或陽離子系統。唯有在應用、技術問題、量測參數與製程參數，以及適用技術都已確認之後，具體的產品選型才具有實際意義。

現有光源實際發出的光譜為何，唯有在工件上進行量測才能顯示；常見燈管類型的量測光譜可供比較，詳見紫外線燈管光譜資料庫。

以下選擇乃根據可公開取得之製造商技術資料表整理而成，並附有參考來源。本表不保證完整無缺；波長及化學基材相關數值均取自各自之技術資料表，且在設計製程前應始終依最新版資料表加以核實。每個產品名稱均連結至所評估之製造商文件——技術資料表、產品資料表或產品頁面。本公司並不銷售黏著劑、塗料或封裝材料；本概況僅供技術方面之參考。

選擇準則：化學基礎與光起始劑的吸收範圍必須與可用光源相匹配；接合間隙、基材穿透率及所需初始強度則決定選用自由基型丙烯酸酯、陽離子型環氧樹脂或雙重固化系統。限制：在陰影區域及紫外線不透明接合件後方，純紫外線丙烯酸酯會維持液態──此時需要輔助的第二種固化機制。典型應用：電子、光學、醫療技術及電池組裝中的定位與接合，這些場合要求秒級的循環時間及局部集中的熱輸入。

選擇標準：決定選擇的因素為塗層厚度、所需的表面硬度，以及表面是否須固化至無黏性——這將決定是接受氧氣抑制作用、將環境惰性化，還是採用專為此設計的配方。限制：含顏料且高遮蔽性的塗層在深層固化不完全；僅提高劑量會導致表面附近過度交聯與泛黃。典型應用：印刷電路板的保形塗層、家具與捲料生產線上的元件塗層，以及印刷後加工。

選擇標準：灌封高度、填料含量以及輻射是否能到達整個灌封體積為決定性因素；對於光電元件，還需考量折射率及抗黃化性。限制：隨著灌封高度與填料含量增加，會產生具有液態核心的固化梯度──超過幾毫米時，宜採用具暗反應之雙重固化或陽離子型系統。典型應用：感測器、連接器與光電組件之封裝，以及耐濕性灌封。

波長、輻照度與劑量之間有何關係？
波長決定光起始劑是否會被激發，輻照度決定自由基或酸生成的速率，而劑量則是該輻照度對時間的積分。較高的輻照度並不能彌補波長不匹配的問題，單獨的劑量數值也無法讓製程被重建。這一點——包括互易律的限制——在基礎原理頁面中有詳細推導，請參閱 紫外線固化的製程變數。

自由基型與陽離子型紫外線固化有何不同？
自由基丙烯酸酯系統可於數秒內固化，但表面對氧氣敏感，且會呈現 1–2 % 的線性收縮。陽離子環氧系統不受氧氣影響，照射結束後仍會在暗處持續後固化，收縮量也較小，但對濕度敏感，且初始強度建立較慢。

何時需要使用雙固化系統？
只要反應區域的一部分無法與輻射源直接視線相通——例如凹陷處、空腔、位於金屬、陶瓷或填充塑膠後方的黏接面——就有此需求。第二種機制（濕氣、熱或厭氧）會在事後使這些區域固化，但需要在製程計畫中安排獨立的後固化步驟。陽離子環氧樹脂則因其暗反應，部分陰影區域無需第二種機制即可到達固化。

為什麼紫外線黏著劑在陰影區域經常仍保持液態？
自由基固化系統需要與光源之間有直接視線，因為光起始劑的活化取決於光子是否真正到達。位於紫外線不透光零件、金屬後方或凹陷處的區域無法獲得足夠的照射，除非提供第二種固化機制（例如濕氣或熱後固化），否則不會固化。

氧氣在紫外線固化中扮演什麼角色？
氧氣會將自由基淬滅為無反應性的過氧自由基，因此主要表現為表面效應，因為塊材內溶解的氧氣在照射下會很快被消耗，而在與空氣接觸的界面處持續擴散進入的氧氣則會延遲無黏性固化的達成。陽離子系統不受此影響，但對濕度較為敏感。

顏料含量與層厚如何影響固化？
碳黑或二氧化鈦等顏料會在輻射到達更深層之前吸收並散射部分輻射；隨著層厚增加，會形成固化梯度，表面固化而核心仍呈液態。改用較長波長（385 或 405 nm，而非 365 nm）有助於改善，而單純提高劑量則無效——這會造成表面附近過度交聯與黃變，卻無法實質改善核心的固化。

紫外線黏著劑需要多少輻照度？
並沒有一個通用答案——決定因素在於黏著劑的資料表以及其光起始劑的吸收範圍。在相符的波長範圍內，典型數值介於數十至數百 mW/cm² 之間，並須配合最低劑量要求。

紫外線封裝膠適用哪些標準？
對於反應性樹脂化合物與封裝系統，適用 IEC 60455 系列標準，特別是 IEC 60455-2:2023，用於固化度與機械性質等測試方法。在醫療技術領域，則另須依封裝零件的使用場合，適用 ISO 10993（生物評估）以及汽車與航太業界特定的核准標準。

• ISO 10993-1:2018/2025 – 醫療器材生物學評估，第 1 部分；修訂版 EN ISO 10993-1:2026 已於 2026 年 1 月 15 日起提供。
• IEC 60455-2:2023 – 反應性樹脂化合物（灌封化合物）之測試方法，2023 年第 4 版。
• ASTM D1002 / D3163-01(2023) – 金屬與硬質塑膠黏接接頭之搭接剪切強度。
• UV-Curable Adhesives Market – Mordor Intelligence，2026 年資料；市場規模與各細分市場占比。
• UV-Curable Coatings Market Report – Grand View Research，2025 年；紫外線塗料全球市場數據。
• RoHS exemption 4(f)-IV – Clarifications on 2027 Expiration, UV+EB Technology，2026 年；水銀燈管之法規現況。

有關紫外線應用相關法規之概觀，請參閱 紫外線領域之指導方針、規範與標準。

以下科學文獻為本報告中關於反應動力學、互易律及量測方法所述內容之主要依據。完整之製造商數據表與標準文件，請參閱上述引用來源。

• Wydra JW, Cramer NB, Stansbury JW, Bowman CN: The reciprocity law concerning light dose-relationships applied to BisGMA/TEGDMA photopolymers. Dental Materials 30(6):605–612, 2014.
• Palagummi SV, Hong T, Wang Z, Moon CK, Chiang MYM: Resin Viscosity Determines the Condition for a Valid Exposure Reciprocity Law in Dental Composites. Dental Materials, 2019/2020.
• Sangermano M, Roppolo I, Chiappone A: New Horizons in Cationic Photopolymerization. Polymers 10(2):136, 2018.
• Eibel A, Fast DE, Gescheidt G: Choosing the ideal photoinitiator for free radical photopolymerizations. Polymer Chemistry 9:5107–5115, 2018.
• Lang M, Hirner S, Wiesbrock F, Fuchs P: A Review on Modeling Cure Kinetics and Mechanisms of Photopolymerization. Polymers 14(10):2074, 2022.
• Bennett J: Measuring UV Curing Parameters of Commercial Photopolymers used in Additive Manufacturing. Additive Manufacturing 18:203–212, 2017.
• Stadler E, Eibel A, Fast D, Freißmuth H, Holly C, Wiech M, Moszner N, Gescheidt G: A versatile method for the determination of photochemical quantum yields via online UV-Vis spectroscopy. Photochemical & Photobiological Sciences 17:660–669, 2018.
• Noè C, Hakkarainen M, Sangermano M: Cationic UV-Curing of Epoxidized Biobased Resins. Polymers 13(1):89, 2021.
• Bauer F et al.: Free-Radical Photopolymerization. Polymers, 2022.

編輯狀態：2026 年 9 月 2 日。

釋放的製程窗口在實際使用之光源下是否仍能符合要求，唯有透過在工件上進行量測才能確認。本公司將為貴公司量測固化製程之光譜、輻照度與劑量，並提供適合的量測技術建議──從隨機台移動的平面型 UVpad 光譜輻射計，到RMD Pro 輻射計與用於製程監控的XT 系列紫外線固化感測器，再到可於實驗室中進行可重現固化試驗的紫外線照射腔室。歡迎將您的問題寄給本公司。