异山梨醇基光学透明胶黏剂兼具超高透明度与快速应变恢复用于柔性显示

《Advanced Science》：Isosorbide-Based Optically Clear Adhesives With Ultrahigh Transparency and Rapid Strain Recovery for Flexible Displays

　　

柔性可折叠显示需要兼具超高光学透明度和重复形变下机械回弹性的光学透明胶黏剂(OCA)，而传统丙烯酸酯基OCA往往难以同时实现这两项性能。研究人员合成了一种嵌入生物质衍生异山梨醇与光稳定1,3-双(异氰酸甲酯基)环己烷(H6XDI)的聚氨酯二丙烯酸酯(PUDA)交联剂用于柔性显示胶黏剂。分段式聚氨酯架构形成力学柔韧且强韧的网络，在实现快速应变恢复的同时维持超高光学透明度。此外，引入异山梨醇基PUDA交联剂带来生物质组分，并因其本征低双折射保留优异光学性质。由此，PUDA交联OCA表现出卓越的光透射率(99.8%)，即便在50%拉伸应变下仍保持98.6%的高透明度，同时具备低模量、稳定粘附与洁净脱粘行为。这些结果凸显了PUDA OCA在高性能且节能的可折叠显示应用中的潜力。

研究背景与立项依据

柔性及可折叠、卷曲形态显示显著提升便携性，但多层堆叠中位于光路上的光学透明胶黏剂(OCA)须同时满足超高透光与反复弯折下的力学恢复，传统丙烯酸酯基OCA在重复弯曲时透明度下降、回弹不足。OCA透光率直接决定OLED出光效率与整机功耗，因此超高透粘合层是画质与节能的双重关键。聚氨酯丙烯酸酯体系虽具可调网络，但已有研究多聚焦可回收脱粘、抗冲击或加工性，尚未兼顾“近完美透光+快速应变恢复+生物质组分”。研究人员在《Advanced Science》报道以生物质异山梨醇与脂族二异氰酸酯H₆XDI构筑聚氨酯二丙烯酸酯(PUDA)交联剂，联用2-羧乙基丙烯酸酯(CEA)与2-乙基己基丙烯酸酯(EHA)单体光固化成膜，系统论证其在柔性显示OCA中的综合优势。

主要关键技术方法

研究人员以异山梨醇聚醚多元醇与H₆XDI经氨基甲酸酯反应接枝丙烯酸酯端基合成PUDA(Mw≈44000 g mol^?1)，以CEA:EHA=4:6为单体、PUDA或HDDA为交联剂(0.1–0.2 mol%)加光引发剂UV固化制100 μm OCA膜；采用核磁与红外确证结构，凝胶分数与DSC/TGA评网络密度及热性；万能试验机测应力应变，流变仪测储能模量(G′)与损耗模量(G″)，180°剥离/探针初粘/搭接剪切/SEM-EDS评粘附与脱粘残留；紫外分光与雾度黄度仪测0%–50%应变透光、雾度、黄度指数(YI)；100周20%循环拉伸结合单指数衰减拟合求恢复时间常数(τ)，蠕变恢复与10万次2 mm折弯、1万次20 mm卷绕实测永久变形位移；以商用HDDA OCA与Avery PSA作对照。

研究结果

2.1 交联剂与OCA表征：PUDA含量0.1→0.2 mol%时凝胶分数67%→86.3%，T_g由?57℃升至?52℃且均低于HDDA的?44.5℃，Mw大与软段使链段自由体积高；0.175 mol% PUDA在刚度、强度与延展性间最平衡。

2.2 粘附性能：0.175 PUDA室温剥离强度10.71 N/25 mm，与HDDA(11.65)及商用PSA相当；?20℃下PUDA仍达45.8 N/25 mm而HDDA骤降至3.7 N/25 mm，源于更低T_g与顺应性网络保低温链段运动；对钢/玻璃/PMMA/PET等宽基材均粘附，80℃剥后无残留，HDDA留残胶，体现洁净脱粘。

2.3 光学性能：0.175 PUDA可见光透射>99.8%，50%应变仍98.6%(HDDA降至71.9%)；雾度0%应变0.54%、50%应变1.25%(HDDA 5.70%→9.49%)；YI≈1.4(低于HDDA≈3.3)；相对HDDA OCA透射由93%提至99.8%，同亮度下OLED功耗降约7.31%，整机功耗降约3.66%，续航增约4%。

2.4 应变恢复：100周20%循环后0.175 PUDA完全恢复<2.5 s(0.2 PUDA 1.5 s，HDDA>100 s)，τ=0.28–4.70 s；滞回损失3.80–5.16 kJ m^?3(HDDA 4.76)；300 s蠕变恢复率88.3%(HDDA 74.6%)；10万次2 mm折弯位移?5.68 μm(HDDA ?25.07 μm)，最大弯应力σ_max 3.23 kPa(HDDA 11.40 kPa)；实机模组1万折各位置位移?1.6~?3.5 μm，1万次20 mm卷绕无裂纹起皱。

2.5 流变与应力松弛：PUDA OCA的G′<0.1 MPa(1 Hz)满足Dahlquist准则与折叠中性面调节需求；20%恒应变松弛率随交联密度升而降(58.5%→37.3%)，高交联抑链重排但仍保柔顺应力耗散。

讨论与结论翻译

研究人员在结论中指出：由生物质异山梨醇与H₆XDI衍生的PUDA交联剂所制OCA中，含0.175 mol% PUDA的配方最优——可见光透射99.8%，50%拉伸应变下仍98.6%；粘附稳定性媲美商用胶且80℃脱粘无残留；模量极低(G′≈0.029 MPa@1 Hz)使折弯最大应力显著下降；蠕变恢复率88.3%，循环恢复约2.5 s，10万次折叠与1万次卷绕无缺陷。综上，PUDA基OCA在弯折与拉伸下兼顾高透与快恢复，具备柔性可拉伸电子应用潜力。