丙烯酸酯压敏胶

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压敏胶黏剂(PSA)是指对压力很敏感,无需加热或溶剂活化,只要轻度施以接触压力,就能实现粘贴的一种胶黏剂。常制成压敏胶黏带和胶黏片,施工方便快捷,粘之容易,揭去不难,剥而无损,人们常用的医用橡皮膏和绝缘胶布便是最早、最典型的压敏胶制品。

压敏胶一般有橡胶型和合成树脂两类,丙烯酸酯压敏胶属于合成树脂型。由于具有许多优点,在压敏胶中处于领先地位,而丙烯酸酯压敏胶又是丙烯酸酯胶黏剂中产量最大的一个品种。

合成

乳液型压敏胶黏剂是由形成聚合物的单体、增黏剂、填料、防老剂及交联剂等组成。所采用的聚合物有丙烯酸酯类、橡胶类、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物类、聚酯类和聚氯乙烯类等,但以丙烯酸酯为主。

在丙烯酸酯压敏胶的制备中,虽然对于溶液型、乳液型、热熔型、液态固化型等的各种单体的要求不一样,但各种单体在胶中所起的作用表现出三种情况,即黏附成分、内聚成分、改性成分等三种。

作黏附成分的单体是丙烯酸酯压敏胶的主单体,在工业生产中多使用丙烯酸异辛酯和丙烯酸丁酯、丙烯酸α-乙烯己酯等,它们是碳原子数为4~12的丙烯酸长侧链烷基酯。对于主体单体的使用,可以是单一的,也可以是复合的,但从理论上讲,使用复合单体更具有实际意义。单体在压敏胶中需占50%以上,使压敏胶具有足够的润湿性和黏附性,以提高其剥离强度。

作为内聚成分的单体,一般使用短侧链的烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、醋酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、偏氯乙烯、苯乙烯及丙烯腈等,这些单体含有1~4个碳原子,可以提高丙烯酸酯压敏胶的玻璃化温度。这些内聚成分不仅提高胶的内聚性能,而且对黏附性、耐水性、透明度及工艺性的提高有特殊作用。内聚单体可以是一种,也可以是复合单体,在压敏胶中约占20%~40%。

改性单体不仅具有交联作用,而且还能提高内聚强度及黏附性,促进聚合反应速率,提高聚合稳定性。改性单体都是能与黏附成分及内聚成分共聚的带有官能团(羧基、羟基、氨基、环氧基、羟甲基、酰氨基等)的单体。常用的有丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、马来酸酐、丙烯酸α-羟乙酯、氨基乙基丙烯酸酯、丙烯酸缩水甘油酯、羟甲基丙烯酰胺等。同样可以是一种单体,也可以是复合单体,占5%~20%。

丙烯酸酯压敏胶可以由上述三种成分的单体制成,也可用单一的黏附成分或黏附成分与另外两种成分之一制成。压敏胶的性能与这三种成分所用的单体种类、用量密切相关,同时与这些单体共聚得到的聚合物的分子量也有关。总之,压敏胶的配方组成或共聚物的分子量只要能保证压敏胶的性能——黏附性、内聚性、粘接性达到平衡即可。

配方

丙烯酸酯压敏胶按形态可分为溶液型、乳液型、热熔型、液态固化型。

(1)溶剂型丙烯酸酯压敏胶的合成实例

溶液型丙烯酸酯压敏胶是将单体和引发剂溶解在酯类、芳香族烃类及酮类等有机溶剂中进行聚合反应而制得的。

①配方

原料名称 用量/质量份 原料名称 用量/质量份
丙烯酸丁酯
甲基丙烯酸甲酯
丙烯酰胺
丙烯酸-2-乙基已酯
60
10
1
26
丙烯酸
过氧化苯甲酰
乙酸乙酯
3
0.5
150

②操作工艺

将以上配方的单体、溶剂、引发剂加入反应釜中,通入氮气,于74℃反应6h,则可制得共聚物溶液。再添加1.48g/mol的丁醚化羟甲基氨基树脂,溶解后就成压敏胶。若欲制造压敏胶带,则可按100g/m2的涂布量涂于聚酯薄膜上,于150℃处理10min,即制得粘接力强、耐热老化与耐溶剂好的压敏胶带。

(2)乳液型丙烯酸酯压敏胶的合成实例

乳液型丙烯酸酯压敏胶是将单体借助乳化剂分散在水中进行乳液聚合而制得的。

①配方

单体 配方1
/质量份
配方2
/质量份
配方3
/质量份
原料组分 原料名称 用量
/质量份
单体
配比
丙烯酸丁酯
丙烯酸
丙烯酸乙酯
醋酸乙烯酯
N-羟甲基丙烯酰胺
80 85
10
5
60
30
4
6
A 混合单体
乳化剂
100
10 1.8
5
5
B 过硫酸铵
碳酸氢铵
0.5
0.5
60
乳液性
pH值
钙离子稳定性
黏度/mPa·s
6.2
通过
6.4 6.0
通过
46
C 过硫酸铵 0.1
通过 10
62 44 D 30

②操作工艺

按表14-6的用量配好A、B、C、D各原料组分,先将组分D加入四口反应釜中,搅拌下升温至80℃时加入组分C,待温度稳定在(80±2)℃后同时滴加组分A和B,保持适当的滴加速度,完毕后在82℃保温1h后降温至40℃左右,用60~100目的滤布过滤出料,即得乳液胶。

为了使乳液适于压敏胶的涂布工艺并实现其他使用功能,在制得的丙烯酸酯乳液中还必须根据需要加入各种助剂和添加剂,才能制备乳液压敏胶黏剂。如加入增稠剂调节黏度、加入中和剂调节pH值、加入润湿剂调节表面张力、添加消泡剂以适应机械涂布。

(3)热熔型丙烯酸酯压敏胶的合成实例

热熔型丙烯酸酯压敏胶以聚丙烯酸酯弹性体为主体成分,与相应的增黏树脂混合配制而成,是固含量为100%的固体胶料,涂胶时必须将胶加热熔化(一般为150~200℃)后再进行涂布,冷却后固化,并起到粘接作用。特点是快速涂布,不需干燥,固化快,无公害。缺点是高温粘接性能差,蠕变大,需要特殊的涂胶工具,操作温度高,也可制成纸基或布基的胶带。

热熔型压敏胶由聚合物、增黏剂、添加剂(如增塑剂、填料、防老剂)、染色剂等组成,其中聚合物主要是聚丙烯酸酯、乙烯-丙烯酸乙酯的共聚物以及丁基橡胶、聚苯乙烯等与丙烯酸丁酯的接枝共聚物、SIS、SBS热塑性弹性体、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)共聚物等。例如,50份丁基橡胶溶于50份丙烯酸丁酯单体中,加入0.3份过氧化苯甲酰和0.4份二异丙基过氧化物,在100℃聚合2h,再在180℃加热30min,得到200℃时熔体黏度为32Pa·s的弹性体,可以制成热熔压敏胶。

性能

丙烯酸酯压敏胶为无色透明的黏液。它与橡胶类压敏胶的主要区别在于它不能添加增黏树脂和增塑剂等组分。其主要特点如下。

①轻度加压或施加指压,就能实现有效的黏合。

②具有耐氧化性、耐油性、耐溶剂性等优异性能;对各种材料都有一定的粘接力;即使是难粘材料也会黏合。

③透明性好;具有较高的剥离强度,能够耐受冲击、振动。

④无毒无害,对皮肤无影响,可制取医用胶黏带。

⑤通过共聚可引进各种官能基团,使黏附力和胶自身的内聚力都较大。

⑥初期粘接性和润湿性不如橡胶类压敏胶。多数耐热性、耐溶剂性、耐久性较差。

应用

丙烯酸酯压敏胶因具有良好的耐久性和外观,逐渐得到广泛的应用。溶液型丙烯酸酯压敏胶主要用于制作以塑料薄膜作为背材的压敏胶片、压敏胶带、双面压敏胶带以及泡沫材料的压敏胶加工产品,也可以直接涂胶粘贴。用于各种塑料薄膜与金属箔的粘贴、金属与非金属材料的粘贴、金属或塑料铭牌的粘贴、标签的粘贴等。溶液压敏胶因含有机溶剂,故应贮存在密闭的容器中,并要注意防火。乳液型压敏胶主要用途是用来制作以纸为背材的标签及压敏胶片、压敏胶纸带、贴花等产品。它与溶液型压敏胶相比,具有耐水性、耐湿性、耐热性差,对塑料薄膜的润湿性差等缺点,近年来国外做了很多研究开发工作,如采用新的单体进行共聚;采用种子乳液聚合法;利用增黏树脂乳液提高压敏胶对非极性基材的润湿性和对难粘材料的粘接力;利用反应型乳化剂或无皂乳液聚合的方法;提高固含量(已可达60%~70%),加快干燥速度等,使丙烯酸酯乳液压敏胶的性能已基本赶上了溶液型压敏胶,其使用的产品领域也已从纸基材制品扩大到定向拉伸聚丙烯包装带、各种难粘的聚烯烃基材制品以及可剥性标签等,估计这类压敏胶在今后几年内将会有较大的发展。