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压敏胶面面观-PSA中索尔维乳化润湿剂及功能单体

作者:njqinghai发布时间:2021-05-11 09:00

压敏胶主要是丙烯酸系和橡胶系的溶剂型或胶乳型胶粘剂。近年来,由于高速操作、合理涂布、排除溶剂公害问题的需要,发展了热熔压敏胶。热熔压敏胶(HMPSA)是以热塑性聚合物为主的胶粘剂,集热熔胶和压敏胶的特点于一体,无溶剂,无污染,使用比较方便。它在熔融状态下进行涂抹,冷却固化后施加轻度指压就能起到粘合作用。它的应用范围很广,可用于尿布、妇女用品、双面胶带、标签、包装、医疗卫生、书籍装订、表面保护膜、木材加工、壁纸及制鞋等方面,其中,包装用HMPSA消费量最大,几乎占总量的一半。

   热熔压敏胶主成分较多应用苯乙烯类热塑弹性体。热熔压敏胶优点是无溶剂,因而无大气污染,且生产率高。但缺点是耐热性、内聚力不足。新的SEBSSEPS、环氧化SBS等热塑性弹性体,用于制备更高性能的热熔压敏胶。新的丙烯酸酯嵌段共聚体耐热性、氧化稳定性、UV稳定性、对HDPE、不锈钢、玻璃、聚苯乙烯、丙烯酸板、聚碳酸酯、尼龙、聚丙稀等材料良好粘合,可用于制医用带、透明膜、标签等。丙烯酸聚合物配合水溶性聚合物制成能水分散的热熔压敏胶,丙烯酸聚合物在弱碱水溶液中分散成100μm以下非粘着性的粒子,容易分离,适用于旧纸回收。含二苯甲酮基的丙烯酸酯单体共聚得到低Tg的丙烯酸共聚体,制热熔压敏胶,受UV照射易交联,优点是不需添加光引发剂,也无引发剂残留问题,能低温(120140)热熔涂布,低VOC、低臭气、无皮肤刺激性、热稳定性良好。

 

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压敏胶的组成

  胶粘带是胶粘剂中特殊类型,即将胶液涂于基材上加工成带状并制成卷盘供应的,包括溶剂活化型胶粘带、加热型胶粘带和压敏胶粘带。例如医学上日常用的橡皮膏和电气绝缘胶即属于压敏胶粘带.  

压敏胶带的组成

压敏胶粘剂

基材

底层处理剂

背面处理剂隔离纸  

  压敏胶的主要成分包括橡胶型和树脂型,如聚丙烯酸酯或聚乙烯基醚两类,基材要求均匀,伸缩性小的且对溶剂浸润性好,包括,(1)织物类的如棉布,玻璃布或无纺布等,(2)塑料薄膜类如PEPPPVC和聚酯薄膜,(3)纸类如牛皮纸,玻璃透明纸等,基材原度在0.1-0.5mm之间.  

 

  底层处理剂的作用是增加胶粘剂与基材间的粘附强度,以便揭除胶粘带时不会导致胶粘剂与基材脱开而玷污被粘表面,并使胶粘带具有复用性。常用的底层处理剂是用异氰酸酯部分硫化的氯丁橡胶,改性的氯化橡胶.    背面处理剂一般由聚丙烯酸酯,PVC,纤维素衍生物或有机硅化合物等材料配制而成的.可以起到隔离剂作用.双面胶粘带如须加一层隔离纸如半硬PVC薄膜,PP薄膜或牛皮纸.  

压敏胶的粘附特性 压敏胶不需加热,用指压即可粘接,是一种抗剥离强度的胶粘剂,其粘附特性为四大要素:T(快粘力)胶粘剂层的内聚强度;K-粘基力即胶粘剂与基材之间的粘附力。压敏胶的配合1、天然橡胶基体的压敏胶:例如医用橡皮膏和电工绝缘胶带 。2、合成橡胶基体的压敏胶:常用丁苯橡胶,聚异丁烯和基橡胶作主要成分,例如透明压敏带是聚异丁烯弹性体的高分子与半液体按一定比例混和后涂于透明基材上的。3、烯类聚合物压敏胶带。主要是聚乙烯苯醚和聚丙烯酸酯两类。

 

压敏胶粘剂性能的影响

主要成分的影响

压敏胶粘剂的性能因组成不同而异,橡胶型压敏胶主要是以天然橡胶为主要原料,由于相对分子质量高,玻璃化温度低,与增粘树脂相容性好,故制得的压敏胶持粘力很好,低温性能也好,快粘性和粘合力都比较好,主要缺点是耐老化较差。丙烯酸酯压敏胶主要是由丙烯酸酯单体共聚而成,透明性、内聚强度和粘合性能均好,尤其是对极性被粘物表央和多孔表面有良限的粘合性能,耐老化性极佳。

   热塑性弹性体压敏胶主要成分是苯乙烯系弹性体SISSBS,制得的溶剂型压敏胶高跑龙套含量低粘度,内聚强度高,剥离强度大。因分子结构中含有双键故不耐老化,但经氧化后耐老化性能会有很大改善。

   有机硅压敏胶以硅橡胶和硅树脂为主要成分,耐高低温性能非常好,对聚烯烃和氟聚合物有良好的粘合性能。

 

二、相对分子质量及其分布的影响

   相对分子质量及其分布对压敏胶的各种性能都有很大影响,当减小压敏胶的相对分子质量时可以降低本体粘度,有利于对被粘物表面的湿润,从而提高界面粘合力。但相对分子质量过低时,内聚强度差,剥离时胶层易发生内聚破坏。增大相对分子质量可以提高内聚力,但相对分子质量过大又会阻碍分散和湿润。因此,压敏胶的相对分子质量必须在一定的范围内才能获得良好的粘合性能。相对分子质量分布也有较大影响,一般较宽相对分子质量分布的压敏胶则有较好的粘合性能。

 

三、玻璃化温度影响

  玻璃化温度Tg对压敏胶的性能影响很大,Tg不同的压敏胶其室温下本体粘度和平共处弹性模量增大,剥离强度降低,会失去压敏性,Tg过低,内聚强度低,会产生剥离破坏,因此,压敏胶粘剂的Tg必须保持在一定的温度范围内一般为-20~600C

热塑性弹体压敏胶组成与配合

   热塑性弹性体是1963年之后发展起来的新型合成橡胶,具有热塑性塑料的呆溶性和热加工性,不需化学交联室温下就有硫化橡胶的弹性。因此,又称为第3代橡胶。比较典型的热塑性弹性体是A-B-A嵌段共聚物,是由苯乙烯(St)、二烯烃(D)、苯乙烯(St)三元共聚而成,简称为SDS。具体的品种有SBSSIS等,它独特结构使其不经塑炼便可在某些有机溶剂中,同时在高温下又有较低的熔融粘度。通过添加与聚苯乙烯(PS)、聚丁二烯(PB)和聚异戊二烯(PI)相容性不同的成分来制备性能不同的压敏胶。由于PBPI段中存在不饱和键,还可用接枝共聚的方法进行改性。热塑性弹性体压敏胶主要有溶剂型压敏胶和热熔压敏胶两大类。

 

组成与配合

  热塑性弹性体压敏胶是由SBSSIS、增粘树脂、软化剂、防老剂、着色剂等组成,只有各组分配合适当,才能制得性能优异的压敏胶。

一、SBSSIS

  SBS为苯乙烯-丁二烯三元嵌段共聚物,SIS为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物,都具有橡胶和塑料的双重特性,来源容易、价格适中,非常适宜用作压敏胶粘剂的弹性体组分。

  SBS按其结构可分为线型和星型两类,线型结构相对分子质量较低,溶解性好,但内聚强度不足;星型结构相对分子质量较高,内聚强度较大,但熔融温度高。因此,制造压敏胶粘剂应当选用线型结构的SBS。苯乙烯(St)与丁二烯(Bd)相对含量之比对性能有较大影响,St/Bd大,粘度变小,粘合力大,但弹性和耐寒较差;St/Bd小,粘度增大,弹性增加,但粘接强度和耐热性降低。作为压敏胶用的SBS一般选用St/Bd30/70

  SIS为不相容的两相结构,PS分散到聚异戊二烯连续相中,起到硫化和补强作用。结构中存在着聚异戊二烯嵌段,具有多个甲基侧链,粘合力较强,比SBS更适宜制造压敏胶,尤其是热熔压敏胶。SIS的玻璃化温度为Tg1-550CTg21000C,弹性大,不耐老化,耐水、醇、弱酸、弱碱。酯类、酮类、芳香、烃类化合物能使SIS溶解或溶胀。

 

二、增粘树脂

  热塑性弹性体SIS本身并没有初粘性,必须加入增粘树脂才具有压敏性能。压敏胶性能优劣的关键是胶粘剂的粘弹性,增粘剂的作用主要是赋予压敏胶必要的粘性,由于热塑性弹性体具有两相聚集态结构,选用增粘树脂时必须考虑它与弹性体两相的相容性。与热塑性弹性体中橡胶相(PBPI)相容的增粘树脂有松香和松香脂、萜烯树脂、C5石油树脂等,赋予压敏胶的粘性,与塑料相(PS)相容的增粘树脂有古马隆树脂、芳烃石油树脂、PS树脂等,可改善压敏胶的内聚力。还有一些与两相都相容的增粘树脂,如高软化点的萜烯酚醛树脂、低软化点的芳烃石油树脂。酚醛树脂则与热塑性弹性体的两相都不相容。

  加入增粘树脂与SBSSIS混合后,由扭辫分析(TBA)测得两相的玻璃化温度发生了变化从而影响压敏胶粘剂和性能。萜烯树脂使PB相的Tg有较大提高,PS相的Tg略有降低;松香树脂对PB相的Tg影响较大,而对PS相的Tg影响较小;C5石油树脂PBTg提高较小,但PS相的Tg变化很大;芳烃石油树脂(C9)与两相相容性不很高,对Tg影响都不大。

   萜烯树脂体系性能最佳,具有较好的快粘性和剥离强度,且有较适中的持粘性。C9石油树脂的综合性能最差。

  热塑性弹性体为两相不同的结构,除了选用萜烯树脂为主增粘树脂,最好还要加入适当量的其他增粘树脂,以调节压敏胶的综合性能。这种采用混合增粘树脂的方法,则会获得性能更好的压敏胶粘剂。

  增粘树脂的用量一般与热塑性弹性体等量或稍多,诚言随着增粘树脂的用量增加,压敏胶的剥离强度提高,当剥离强度达到峰值之后,增粘树脂再增加反而会场使剥离强度急剧下降。

三、软化剂

  在热塑弹性体压敏胶中除了必须加入增粘树脂;还要加入一定量的软化剂(或称为增塑剂),作用是改进压敏胶的性能,如增加初粘力,降低压敏胶溶液或熔融粘度,改善涂布工艺;还可适当地降低成本。

  选用软化剂必须考虑它与热塑性弹两相的相容相问题,软化剂的加入使得热塑性弹性体中两相玻璃化湿度Tg发生变化,将直接影响压敏胶的性能。

  选择一种好的软化剂应该是只与橡胶相相溶,而完全不溶于塑料相,不能太多地降低压敏胶的内聚强度。此外,还要求软化剂挥发性小,粘度低,无毒害、耐老化、价格廉等。以操作油(环烷油)为软化剂的体系综合性能较为理想,芳香含量为2%~3%,也会溶解在PS相中,导致室温或高温的内聚强度下降。应当指出,邻苯二甲酸酯类(DBPDOP)能与热塑性弹性体中PS相相容,其压敏胶用以制作PVC胶带时,则因增塑剂迁移到胶层而使压敏胶内聚强度降低。增塑剂迁移对压敏胶性能的影响要比天然橡胶和合成橡胶的压敏胶内聚强度更为严重,可于PVC薄膜底涂接枝SBS胶粘剂予以改善。

 

四、防老剂

  SDS热塑料性弹体含有不饱和键,受到氧、光、热等环境因素的作用发生老化现象,尤其是热熔压敏胶在高温下制备和熔融涂布时,老化更为严重。因此,在压敏胶配方中必须加入以抗氧剂为主休体的防老剂。如果在制备热熔压敏胶时不加防老剂,则在气液相交界处的瓶壁上出现黄色结焦。随着温度升高,颜色渐变深,影响产品的外观和性能,实际测试表明,加入防老剂的压敏胶剥离强度比未加防老剂的提高30%左右。

   防老剂的品种很多,常用的有NN-二丁基硫化氨苯甲酸锌(BZ)和乙基苯基二硫代氨基甲酸锌(PX),颜色浅且不易氧化,用量一般为热塑性弹性体的2%~5%。苯胺类防老剂本身易氧化变黑,不宜用于制备热熔压敏胶。常将几种防老剂混合使用,则有更好的效果。

五、交联剂

  热塑性弹性体压敏胶在高温下内聚强度和持粘力会迅速下降,为了提高压敏胶的高温性能,还需要在配方中加入某些交联剂,使不饱和橡胶的双键发生化学交联,提高压敏胶的内聚强度和持粘力,常用的交联剂有硫磺或硫载体、过氧化物和活性酚醛树脂等。硫磺或硫载体的用量为0.3%~1.5%,还要加入0.3%~1.0%的硫化促进剂和0.3%~1.0%的氧化锌和平共处硬脂酸。过氧化物有用量一般为1%~4%,同时加入5%~25%的活性丙烯酸酯单体(如一缩乙二醇的甲基丙烯酸双酯等)效果更佳。

六、着色剂

   在热塑性弹性压敏胶配方中加入颜填料,可以制成带颜色的压敏胶,如加入适量的钛白粉可制成白色压敏胶。

七、其他添加剂

  为了降低成本或提高某些溶剂型压敏胶的粘度,可用天然橡胶或合成橡胶代替一部分热塑性弹性体,但必须注意它们之间的相容性。天然橡胶和异戊二烯橡胶能与SIS很好地相容,而丁苯橡胶和顺丁橡胶可以用于SBS压敏胶体系。

八、热塑性弹性体压敏胶配方指南

  在设计配方时,必须要熟知各组分对热塑性弹性体压敏胶的影响规律,现归纳而下:

1)与橡胶相相容的增粘树脂和溶于橡胶相的软化剂,都能使初粘性增大,而与塑料相相容的增粘树脂则相反。

2)随着与塑料相相容的增粘树脂增加,1800C剥离强度提高;而随着能与橡胶相相容的增粘树脂和软化剂的增加而降低。

3)能与塑料相相容的增粘树脂使压敏胶变硬,弹性模量和内聚强度增大;而与橡胶相相容的增粘树脂和软化剂。恰则相反。

4)压敏胶的最高使用温度取决于与塑料相相容的增粘树脂软化点的高低,并随增粘树脂用量的增加而升高。

5)压敏胶有最低使用温度取决于与橡胶相相容的增粘树脂软化点的高低,并随增粘树脂用量的减少而降低。

6)任何与橡胶相相容的增粘树脂和软化剂都能显著地降低压敏胶的溶液粘度和熔融粘度。

7)加入防老剂可有效地提高热压敏胶的性能和质量。

8)加入无机颜填料将增加压敏胶的粘度并改变外观。

9)加入适当的交联剂可提高压敏胶的耐高温性能。

10)可用天然橡胶或合成橡胶代替部分热塑性弹性体,能够降低成本和增加粘度。

 

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