一種具有超微粘剝離強(qiáng)度的丙烯酸壓敏膠的制備

李鋼東

(上海英諾威新材料科技有限公司，上海 201508)

丙烯酸壓敏膠(pressure sensitive adhesives,PSA，簡稱壓敏膠)是指采用指能壓力就能使膠黏劑立即達(dá)到粘結(jié)任何被粘物光潔表面的目的；與此同時(shí)，如果破壞被粘物粘結(jié)表面時(shí)，膠黏劑不污染被粘物表面，此類膠黏劑稱為壓敏膠。從學(xué)術(shù)角度而言，壓敏膠是一種具備液體的黏性性質(zhì)和固體的彈性性質(zhì)的黏彈性體。這種黏彈性體同時(shí)具備能夠承受粘結(jié)的接觸過程和破壞過程兩方面的影響因素和性質(zhì)[1]。

壓敏膠按膠黏劑主體成分、按壓敏膠的形態(tài)、按壓敏膠主體聚合物是否交聯(lián)等有多種分類方法。近20年，丙烯酸酯類壓敏膠黏劑發(fā)展非常迅速，已經(jīng)取代天然橡膠壓敏膠的霸主地位，是用得最多的壓敏膠黏劑[2]。文章主要討論丙烯酸脂類壓敏膠。

壓敏膠的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)是其力學(xué)性能，包括初黏性、持黏性、180°剝離強(qiáng)度等，好的壓敏膠能很好地平衡這三大力學(xué)性能。超微粘剝離強(qiáng)度丙烯酸壓敏膠是指在180°，時(shí)其剝離強(qiáng)度低于3.92×10-4N/mm，很容易進(jìn)行剝離且無殘膠的丙烯酸壓敏膠。剝離強(qiáng)度只有在相同條件下才能進(jìn)行比較，所以引入剝離強(qiáng)度，測試時(shí)材料取同樣的寬度，才可有可比性[1]。文章中所指的剝離強(qiáng)度均使用寬度為25 mm的樣品進(jìn)行測試。

1 現(xiàn)有丙烯酸酯類壓敏膠的不足

目前，市面上的丙烯酸酯類壓敏膠剝離強(qiáng)度大多在7.84×10-4N/mm(180°)以上，有個(gè)別產(chǎn)品可以達(dá)到3.92×10-4N/mm(180°)，但不穩(wěn)定，且3.92×10-4N/mm(180°)以內(nèi)的壓敏膠大多采用有機(jī)硅壓敏膠或者在8.62×10-4N/mm(180°)以上的膠水中添加增塑劑而達(dá)到目的[3]。有機(jī)硅壓敏膠生產(chǎn)成本比較高昂，受產(chǎn)品價(jià)格所限應(yīng)用范圍有限[4]；而添加增塑劑則不可避免的造成鬼影、增塑劑遷移從而污染被貼物等諸多問題[5]。

2 超微粘剝離強(qiáng)度丙烯酸壓敏膠制備方案

超微粘剝離強(qiáng)度丙烯酸壓敏膠的工藝制備方案包括原料的選擇、配比、合成工藝以及交聯(lián)劑的使用。

2.1 原料準(zhǔn)備

所需原料包括丙烯酸異辛脂、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸、丙烯酸羥乙酯以及引發(fā)劑和溶劑等。原料的質(zhì)量配比詳見表1。

表1 超微粘剝離強(qiáng)度丙烯酸壓敏膠原料質(zhì)量配比

2.2 預(yù)聚體的制備

將前述按照配方制備的1/4～1/3的原料投入到反應(yīng)釜中，在溫度為70 ℃的條件下，反應(yīng)30 min后得到預(yù)聚體。

2.3 聚合物鏈進(jìn)一步增長

在前述所制得的預(yù)聚體中，在90 min內(nèi)勻速滴加剩余的3/4～2/3原料，將反應(yīng)溫度控制在70 ℃。滴加結(jié)束后繼續(xù)保溫90 min，使聚合物鏈進(jìn)一步增長。

聚合物鏈進(jìn)一步增長后，繼續(xù)滴加過量引發(fā)劑(偶氮二異丁腈溶液)，滴加溫度為70 ℃，滴加時(shí)間60 min，引發(fā)劑滴加結(jié)束后保溫90 min。所滴加的過量引發(fā)劑是指質(zhì)量為原料配比中引發(fā)劑的1.5～2.5倍。

2.4 丙烯酸酯膠黏劑

使用乙酸乙酯將前述產(chǎn)物進(jìn)行兌稀，方法是直接加料，加完后繼續(xù)攪拌60 min，確保溶劑分散均勻，最后降溫至45～55 ℃出料，即獲得丙烯酸酯膠黏劑。

2.5 成品超微粘剝離強(qiáng)度丙烯酸酯壓敏膠

將前述所制得的丙烯酸酯膠黏劑按照3.0%的質(zhì)量比添加交聯(lián)劑(異氰酸酯類)，攪拌均勻，涂布在經(jīng)過電暈處理的耐高溫聚酯薄膜上，經(jīng)120 ℃、2 min的交聯(lián)固化后，25 ℃熟成7 d或者40～55 ℃熟成3 d，即制得超微粘剝離強(qiáng)度丙烯酸酯壓敏膠。

根據(jù)前述工藝制備方案，所制得PET保護(hù)膜的剝離強(qiáng)度為(3.13～3.92)×10-4N/mm(180°剝離)，黏度(25 ℃)為200～400 mPa·s。

3 實(shí)施案例

在前述工藝技術(shù)制備的基礎(chǔ)上，列舉兩個(gè)案例，其原料配比詳見表2。

表2 實(shí)施案例原料配比 g

3.1 實(shí)施案例一

將1號(hào)料全部單體的30%(即丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸、引發(fā)劑、溶劑)按照配方投入反應(yīng)釜中，在溫度為68 ℃的條件下反應(yīng)20 min得到預(yù)聚體；然后在90 min內(nèi)勻速滴加剩余原料，反應(yīng)溫度控制在70 ℃。滴加結(jié)束后，繼續(xù)保溫60 min，使聚合物鏈進(jìn)一步增長，水浴溫度設(shè)定為80 ℃，保溫后將3號(hào)料混合均勻后緩慢滴加進(jìn)反應(yīng)裝置中，滴加時(shí)間控制在60 min，溫度70 ℃；3號(hào)料滴加完后同樣攪拌保溫90 min；保溫之后將4號(hào)料一次性加入到反應(yīng)裝置中，攪拌保溫60 min,保證物料混合均勻，關(guān)閉保溫設(shè)施；待物料溫度降低到40～50 ℃時(shí)出料。

按照上述步驟制得的超微粘剝離強(qiáng)度丙烯酸酯壓敏膠，其固含量為27.9%，黏度為250 mPa·s。在添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%的交聯(lián)劑后，采用25 μm 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材，在干膠厚度為7 μm的條件下，經(jīng)過熟成后，180°時(shí)的剝離強(qiáng)度為(3.14～3.92)×10-4N/mm，30 d后再次測試，剝離強(qiáng)度仍在規(guī)定范圍內(nèi)。

3.2 實(shí)施案例二

將2號(hào)料的全部單體的30%(即丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸、引發(fā)劑、溶劑)按照配方配比，投入反應(yīng)釜中，在溫度為68 ℃的條件下，反應(yīng)30 min得到預(yù)聚體；然后在90 min內(nèi)勻速滴加剩余的2號(hào)料，反應(yīng)溫度控制在70 ℃。滴加結(jié)束后，繼續(xù)保持溫度60 min,使聚合物鏈進(jìn)一步增長，水浴溫度設(shè)定為80 ℃，保溫之后將引發(fā)劑(3號(hào)料)混合均勻后，緩慢滴加進(jìn)反應(yīng)裝置中，滴加時(shí)間控制在60 min，溫度70 ℃；3號(hào)料滴加完成后，攪拌并保溫90 min。保溫之后將引發(fā)劑 (4號(hào)料)一次性加入到反應(yīng)裝置中，然后攪拌保溫60 min，以保證物料混合均勻，關(guān)閉保溫設(shè)施；待物料溫度降低到40～50 ℃時(shí)出料。

按照此步驟制得的超微粘剝離強(qiáng)度丙烯酸酯壓敏膠，其固含量為28%，黏度為240 mPa·s。在添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%的交聯(lián)劑后，采用25 μm 的PET基材，干膠厚度為7 μm的條件下，180°時(shí)的剝離強(qiáng)度為(2.74～3.92)×10-4N/mm，30 d后再次進(jìn)行測試，剝離強(qiáng)度仍在規(guī)定范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

通過對(duì)丙烯酸單體的配比及制備工藝進(jìn)行改進(jìn)而合成出具有超微粘剝離強(qiáng)度壓敏膠。采用多步反應(yīng)、分級(jí)滴加的方法進(jìn)行制備；通過引入比丙烯酸異辛脂有更長側(cè)鏈的長鏈烷基酯，增加鏈的柔軟性，并通過溶劑組合且對(duì)合成工藝進(jìn)行調(diào)整，從而獲得剝離強(qiáng)度低于3.92×10-4N/mm即超微粘剝離強(qiáng)度丙烯酸壓敏膠。

與現(xiàn)有生產(chǎn)中廣泛采用的工藝技術(shù)相比，本工藝技術(shù)生產(chǎn)的超微粘剝離強(qiáng)度丙烯酸壓敏膠不僅具有低于3.92×10-4N/mm(180°)的剝離強(qiáng)度，且剝離強(qiáng)度很穩(wěn)定；同時(shí)，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于有機(jī)硅壓敏膠，且無鬼影，不污染被貼物，克服了現(xiàn)有需超微粘剝離強(qiáng)度丙烯酸壓敏膠的不足。