保护膜用丙烯酸酯压敏胶合成综述
摘要:本文主要介绍了一些研究者对保护用压敏胶的合成研究,主要为溶剂型压敏胶和水性丙烯酸酯压敏胶乳液,介绍了二者的大致聚合工艺,并分析了各成分用量对保护膜剥离强度、耐水、耐酸碱等性能的影响。
保护膜属于一种对其它材料具有保护功能的膜状材料。保护膜的研制和应用始于20世纪70年代的日本、美国和欧洲等国,目前已广泛应用于机械、仪表、电子、建筑和汽车制造等诸多领域。保护膜用的压敏胶要求具备易黏附性、易剥离性和剥离后无残胶痕迹等性能。
目前保护膜用压敏胶主要有橡胶型压敏胶和丙烯酸酯型压敏胶两大类:前者压敏性较好,但涂布工艺复杂,国内很少使用;后者耐老化性、耐光性和耐溶剂性优良,并且无色透明,已成为保护膜用压敏胶的首选胶种。许多学者对于保护膜用压敏胶合成做了研究,下面简单介绍一下学者对于压敏胶合成的研究。
一、保护膜用耐高温压敏胶研制
以丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)、丙烯酸-2-羟乙酯(HEA)、丙烯酸(AA)和醋酸乙烯酯(VAc)为共聚单体,以环氧系列交联剂(E-5C)和苯二亚甲基二异氰酸酯交联剂(XDI)为复合交联剂,以偏苯三酸三辛酯(TOTM)为增塑剂,采用溶液共聚法制备溶剂型丙烯酸酯压敏胶,然后通过后期交联和增塑改性,可制备出保护膜用耐高温耐酸碱型压敏胶胶带。
不加交联剂和增塑剂时,180℃老化后残胶十分严重,这是由于压敏胶形成的是链状大分子,分子之间交联程度很差,高温胶体变软,对材料湿润性更好,导致粘合力大幅度上升,剥离时由界面破坏向内聚破坏转变,残胶现象严重。交联剂E-5C和XDI复配使用可提高压敏胶和基材间的密着性和内聚强度。增塑剂TOTM能明显降低压敏胶的硬度,改善压敏胶带的贴合效果。制备出了一种耐180℃高温和耐酸碱的压敏胶。
二、FPC用耐高温保护膜的制备
以丙烯酸酯系单体、交联单体、固化剂、促进剂为原料,采用2种聚合工艺,聚合工艺1采用混合单体和乙酸乙酯、引发剂分三批加入聚合;聚合工艺2的混合单体和溶剂一次性加入,分三次加入引发剂溶液。聚合工艺2制备的压敏胶溶液粘度明显高于聚合工艺1,压敏胶分子量大,内聚强度较高。交联单体可以通过化学反应形成交联的网状结构,提高膜内聚强度,减少胶的表面残留、降低初粘性,因而大大提高共聚物的分子量和内聚力。耐高温性能180℃烘箱烘24h,冷却至室温无残胶。耐酸碱性能为2mol/L的盐酸水溶液和2mol/L的氢氧化钠水溶液浸泡24h,烘干,冷却至室温无残胶。通过聚合工艺2合成的压敏胶,通过调节交联单体、促进剂、固化剂用量提高了压敏胶的综合性能,尤其是耐高温、耐酸碱性能优良。
三、高初粘低剥离力丙烯酸酯压敏胶的研制
以丙烯酸异辛酯(2-EHA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、特殊丙烯酸酯单体A,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,乙酸乙酯、甲苯为溶剂,以溶液聚合法,一次加入混合单体和溶剂,分批次滴加引发剂溶液,制备了保护用高初粘、低剥离力溶剂型丙烯酸酯压敏胶。由于溶剂链转移常数不同可引起聚合物链长的变化,所以通过调节甲苯和乙酸乙酯的配比,可以控制压敏胶的分子量和粘度。引发剂量太小会导致引发速率和聚合速率降低,大量单体没有参与聚合反应,转化率低,最终粘度较低;引发剂量过大,所得压敏胶分子量减小,粘度减小,内聚强度也逐渐减小。高分子量的压敏胶也不利于被粘物表面的流动和润湿。软硬单体的配比会影响内聚力和初粘性。软单体高初粘好,内聚下降;硬单体高初粘差,排气性差。功能单体中含有羧基、羟基、酰胺基等官能单体,提供交联点,同时增加压敏胶分子的极性,有助于提高压敏胶的界面粘附力和内聚力。含有较长链的烷基酯单体,具有很低Tg,较柔软,可降低压敏胶体的表面能,提升初粘力。加入外交联剂( 固化剂)可提高胶体的内聚强度。
四、保护膜用丙烯酸酯乳液压敏胶的研制
以丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、醋酸乙烯酯(VAc)、甲基丙烯酸(MAA)为单体,DNS-86、OP-10为乳化剂、过硫酸铵(APS)为引发剂,合成出保护膜用丙烯酸酯乳液压敏胶。将混合单体、部分乳化剂、引发剂和去离子水加入乳化得预乳化液;其余去离子水、乳化剂及引发剂加入烧瓶中,加入一定量预乳化液反应一段时间,再滴加剩余预乳化液充分反应,调节pH值7~8,过滤出料即得保护膜用丙烯酸酯乳液压敏胶。主要测试初粘性、180°剥离、耐高温高湿(65℃、80%RH老化72h),考察了不同单体配比、引发剂用量、乳化剂用量对性能的影响。当2-EHA/BA为8/2-6/4,MMA/VAc为6/4-4/6,MAA为3份,乳化剂和引发剂用量分别为单体的0.75%和0.5%,乳液压敏胶综合性能最好。
五、保护膜用水性丙烯酸酯压敏胶的研究
以丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸酯甲酯(MMA)为硬单体、丙烯酸(A)和丙烯酸-2-羟乙酯(HEA)为交联单体、V-20S为反应性阴离子型乳化剂和A-6830为非离子型乳化剂,采用预乳化半连续乳液聚合法合成出耐候性优良、耐水性佳、持粘力稳定性好和剥离后无残胶痕迹的保护膜用水性压敏胶乳液。干膜放入水中浸泡24h测试吸水率(耐水性)、持粘仪测试持粘力、DSC测试玻璃化转变温度Tg。交联单体引入可增加胶体的玻璃化转变温度,提高内聚力,防止剥离有残胶,但是交联使得共聚物的聚合度增大,刚性增强且内聚力高,对界面的吸附能力降低,剥离强度降低。乳化剂含量越多,胶膜的耐水性越差、剥离强度越大。
表1 乳液压敏胶的技术指标和实验结果
六、结语
随着国民经济的发展,对于各种胶的需求越来越大,压敏胶不仅可用于保护膜领域,还可用于许多领域。由于其原料价格低廉,可调控性强,并且通过不同单体、引发剂、乳化剂、交联单体等用量调节,可以制备出各种不同性能的压敏胶,满足不同客户对压敏胶的需求。