SIS热熔压敏胶粘剂的研制_亢海刚

研究报告及专论 粘　接　2005,26(3)　
SIS 热熔压敏胶粘剂的研制
亢海刚,张巧莲,陈贤军
(中国地质大学材料科学与化学工程学院,湖北武汉430074)
收稿日期:2005-01-08
作者简介:亢海刚(1979-),男,中国地质大学(武汉)硕士生。

摘要:以SIS 为主体原料,配合增粘树脂、增塑剂、防老剂等研制出SIS 热熔压敏胶。

通过实验对反应温度、反应时间、搅拌速度等工艺条件进行了优化;选择了合适的增塑剂、增粘树脂、软化剂、防老剂及填料,确定了胶粘剂的基本配方;讨论了各组分用量对粘接性能的影响,确定了其最适宜用量;通过正交优化设计,优化了SIS 热熔压敏胶的配方,得出了包装用热熔压敏胶的最佳配方。

关键词:SIS ;热熔压敏胶;180°剥离强度;正交实验;包装
中图分类号:T Q 436+.3　文献标识码:A 文章编号:1001-5922(2005)03-0027-03
压敏胶粘剂由于具有品种多、使用方便、不污染环境等优点[1],在包装、建筑、交通工具、电气绝缘、医疗卫生、粘贴标签、表面保护及特殊用途等方面已有广泛的应用[2,3]。

SIS 热塑性弹性体是由阴离子聚合而成的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物。

它在室温下具有硫化橡胶的性质,在高温下又有可塑性,还具有很好的加工性能。

它的一系列优良性能是由其特有的形态结构决定的。

用电子显微镜观察可见SIS 分离为两相。

当聚苯乙烯质量分数低于30%就会形成约束成分———微区,它们在聚异戊二烯连续相中,起着“硫化”和补强作用,使SIS 在常温时具有弹性、强度和耐磨性。

当加热到聚苯乙烯段的软化点以上时,链段就会运动,使SIS 表现出热可塑性。

当温度降低时,聚苯乙烯段又聚集成微区,重新恢复了原来的弹性和强度[4]。

因此以SIS
为基料,配合增粘剂、增塑剂、防老剂、填料等,研制出适合包
装用的热熔压敏胶。

1　实验部分
1.1　原料、试剂及仪器设备
SIS (1209),巴陵石化公司合成橡胶事业部;甲苯、环烷油、邻苯二甲酸二辛酯(DOP )、萜烯树脂、石油树脂、防老剂264、抗氧剂1010、液体石蜡、重质碳酸钙,除甲苯为分析纯外,其他均为市售工业级。

广口烧杯、三口烧瓶、油浴锅、JJ 电动搅拌器(3000r min -1)、电炉(3000W )、拉力机(XL -250A )。

1.2　热熔胶的制备
在广口烧瓶内加入一定量的SIS ,再加入相当比例的环烷油,浸泡约24h ,使SIS 溶胀。

然后按比例加入DOP 、萜烯树脂、石油树脂、防老剂和抗氧剂,用玻璃棒搅拌均匀。

油浴加热至80℃左右时,物料开始熔化。

继续加热,至120℃时开动搅拌器。

持续升温至170℃停止加热。

恒温搅拌至物料全熔成
均匀的黏稠液体为止,趁热出料,备用。

1.3　性能测试
按照GB /T3820,选用0Cr18N i9T i 或1Cr18N i9T i 做实验板,长度为125mm ,宽度为50mm ,厚度为1.5～2.0mm 。

胶带宽度为20mm ,长度约400mm 。

用汽油等清洗剂擦拭实验板,直至工作面清洁,然后用脱脂纱布将其擦干。

用一定量的甲苯溶解胶体,配成固含量为40%的溶液。

将待涂胶带平展,2端固定,用玻璃棒蘸取胶液进行1次涂布,涂布后放置约10min ,待溶剂挥发后,把胶带与清洗后的实验板粘接,用胶辊往返滚压3次,排除粘接面中的气泡。

将试样在(23±2)℃,相对湿度(65±5)%的条件下放置2h 以上,按G B /T 2792-1998测试180°剥离强度。

在取值范围内,每隔20mm 左右读1个数值,共4个数,求其平均值。

2　结果与讨论2.1　SIS 的选择
作为热熔型胶粘剂,其黏度越小,越易施工,越易湿润被粘表面,粘接强度也就越大。

本文用巴陵石化的SIS (1105,1209)样品,配成40%的甲苯溶液,并测试其黏度。

在20℃,1105的黏度为630mPa s 、1209为240mPa s 。

1209的黏度较低,适于制作热熔压敏胶。

2.2　工艺条件2.2.1　温度
SIS 中含不饱和的双键,在高温下会发生热氧化而降解,使胶粘剂的内聚强度下降。

实验中,在150～170℃的温度下加热时,发现其熔化速度较慢,所需时间大于40min ,而且熔化不完全,SIS 易结成小块,但胶粘剂的颜色变化不大;在170～185℃加热时,经大约8min 胶粘剂的颜色就由淡黄色逐渐向棕色转变,据此判断聚合物发生了热氧化降解。

为避免SIS 的热氧化降解,选择反应温度为165～170℃。

2.2.2　反应时间
时间过长,胶粘剂的颜色加深,SIS 会热氧化降解;时间
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SIS热熔压敏胶粘剂的研制 ZH AN JIE　2005,26(3)
太短,则SIS熔化不完全,黏度降低。

从开始加热到物料全
熔、出料,整个过程时间控制在40min左右为宜。

2.2.3　搅拌速度
胶粘剂制备过程中要使用强力搅拌器进行搅拌。

若搅
拌速度过大,强大的剪切力导致共聚物的分子质量降低,胶
粘剂的黏度过低;速度太低,混合时间过长。

实验证明,在80
～120℃升温中,搅拌速度选择在1500r min-1左右。

温度
超过120℃,控制在2500～2800r min-1左右为宜。

2.3　增塑剂
本实验根据相容性实验,选取了几种增塑剂,制成胶粘
剂的性能,见表1[5～7]。

环烷油与主体材料SIS相容性好,黏
性也好,故选择环烷油作为增塑剂。

Tab.1　Compatibility of SIS an d plasticizers
表1　S IS与增塑剂的相容性比较*
增塑剂
S IS
溶液状态(表观)成膜后状态(表观)黏性(手感)
环烷油均匀透明透明良
液体石蜡均匀透明透明差
环氧大豆油均匀透明不透明差
　*m(S IS)∶m(增塑剂)∶m(萜烯树脂)=1∶0.6∶1。

2.4　增粘剂
2.4.1　增粘剂的选择
为改善主体聚合物性能,提高粘附力,降低成本,改善操作性能,需加入增粘剂[8]。

SIS为具有不同溶解度参数的2相结构。

根据与2相互容行为的不同,可将常用增粘树脂分为2类[9],一类与软段橡胶相相容:包括各种脂肪族和脂环族石油树脂、改性松香、萜烯树脂等;另一类则只与塑料相相容,包括芳香族石油树脂、古马隆-茚树脂等。

原则上前者溶于橡胶相,可降低胶粘剂体系的模量和内聚强度,并改善体系黏弹性、粘附性和压敏性;后者溶于塑料相,增加固定相的相畴,从而改变体系硬度、模量、内聚强度和粘附力。

不管何种树脂只要与SIS相容均可使混合物熔体和溶液黏度下降。

根据相容性实验,选取了几种增粘树脂制成胶粘剂,性能见表2[6,7]。

根据表2的结果,选用萜烯树脂和石油树脂为复合增粘剂。

Tab.2　Compatibility of SIS an d tackifying resin s
表2　S IS与增粘剂相容性比较*
增粘树脂
S IS
溶液状态(表观)成膜后状态(表观)黏性(手感)
萜烯树脂均匀透明透明强
石油树脂均匀透明透明较强松香不透明不透明强萜烯-酚醛不透明不透明弱
　*m(S IS)∶m(增塑剂)∶m(增粘剂)=1∶0.6∶1。

2.4.2　增粘剂的复配
以基本配方为基础,进行了萜烯树脂与石油树脂的配比实验,结果见图1。

由图1可知,萜烯树脂与石油树脂的最佳配比为7∶3。

基本配方(质量份):SIS,100份;环烷油,60份;DO P,20份;防老剂264,5份;抗氧剂1010,5份;增粘树脂(萜烯树脂+石油树脂),100份。

Fig.1　E ffect of tackifier composition on peeling stren gth
图1　增粘剂配比对粘接性能的影响
2.5　软化剂
邻苯二甲酸二辛酯沸点309℃,溶于大多数有机溶剂[10]。

其挥发性低,低温柔韧性较好,耐水抽出,电性能好,耐热性和耐候性好。

本实验选择邻苯二甲酸二辛酯为软化剂。

软化剂的用量一般为5～20质量份。

2.6　填料
在胶粘剂配方中加入适当的填料可降低成本和固化收缩率[5],提高内聚强度。

但加入量过多,则胶粘剂的韧性、硬度、抗形变能力及剥离强度等主要性能会受到影响。

本文选择重质CaCO3为填料。

重质CaCO3的用量与180°剥离强度的关系见图2。

由图2可知,填料为10质量份时剥离强度达到最大值。

基本配方(质量份):SIS,100份;环烷油,60份;DO P,20份;防老剂264,5份;抗氧剂1010,5份;增粘树脂[m(萜烯树脂)∶m(石油树脂)=7∶3],100份。

Fig.2　Effect of filler amo unt o n peeling stren gth
图2　填料用量对粘接性能的影响
2.7　防老剂
2.7.1　防老剂的选择
SIS热塑性弹性体中有不饱和双键,受到氧、热、光等会发生氧化降解,因此须加入适量的防老剂和抗氧剂。

2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚[10](防老剂264),在使用过程中不变色、不污染,用量达3～5份也不产生喷霜现象,毒性小。

四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯[10] (抗氧剂1010),富耐热性,挥发性小,无毒,无污染。

2种防老剂符合本实验要求,且具环保功能,故使用防老剂264和抗氧剂1010作为复合防老剂。

2.7.2　复合防老剂配比的确定
防老剂264与抗氧剂1010的配比对热熔压敏胶性能的
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影响见图3。

由图3可知,配比为1∶1时效果最佳。

基本配方(质量份):SIS,100份;环烷油,60份;DO P,20
份;防老剂(264+1010),10份;重质CaCO3,10份;增粘剂,
100份。

Fig.3　E ffect of combin ed an tiger composition on peelin g strength
图3　复合防老剂配比对粘接性能的影响
2.8　正交实验
为了研究胶粘剂各组分在熔化过程中黏度的变化及某
些组分对压敏胶性能的影响,固定SIS用量为100份、复合防
老剂10份,重质CaCO310份,改变环烷油、增粘剂[m(萜烯
树脂)∶m(石油树脂)=7∶3)]以及DO P的用量,进行正交
实验设计。

测得数据见表4。

表5是企业标准(Q/N YF P01
-1999)中胶粘带性能指标表,对比表4与表5中的180°剥离
强度,可知B、C、F、I组配方均符合标准中的H型的指标。

Tab.3　O rthogon al table for S IS-based H MPSA form ulation
表3　S IS热熔压敏胶配方优选正交表
序号S IS环烷油增粘剂DOP 180°剥离强度/N m-1
A B C D E F G H I
100
100
100
100
100
100
100
100
100
60
60
60
50
50
50
40
40
40
100
80
60
120
100
80
100
80
60
5
10
20
10
15
20
10
20
5
310
160
120
300.24
240
200
285
227.6
195
Tab.4　Performan ce indices of adhesive tape
表4　胶粘带性能指标
项目
指标
H型M型L型
180°剥离强度/N m-180～20050～7915～49
解卷强度/N m-1≤250
*表中的H型(高强度)、M型(中强度)、L型(低强度)是按胶
粘带粘接强度不同而分类的。

3　结语
国产SIS可与增塑剂环烷油、增粘剂萜烯树脂和石油树
脂、软化剂邻苯二甲酸二辛酯、防老剂、填料等配合,通过正
交实验制得适于包装用的热熔压敏胶粘剂。

本产品的研究尚处于实验室阶段,投入生产还需放大实
验。

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Study on SIS hot melt pressure sensitive adhesive
K A NG H ai-ga ng,Z HA NG Q iao-lian,CH EN Xian-jun
(T he F aculty o f M aterial Science a nd Chemistr y Engineering,China U nive rsity o f Geo sciences,Wuhan430074,China)
A bstract:U sing sty rene-isoprene block copolymer(SIS)a s the ba se ma te rial and so me auxiliary additives,the SIS-based hot
me lt pressure sensitiv e adhesive(HM PSA)w as prepared.T hrough o ptimizing of pro ce ss conditio ns,such as tempe rature,reaction time and stir speed etc.,the suitable plasticize r,tackifying r esin,softening age nt,antiox idant and filler etc.and the basic adhesive formulation w ere de te rmined.T he effect o f the contents o f the components w as discussed and their optimal co ntents were taken. U sing o rthog onal ex pe riments to optimize the SIS-based HM PSA the o ptimum H M PSA for mulatio n fo rpackaging wa s obtained.
Key words:SIS;hot melt pr essure sensitive adhe sive;180°peel strength;o r tho go nal test;packag ing
29。