溶剂型丙烯酸酯压敏胶的制备与性能研究_张晓雯

中图分类号：TQ 436.3
文献标识码：A
文章编号：1001- 0017（2011）05- 0014- 04
Preparation and Characterization of Solvent Based Polyacrylate Pressure Sensitive Adhesives
ZHANG Xiao-wen, DING Yu-ting, ZHANG Guan-li, LI Lei and YAN Yue (Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100095, China)
用量能有效改善压敏胶的力学性能；同时，发现加入氢化松香树脂能够较明显提高压敏胶的玻璃化转变温度，压敏胶的热稳定
性能在初始添加氢化松香树脂时明显变好，但是随氢化松香树脂添加量的增加，分解温度没有明显变化，不过加入氢化松香树
脂能够改善压敏胶的内聚力及 180°剥离强度。
关键词：丙烯酸酯；压敏胶；热性能；力学性能
Abstract: With using butyl acrylate (BA), methyl methacrylate (MMA), 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA) and hydroxypropyl acrylate (HPA) as the monomers, the solvent based polyacrylate pressure sensitive adhesives (PSAs) were prepared by conventional radical polymerization with azobisisobutyronitrile (AIBN) as initiator. The effects of the amount of cross -linking agent diphenylmethane -4,4 ’-di -isocyanate (MDI) and the addition of hydrogenated rosin on the properties of the PSAs were researched, and the thermal properties were studied with using thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC), and the mechanical properties were also tested. It was concluded that the glass transition temperature (Tg) and the thermal stability of the PSAs were improved after increasing the amount of cross-linking agent, and when the mass ratio of MDI added was not exceeding 0.5wt% of the whole feeding monomers, the mechanical properties of the PSAs had also been improved. On the other hand, after modified by different amounts of hydrogenated rosin, the Tgs had been elevated obviously, whereas when the hydrogenated rosin was added, the thermal stability of the PSAs were improved obviously at the beginning, but the thermal stability did not change as the amount of hydrogenated rosin increased. However, the addition of hydrogenated rosin could improve the cohesion and 180° peel strength.
从图 1 中可以看出，随着交联剂用量的增加，压 敏胶的分解温度升高，表明压敏胶的热稳定性变好， 这是因为交联剂的加入在聚合物链之间形成了化学 网络结构，随着交联剂用量的增加网络结构越致密， 分解温度越高。表明交联剂的加入能够有效地改善 压敏胶的热稳定性。 2.1.2 DSC 测试
溶液压敏胶的性能很大程度上由共聚物的玻璃 化温度（Tg）决定，Tg 越高，聚合物分子链刚性越好， 一般表现出良好的持黏性与内聚强度，相反 Tg 低的 压敏胶分子链的流动变形能力强，一般具有良好的 初黏性，但容易脱胶。一般情况下，压敏胶黏剂的 Tg 都控制在 - 30~- 50℃，Tg 过高会造成压敏胶膜的黏 性不够，而 Tg 过低会造成压敏胶膜的粘接力不够 强，容易脱胶。在选择单体比例时，可以用 FOX 方程
0.5%（4）与 0.8%（5）。 Fig.1 The TGA curves of synthesized PSAs, the amounts of crosslinking agent were: 0% (1)，0.1% (2), 0.3% (3), 0.5% (4) and 0.8% (5)
respectively
通自由基聚合合成了一系列溶剂型丙烯酸酯共聚物压敏胶。讨论了交联剂 MDI 用量不同对压敏胶热性能与使用性能的影响，
并研究了加入氢化松香树脂对压敏胶性能的影响。用 TGA 以及 DSC 对其热性能进行了表征，并测试了得到的压敏胶的力学性
能。结果表明，增加交联剂量能提高压敏胶的玻璃化转变温度与热稳定性，当 MDI 用量不超过单体总质量的 0.5%时，增大 MDI
本文研究了溶剂型聚丙烯酸酯类压敏胶的合成
工艺，探讨了交联剂用量对压敏胶性能的影响，同时 研究了氢化松香增黏树脂对压敏胶使用性能的影 响。通过对这些影响因素的研究，在实际生产应用中 能够有方向有目的地控制合成丙烯酸酯压敏胶的配 方组分，有助于根据不同的应用需要进行配方调配。
1 实验部分
1.1 原材料 丙烯酸丁酯（BA），丙烯酸异辛酯（2- EHA），丙
2 结果与讨论
2.1 交联剂用量改变 2.1.1 TGA 测试
5 5
4
3
4
2 12Biblioteka 13100 150 200 250 300 350 400 450 500 Temperature/℃
图 1 合成压敏胶的 TGA 曲线图 引发剂用量 0.3%，交联剂用量分别为：0%（1），0.1%（2），0.3%（3），
胶膜制备用 elcometer3700 刮刀涂布器将胶液 均匀涂布于洁净的 PET 基底薄膜上，然后将胶膜放 入烘箱，85～90℃烘 3～5 min 除去溶剂，对于交联 的样品同时起到加热交联的作用。取出后用离型 PET 膜贴覆进行保护。PET 基底薄膜厚 100μm，胶 层厚度控制在 30 μm 左右。 1.4 压敏胶性能表征
Key words: Acrylate; pressure sensitive adhesive; thermal properties; mechanical properties
前言
丙烯酸酯类压敏胶是目前发展最为迅速、应用 前景最为广阔的一类胶黏剂。目前，市场上的丙烯酸 酯类压敏胶主要有溶剂型与乳液型两种[1 ]，其中乳 液型丙烯酸酯类压敏胶具有成本低、使用安全、无污 染、聚合时间短等优点，但其存在耐水性、耐低温性 差，干燥速度慢等缺点；溶剂型丙烯酸酯类压敏胶具 有润湿性好、初黏力大、干燥速度快、耐水性好等诸 多优点，虽然在环保、资源、能源及安全等方面存在 一些问题，但由于其优越的性能和不可取代的优点， 逐渐成为人们研究与应用的热点[ 2,3 ]。
TG 使用 TA 2050 型热重分析仪，升温速度为 10℃/min，N2 保护，扫描温度范围为室温到 500℃；
DSC 使用 TA Q2000 型差热分析仪，扫描范围 为 - 90~50℃，升温速率为 10℃ /min，氮气氛保护。数 据获取方法如下：先从 - 90 加热至 50℃，在 50℃下 保持 5 min，然后以 10℃/min 的速度降温至 - 90℃， 最后将样品以 10℃/min 的速度升温至 50℃，在第二 次加热过程中获取数据。 1.5 胶膜的力学性能测试
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张晓雯等，溶剂型丙烯酸酯压敏胶的制备与性能研究
Vol． 33，No． 5，2011
初步估算出共聚物的玻璃化温度 Tg [4]：
1 = W1 + W2 + W3 +……+ Wn
Tg T1 T2 T3
选用丙烯酸丁酯（BA）和丙烯酸异辛酯(2- EHA) 作为软单体，甲基丙烯酸甲酯(MMA)作为硬单体，而 丙烯酸羟丙酯(2- HPA)为功能单体（交联单体）。其 中，按质量组分，投料比 BA∶2- EHA∶ MMA∶ 2- HPA=5∶3∶1∶1，AIBN 为引发剂，用量为单体总 质量 0.3 %，分三次加入。乙酸乙酯为溶剂，80℃下反 应 6h，冷却后加入交联剂二苯甲烷 - 4,4＇- 二异氰 酸酯 （MDI），MDI 用量分别单体总投料质量的 0%， 0.1%，0.3%，0.5%，0.8%，当 MDI 完全溶于压敏胶溶 液后，进行涂布制备胶膜或取样置于烘箱中进行热 交联并除去溶剂。对于加入氢化松香树脂的系列样 品，引发剂用量为 0.3wt%，交联剂用量 0.5wt%，氢化 松香树脂用量分别为总单体投料质量的 0%，5%， 10%，15%，20%，其他条件不变。测试样品制备方法 与前面样品一致。 1.3 涂布工艺
2011 年第 33 卷第 5 期
化学与黏合 CHEMISTRY AND ADHESION
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甲醇进行重结晶后使用；二苯甲烷 - 4,4′- 二异氰 酸酯(MDI)，为百灵威公司产品，分析纯，直接使用； 氢化松香树脂是广西日成林产化工股份有限公司产 品，乙酸乙酯(EA)，分析纯，国药集团化学试剂有限 公司，直接使用。 1.2 合成工艺