压敏保护膜及其在现代工业中的应用

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随着分子量增大 ,剥离力和持粘力都增加 ,当其 达到一定值后 ,随着分子量增加 ,虽然内聚力进一步 提高 ,但由于粘度增大 、流动性下降 ,难达到良好接 触 ,此时界面破坏成为主要因素 ,剥离强度和快粘力 下降 ,不过由于破坏形式不同 ,剥离强度和快粘力开 始下降的分子量范围不同 ,根据我们实践 ,丙烯酸酯 共聚物保护膜压敏胶分子量 (重均) 在 40~50 万之 间较好 。另外 ,对作为压敏胶的丙烯酸酯共聚物而 言 ,要求其分子量分布要宽 ,分子链的支化度要大 , 只有这样 ,方可满足压敏保护膜的综合要求 。笔者 曾研究了丙烯酸酯共聚物压敏胶的分子量及分子量 分布与保护膜 180°剥离力的关系 ,找到了较理想相 关系数 ,即重均分子量在 40~50 万之间 ,分子量分 散指数等于 5~6 时 ,保护膜剥离力最稳定 ,性能最
CH CH2 O R1
- COOR - N R2
(甲基) 丙烯酸缩水 甘油酯
丙烯酸二甲胺乙酯 丙烯酸叔丁胺乙酯
酸类 、酸酐类 、胺类
环氧树脂 、异氰 酸酯 、二乙醛
实验表明 ,用不同的交联剂对同一种丙烯酸酯 共聚物进行交联对性能的影响是不同的 ,但不论哪 种交联剂随着交联度增加 ,共聚物的内聚力显著增 加 ,蠕变流动性变小 ,剥离强度下降 。保护膜 180°剥 离强度与交联剂用量关系如图 2[3] : 实践中人们正是通过分子量设计和控制 ,分子
表 1 丙烯酸酯单体官能团及交联剂
官能团
单 体
交联剂
—COOH
(甲基) 丙烯酸 顺丁烯二酸酐
环氧树脂 、胺基树脂 异氰酸酯 、金属盐
(甲基) 丙烯酸羟烷酯 环氧树脂 、异氰酸酯
—OH
丙烯酸乙 (丙) 二醇单酯 羟甲基聚合物 、二乙醛
—CONH2
(甲基) 丙烯酰胺
甲醛羟甲基化环氧树脂 密胺树脂 、尿素树脂
对保护膜显得尤为重要 。共聚物的玻璃化转变温度
可以通过下式计算[3] :
1 Tg
=
W1 Tg1
+
W2 Tg2
+
……+
Wn Tgn
式中 : Tg、Tg1 、Tg2 、……Tgn 分别为共聚物及共
聚体中第 1 、2 、3 ……n 种单体的均聚物的玻璃化转
变温度 ( Ο)
W1 、W2 、W3 ……Wn 分别为共聚物中各组成分的
为确保压敏胶粘剂与塑料薄膜牢固结合 ,避免 脱胶事故发生 ,需要对塑料膜进行表面处理 ,处理方 法多种 ,目前应用最多的是电晕处理法 。其原理是 在高压 、高频电火花的冲击下 ,一方面是空气发生了 电离 ,产生了各种极性基团 :另一方面聚烯烃分子结 构中的双键 ,特别是其支链上的双键更易打开 。这 样 ,就在处理的瞬间 ,各种极性基团与高聚物表面发 生了接枝反应 ,从而使聚烯烃表面由非极性变成极 性表面 ,改善表面的可润湿性和粘合性 ,在这样的表 面上 ,压敏胶粘剂能迅速铺展 ,并因此而扩大了界面 接触 ,增强了粘基力 。一般要求涂布时 ,聚烯烃薄膜 表面张力不得低于 3. 8 ×10 - 4牛顿/ 厘米 。
前 言
压敏保护膜也叫做保护膜或保护带 ,顾名思义 , 它是一种对其它材料具有保护功能的膜状材料 ,它 通常是以聚烯烃塑料膜或牛皮纸为基材 ,以橡胶或 丙烯酸酯树脂作为压敏胶粘剂 ,经特殊方法加工而 成 。保护膜是压敏胶家族中较特殊的产品 ,其原理 是利用了压敏胶粘剂的瞬间接着性和再剥离性两大 特征[1 ] 。
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链 ,官能团的选择 ,交联方式选择 ,交联剂品种及用 量的选择等参数 ,调配出系列压敏胶配方 ,进而制造 出一系列保护膜产品 。
图 3 表面保护膜生产示意图
4 保护膜在现代工业中的应用
图 2 交联剂用量 - 剥离力
Ξ 收稿日期 :2002 - 06 - 19 作者简介 :施法宽 ,高级工程师 ,1977 年毕业于华南理工大学高分子材料专业 ,长期从事胶粘剂 ,特别是压敏胶粘剂的研究与应用工作 , 对压敏保护膜技术有丰富的实践经验 。
第 12 卷第 3 期 中 国 胶 粘 剂
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3 保护膜制造方法
3. 1 压敏胶粘剂选择
橡胶和丙烯酸酯树脂是保护膜用压敏胶粘剂两 大类主要材料 。橡胶系压敏胶发展历史较长 ,压敏 性能较好 ,但其耐老化性能较差是其主要缺点 。与 其相比 ,丙烯酸酯系压敏胶耐老化性能 、耐光性 、耐 油性 、耐溶剂性优良 ,无色透明 ,并可大幅度调节性 能 ,所以目前丙烯酸酯系共聚物成为主要的表面保 护膜用压敏胶品种 。
重量分数 。
3. 2 分子量及分子量分布[4]
分子量及分子量分布与玻璃化转变温度一样都 是决定聚合物粘度的重要因素 。平均分子量越低 , 聚合物的粘度越小 ,则分子活动能力增大 ,容易润湿 物质表面 ,反映在压敏胶中就是粘性增大 ,容易与被 粘材料产生粘附 。但分子量太小后 ,压敏胶的内聚 力降低 ,反映在保护膜中就是存在脱胶的危险性 。 因此 ,共聚物分子量必须与所需的物理和力学性能 相适应 ,如用于重度机械加工的保护膜 ,其压敏胶的 分子量要略大一些 。
3. 4 保护膜基材选择 ,表面处理和涂布工艺[5] :
利用涂布机将调配好的压敏胶粘剂均匀涂布于 塑料薄膜上 ,尔后再进行加热干燥和收卷 ,制造保护 膜 。塑料基膜的选择 ,应根据保护膜应用目的 ,应用 场所和主要技术指标进行选择 。如用于建筑材料保 护膜 ,由于施工期长 ,且多暴露在室外 ,就要选择耐 候性 、耐光性 、物理机械性能好的塑料膜 。如黑色聚 乙烯膜 、黑白双色共挤聚乙烯膜等 。而用于室内或 轻度机械加工用的保护膜 ,就选择透明性好 ,有一定 的机械强度的本色聚乙烯膜 ,天兰等彩色聚乙烯膜 。
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PVC 塑料型材保护膜技术情况如表 3 。
油漆面钢板 ;不锈 金 属 异 型 材 、窗 窗 、大 理 石 瓷 砖
钢洗涤槽 ;
框 、框架 ;
等;
铝的外壁 ;
金属 板 条 镶 面 板 其它 保 护 、电 镀 、
彩色 钢 板 层 面 材 的运输 ;
印刷 、涂装等 。
料。
树脂成型品 。
4. 2 保护膜在 PVC 塑料型材中的应用
塑料型材在挤出 、门窗组焊 、运输 、贮存和建筑 施工过程中 ,环节多 、周期长 、又多暴于露天 ,极易被 机械划伤 、褪色 。特别是在建筑安装过程中 ,焊接的 火花和水泥容易溅落在塑料门窗表面极难清除 。传 统方法是硬性铲刮 ,其结果是损伤塑料门窗表面 ,破 坏了美丽外观 ,给用户造成了不良印象 。另一方面 , 因施工周期长 ,塑料门窗暴露在户外环境 ,易褪色变 暗 ,给用户一种陈旧感 。而使用保护膜后 ,就较好的 解决了上述疑难问题 。
丙烯酸酯共聚物的交联可以通过三种途径实 现[4] :
a 、采用含有两个双键的单体共聚的自交联方式 b 、通过加入具有相互反应性能的单体共聚 ,由 分子链间官能基反应而产生交联的内交联方式 。 c 、在分子链中引入活性基团 ,然后通过加入交 联剂交联的后交联方式 。 第一种和第二种交联方式适用乳液聚合生产 。 第三种交联方式适用溶液聚合生产 。常用的活性基 团和配对的交联剂列于表 1 。
丙烯酸酯压敏胶主要是具有起粘附作用成分 , 起凝 聚 作 用 成 分 和 起 改 性 作 用 成 分 的 单 体 共 聚 物[2] 。粘附成分是烷基碳原子数为 4~12 的丙烯酸 烷基酯 ,均聚物的玻璃化转变温度为 - 20~ - 70 ℃, 该种成分在压敏胶中占 50 %以上 ;凝聚成分是均聚 物玻璃化转变温度较高的单体 ,它既可提高内聚力 , 又对粘附性 、耐水性 、透明性等有特殊的作用 ,其用
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压敏保护膜及其在现代工业中的应用Ξ
施法宽
(襄樊航天化学动力公司 ,湖北省襄樊市 441003)
摘要 :对压敏保护膜的原理 、构成 、制造方法以及在现代工业中的应用进行了研究分析 。 关键词 : 压敏胶 ;保护膜 ;应用 。 中图分类号 :TQ436. 3 文献标识码 :B 文章编号 :1004 - 2849 (2003) 03 - 0058 - 04
图 1 压敏保护膜的构成
由图 1 看出 ,为保证压敏胶粘剂牢固地粘附在 薄膜基材上 ,必须对基材进行表面处理 ,然后再涂以 锚固剂 ,尔后在锚固剂上再涂以压敏胶粘剂 。
2 保护膜主要特性
一个优良品质的保护膜必须具备下列特性 : a. 针对不同被保护物质表面具有适合的粘附 力 。在材料搬运及加工过程中 ,保护膜不起翘 ,不脱 落 。剥去保护膜时绝对无压敏胶粘剂残留 。 b. 有较好的耐候性 ,数日或久贴后剥离力 (粘结 力) 变化不大 ,易于剥去 。 c. 对被保护材料表面呈惰性 ,不与该表面发生 反应 ,不腐蚀 、不污染物质表面 。 d. 基材和压敏胶粘剂具有优的力学性能 ,以满 足各种二次加工要求 。
量为 20~40 % ; 改性成分为带官能团的单体 ,它不
仅起交联作用 ,而且对粘附性 、内聚力的提高也起作
用 ,该成分在压敏胶中占 1~10 % ,改性成分所含的
官能团可以是羟基 、羧基 、氨基 、酰胺基 、环氧基等 。
压敏胶粘剂也是一种粘弹性材料 ,因此它与其
他高聚物一样 ,其物化性质与其玻璃化转变温度有
压敏胶粘剂的涂布是利用下图所示的涂布机来 实现的 。其关键是涂布均匀 ,溶剂挥发彻底 ,温度适 宜 ,保证胶粘剂交联 ,塑料薄膜张力适中 ,不变形 ,不 起皱 ,收卷整齐 、不允许起褶等 。
4. 1 保护膜在现代工业中的应用分类
保护膜的研制与应用主要兴起于七十年代初日 本 、美国及欧洲一些国家 ,经过几十年的发展 ,现已 在机械 、仪表 、电子 、家电 、船舶 、建筑及汽车制造等 行业得到了广泛的应用 。我国起步在八十年代中 期 ,成长于九十年代初期 ,因此 ,在保护膜的基础研 究 ,生产技术及应用等方面与发达国家有一定的差 距 。如国外发达国家保护膜以基材划分就达几十种 之多 ,从加工目的划分有单纯保护 、轻度 、中度和重 度机械加工用保护膜 ,用户可根据使用目的选用合 适的保护膜 。保护膜主要应用分类及领域如表 2 :
表 2 保护膜的应用领域分类
应用分类 二次加工
包装
附着
Leabharlann Baidu
内容 覆保 护 膜 后 进 行 保护 膜 包 覆 在 异 防止 施 工 中 焊 接
弯曲 , 压 伸 切 断 、 型材表面
的火 花 、水 泥 、沙
钻孔和辊轧成型 保护 膜 覆 在 板 材 浆等 落 下 后 粘 附
上。
在工件上
应用领域 标牌 ;
住宅 墙 板 ; 塑 料 、 大楼施工时 ,玻璃
保护膜的主要作用是保护材料在制造 、运输 、贮 存和加工过程中 ,免受有害气体及微生物的腐蚀 ,防 止粉尘污染和机械划伤 。另在弯曲 、压伸过程中 ,提 高材料与模具的润滑性 ,改善加工作业性 。因而保 证或提高产品的等级 ,降低原材料消耗 ,为企业增加 效益 。
1 保护膜构成
大多数保护膜都是以聚烯烃塑料薄膜或牛皮纸 为基材 ,以橡胶或丙烯酸酯树脂为压敏胶粘剂 ,经加 工而成 。结构见下图 :
好 ,而且有理想的涂布粘度[3] 。
3. 3 交联
保证保护膜使用过程中不脱胶的最主要技术途 径是增大压敏胶粘剂的内聚力 。解决途径有两个 , 一是适当增大分子量 ;二是使线型分子链交联成网 络结构 。前者受聚合工艺限制 ,不可能做得太高 ,而 大多是通过第二条途径实现的 。因为交联获得轻微 的分子网络结构 ,它使稳态流动消失 ,由形成分子网 络的化学键代替分子间作用力承受外力的作用 ,实 际上起“无限大”分子链的作用 ,这样得到的保护膜 既有粘附性 ,而且剥离力经时变化小 ,又易剥离 ,且 不脱胶 。
一定关系 。作为压敏胶材料的玻璃化转变温度根据
使用目的不同一般在 - 25 ℃~ - 50 ℃的范围内 ,在
相同的玻璃化转变温度下 ,丙烯酸酯系共聚物作为
压敏胶优于均聚物 ,这是因为在共聚物中存在较”
软”的链段和较”硬”的链段 ,前者提供比较好的蠕变
流动性 ,而后者则提供较大的承受外力的能力 ,这点
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