纳米改性有机硅压敏胶的耐热性研究

纳米改性有机硅压敏胶耐热性的研究

张明艳，王冠辉，于鹏，王轶，李术林，杨林

(哈尔滨理工大学，材料科学与工程学院，哈尔滨，150040)

摘要：在保证粘接性能和其他相关性能的前提下，提高有机硅压敏胶耐热性的最好方法就是采用纳米改性。本文使用纳米SiO2和Al2O3改性有机硅压敏胶，采用硅烷偶联剂和超声波共同处理纳米粉体，然后经机械搅拌分散到有机硅压敏胶中。实验结果表明：改性有机硅压敏胶的初粘性出现了一定的下降，而剥离强度和热稳定性却得到了不同程度的提高。不同纳米粉体的改性效果也各不相同，纳米SiO2的添加量为4.5%时Td提高了8.32%，而Al2O3的添加量在1.5%时Td提高了14.02%。

关键词：有机硅压敏胶，纳米改性，耐热性

The study of Nano-modification of thermostability of Silicone PSAs ZHANG Ming-yan, W ANG Guan-hui, YU Peng, W AGN Yi, LI Shu-lin，Y ANG Lin （School of Materials Science and Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150040, China）

Abstract: On the premise of maintaining the adhesion and other related properties, the best method to improve the thermostability of PSAs is nano-modification. In this article, silicone PSAs was modified with the nano-SiO2 and nano-Al2O3. In order to prevent agglomerate, nanoa powder was dealt with silane coupling agent and then mixed into PSAs, both of the processes were under the action of ultrasonic. The results showed that the decomposition temperature (Td) of modified PSAs increased obviously, which is means the thermostability raised evidently. At the same time, its peel strength also increased, but the tick decreased. The effect of different nano-powder is different, the Td of the modified PSAs raised 8.32% when the content of nano- SiO2 is 1.5%, and raised 14.02% when the content of nano- Al2O3 is 1.5%.

Key W ords: Silicone PSAs; Nano-modification; Thermostability;

1 前言

有机硅压敏胶是一种用途广泛的优质压敏胶，除了具有压敏胶的基本性能外，还具有优异的耐高温性能、电性能和阻燃性能，因而在电气电子行业中得到了广泛的应用，是一种具有广阔发展前景的新型胶粘剂。随着科技的发展，耐热性胶粘剂的需求日益增加，而开发新型基体胶粘剂的开发成本高、研究周期长，不能满足实际的需要；而对现有胶粘剂改性是一个速度快、成本低的方法，因而成为获得耐高温胶粘剂的一个重要途径。

传统上，提高树脂耐热性的途径主要有有三个，增加高分子链的刚性、使聚合物结晶和增加聚合物的交联度，从而提高耐热性。综合来看，这三种方法都是以加强内部键合力，使聚合物分解需要更高的能量来提高树脂的耐热性的，同时也都是以牺牲粘结强度和韧性为代价的。近年来，纳米技术的迅速发展为改性提供了很好的平台。纳米材料由于粒径小而具有非常高的比表面积和表面活性，显示出了优良的性能，其作为改性剂使用可以大幅度提高基体的各种性能，甚至可以赋予基体一些新的性能。纳米改性胶粘剂作为其中一个方向，已经成为研究的热点。本文使用纳米SiO2和Al2O3对有机硅压敏胶进行改性，以期利用纳米材料的优良性能提高压敏胶的耐热性。首先，使用硅烷偶联剂和超声波对纳米粉体进行表面处理以防止纳米材料团聚，而后经机械搅拌将表面处理过的纳米粉体分散到有机硅压敏胶粘剂中，然后对改性胶粘剂进行力学和热性能测试，从而确定纳米改性有机硅压敏胶的最终方案。

2 实验

本实验将采用纳米SiO2和Al2O3两种粉体改性有机硅压敏胶，纳米粉体的含量范围为0~5.5%，实验内

容包括纳米粉体的表面改性、改性胶粘剂的制备和性能测试。

2.1主要原料

有机硅压敏胶，固含量60%，常州市金鑫化工有限公司；纳米SiO2，平均粒径30nm，欣鸿化工有限公司；纳米Al2O3，平均粒径30nm，杭州万景新有限公司；硅烷偶联剂，A151，南京裕德恒精细化工有限公司。

2.2 纳米粉体的表面处理

将一定比例的纳米粉体与硅烷偶联剂加入无水乙醇、甲苯的混合溶液中，在特定的温度下超声波处理几十分钟，备用。

2.3 纳米改性有机硅压敏胶的制备和性能测试

将表面处理过的纳米粉体经机械搅拌分散到有机硅压敏胶粘剂中，加入适量的BPO，搅拌均匀，备用。

根据GB/T4852-2002、GB/T2792-1998分别对改性胶粘剂进行初粘性和剥离强度的测试。另取部分试样，固化后进行热重分析测试。

3结果与讨论

本实验的重点在于对有机硅压敏胶耐热性的改性，但是必须要其保证基本的使用性能，在两者之间达到一个平衡，因此也对改性的压敏胶做了一些基本性能测试。

3.1力学性能

力学性能作为最基本的使用性能，对材料的选择具有决定性作用，只有力学性能满足使用要求，胶粘剂的热性能改性才有意义。

1．初粘性

初粘性是指物体和压敏胶之间以微小压力发生短暂接触时，压敏胶对物体的粘附作用，是压敏胶及其制品的一项重要而又特殊的性能。

本实验采用滚球法对胶粘剂的初粘性进行了测试，钢珠的型号越大，压敏胶初粘性越大，由表1可以看出，纳米SiO2和纳米Al2O3的掺入对压敏胶初粘性的影响基本相同，都是随着纳米粉体掺入量的增加而初粘性持续降低。这是由于压敏胶表面的纳米组分不断增加，对滚球的作用力不断降低，造成了初粘性随着纳米组分的增加而降低。

表1 纳米组分对压敏胶初粘性的影响

2．剥离强度

剥离强度是指以适当的压力进行粘贴后，经适当时间，压敏胶与被粘物表面表现出来的抗界面分离的能力，常被用来表征压敏胶及其制品的粘合力，剥离强度越大，则胶粘剂的粘合力越大。由表2可以看出，纳米组分的加入提高了压敏胶的剥离强度，而且随着加入量的增加剥离强度得到不断提高。

表2 纳米组分对压敏胶剥离强度的影响

3.2热性能

有机硅压敏胶在受热时，随着温度的升高，体系中最先挥发出来的一些杂质和小分子物质，而后是一些不稳定基团和侧链的断裂，当温度升高到一定程度，大的分子链开始分解而形成小的链段。压敏胶的分解温度越高表示其耐高温性能越好。

1.纳米SiO2改性压敏胶

纳米SiO2是目前工业化产量最大的纳米材料，很多研究表明，它对聚合物基体具有很好的改性效果。图1表示纳米SiO2改性压敏胶在不同失重点的温度，图中T5、T10和T20分别代表压敏胶失重率在5%、10%和20%时对应的特征温度。

图1 纳米SiO2含量对T5、T10和T20的影响

纳米含量/w%

温

度

/

℃

由图1可以看出，纳米SiO2的加入使得压敏胶的T5、T10和T20都得以提高，随着纳米粉体含量的提高，压敏胶的T10和T20都随着纳米含量的增加明显提高，而T5却变化很小。纳米SiO2的加入提高了压敏胶的T5、T10和T20，其可能的原因有三：1.纳米SiO2与压敏胶基体形成了一些较强的键合，并形成“链状”，起