新型可控结构水性苯乙烯类热塑性弹性体粘接/涂层材料制备与应用

编辑:wangyun 作者:罗英武 时间:2016年08月04日 访问次数:1403

新型可控结构水性苯乙烯类热塑性弹性体粘接/涂层材料制备与应用

罗英武

(化学工程国家联合重点实验室,浙江大学化学工程与生物工程学院,杭州市浙大路38,310027

 

压敏胶(PSA)是指粘结过程对压力敏感的胶黏剂,使用过程中采用指腹压力即可粘结被黏物表面,常用来制作标签,胶带,保护胶等。

目前市场上主要有三类压敏胶黏剂:溶剂型,热熔型以及水基(乳液)型。最早的压敏胶是将天然橡胶和增粘树脂共溶在甲苯和庚烷中制得。将该PSA溶液涂布在纸或者绉纱上,即可制得胶带。上世纪60年代,出现了以苯乙烯类热塑性弹性体如苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)为主体,并与增粘树脂和矿物油加热共混制备的热熔压敏胶。其在使用时需加热熔融以具有流动性,而冷却固化后又能保证一定的内聚强度。其缺点为使用过程中耗能较高,且胶黏剂主体中往往含有双键,故耐热性不足,容易被氧化。1970年代,低玻璃化温度的聚丙烯酸酯类如聚丙烯酸丁酯等因Tg远低于室温,而赋予PSA固有粘性,不必额外添加增粘树脂,故常被用来制备溶液或者乳液型压敏胶。聚丙烯酸酯类乳液型PSA往往在高固含量下(40-70%)仍能保持较低粘度,其涂膜成本较低,并且无需用到大量的有机溶剂,具有较高的环保性。近年来,随着EPA清洁空气法案对生产过程中VOC含量要求的提高,溶剂型压敏胶逐渐失去了市场,而水性压敏胶得到了快速发展,目前水性压敏胶已经占据了全球40%的市场份额。

理想的压敏胶,必须有优异的初粘性能和长时间抵抗蠕变的能力(持粘性能)。良好的初粘力要求胶黏剂有很好的链段活动性,在较小的外界压力下,可迅速润湿基材粗糙的表面,达到分子级的接触。而在完成粘结后一般希望压敏胶表现出类“固体”的低蠕变性质(高内聚强度)。这一类“固体”性质与初粘性能是相互矛盾的。因此,理想的压敏胶必须平衡这两个相互矛盾的性质。苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS为基础树脂的热熔压敏胶中,三嵌段共聚物SIS中聚苯乙烯链段自组装成高玻璃化温度的纳米塑料微球,分散于聚异戊二烯的基体中,形成物理交联点,提供内聚强度。而增粘树脂则用来提供初粘特性,并能调控玻璃化温度。热熔压敏胶在使用时经过加热熔融而具有活动性(初粘性),冷却固化后又能保证一定的内聚强度(持粘性),由此来平衡初粘以及持粘,综合性能较佳。其缺点是使用过程中耗能较高、难以粘结塑料等热敏基材,且基础树脂中往往含有双键,故耐热性不足,容易被氧化。聚丙烯酸酯类乳液型PSA不必额外添加增粘树脂,在高固含量下(40-70%)仍能保持较低粘度,其涂膜成本较低,并且无需用到大量有机溶剂,具有较高的环保性,但其抗剪切能力弱、室温下内聚强度低。

从结构上看,相比于SIS三嵌段聚合物,丙烯酸酯类嵌段共聚物可能是一类综合性能更为优异的PSA。与异戊二烯或丁二烯相比,丙烯酸丁酯结构单元具有更好的耐热性和氧化稳定性。另一方面,聚丙烯酸丁酯缠结分子量Me更大,其DMA曲线上橡胶平台模量更低,更易小于Dalhquist临界值,适合作为高性能的PSA使用。因此,聚丙烯酸酯类嵌段共聚物胶乳有望结合热熔胶和水性胶各自的优点,成为一种性能优异的水性压敏胶。聚丙烯酸酯类嵌段共聚物胶乳的制备一直是个难题。本报告将总结浙江大学化工系在活性乳液聚合领域的及其在制备聚丙烯酸酯类嵌段共聚物胶乳方面的研究进展,报告基于聚丙烯酸酯类嵌段共聚物胶乳的高性能水性压敏胶技术成果。