嵌段型热熔压敏胶的制备及其性能研究

编辑:wangyun 时间:2013年11月20日 访问次数:2206

嵌段型热熔压敏胶的制备及其性能研究
                      钟明强,范萍,赵文婷
         (浙江工业大学 材料科学与工程学院,杭州 310014)
 
1、前言
目前,压敏胶种类有丙烯酸酯压敏胶、橡胶型压敏胶以及热熔压敏胶(HMPSA)几大类。丙烯酸酯压敏胶以乳液型为主,约占压敏胶总量的65%[3]以上。但是丙烯酸酯乳液存在干燥、低温粘接性较差、微量残留气体、废水处理等问题,随着人们环保意识的增强以及自动化生产线高速操作的要求,热熔压敏胶所占的比例越来越大,它在熔融状态下进行涂抹,冷固化后施加轻度指压就能起到粘合作用。其应用领域不断地在增大
与其他热塑性聚合物相比,SIS热塑弹性体既有聚苯乙烯(PS)的溶解性和热塑性,又有聚异戊二烯(PI)的柔韧性和回弹性,能与多种聚合物相容,同时,由SIS(聚苯乙烯一聚异戊二烯一聚苯乙烯嵌段共聚物) 中间嵌段聚异戊二烯结构上具有甲基侧链的特性,因而具有很好的内聚力和优良的粘着性能因此以SIS为基料,配合增粘剂、增塑剂、防老剂、填料等,可研制出适合包装用的热熔压敏胶。并具有韧性好、 固化快、 耐低温等优点。因此,本文以SIS为基料制备了热熔压敏胶探索不同增粘树脂,不同基料SIS为基料的热熔压敏胶剥离强度的影响,并考察该热熔压敏胶的耐高、低性能及耐水性。
2、实验部分
2.1实验原料与试剂
实验原料与试剂如表1所示。
表1  实验试剂

原料和试剂
级别或牌号
出产厂家
SIS
1105
巴林石化公司
SIS
1106
巴林石化公司
萜烯树脂
化学纯
上海金宝化学有限公司
C5石油树脂
C-100R
伊士曼化学公司
矿物油
工业品
市售
抗氧剂1010
工业品
市售
抗氧剂168
工业品
市售
甲苯
分析纯
市售

2.2热熔压敏胶制备工艺流程
热熔压敏胶制备工艺流程如图2所示。
 
 
 
图2 实验流程
2.3剥离样条的制备
按GB/T 27901981测试标准制作剥离样条,准备20*20cm的聚酯片13张,把混合液分别均匀涂在13张聚酯片上,每张涂混合液9g,放入通风橱烘箱里烘8小时取出,然后将这些聚酯片剪成2*20cm的聚酯小片,用另一片12x4cm聚酯小片从其一端覆盖,并用2000g的压辊在自重下按300mm/min的速度在试样上来回滚压三次。
2.4性能表征
剥离强度的表征
按GB/T 2790—1981要求制得样条后,在拉伸机上以300mm/min的拉伸速率对每组7种比例的样条进行剥离测试。
耐高温性能的表征
将室温下制得的样条置于烘箱中,调节温度分别为40°C和60°C,每组样条均烘4小时,取出后迅速以GB/T 2790—1981标准在拉伸机上测试剥离强度。
耐低温性能的表征
将室温下制得的样条置于冰箱中,调节温度为0°C,冷藏36小时,随后取出迅速以GB/T 2790—1981标准在拉伸机上测试剥离强度。
耐水性能的表征
将室温下制得的样条浸泡于水中72小时,随后取出以GB/T 2790—1981标准在拉伸机上测试剥离强度。
3、结果与讨论
3.1基体树脂的影响
该部分采用了巴林石化公司的SIS1105,SIS1106为聚合物基体,制备了热熔压敏胶并分析了基体树脂的种类对热熔压敏胶性能的影响,SIS1105,SIS1106的各种性能指标如下表所示:
 

 
分子结构
S/I
拉伸强度(>Mpa)
伸长率(>%)
邵氏硬度(A)
熔融指数(g/10min)
SI 含量
SIS1105
线形
15/85
10.0
1000
35-50
10-15
0
SIS1106
线形
15/85
20.5
1000
35
6-12
16

表 3  SIS1105,SIS1106的各种性能指标
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 室温下样条的剥离强度曲线
 
显示了以SIS-1105为基料,随着C5石油树脂含量的增加,不同成分比例的热熔压敏胶所具有的剥离强度。图3显示了以SIS-1106为基料,随着C5石油树脂含量的增加,不同成分比例的热熔压敏胶所具有的剥离强度。如图2和图3所示,两种成分不同的热熔压敏胶在室温下的剥离强度均先增加到一个最高数值再降低,但是以SIS1106为基料的压敏胶粘性性能明显好于以SIS1105为基料的压敏胶粘性。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图3 室温下样条的剥离强度曲线
 
由图2和图3的比较可知,在使用同种增粘树脂的条件下,以SIS1106为基料的热熔压敏胶的剥离强度高于以SIS1105为基料的热熔压敏胶,即粘性较好。这说明随两嵌段SI含量的增加,SIS热熔压敏胶的剥离强度有所增加,主要原因是SI含量增加后,增大了热熔压敏胶的熔融流动性,提高了初粘性,降低了材料的内聚力。
 
3.2增粘树脂含量对剥离强度的影响 
增粘树脂具有使涂布性能变好和改善胶粘剂对基材的润湿性和初粘性,使粘接力提高等作用,所以在设计胶粘剂配方时,选择什么样的增粘剂是至关重要的。本论文选择了萜烯树脂C5石油树脂分别作为增粘树脂,研究了其种类对热熔压敏胶的粘结性能的影响。
图4显示了以SIS-1106为基料,随着萜烯树脂含量的增加,不同成分比例的热熔压敏胶所具有的剥离强度。图5显示了以SIS-1106为基料,随着C5石油树脂含量的增加,不同成分比例的热熔压敏胶所具有的剥离强度。
如图4和图5可知,不论是用萜烯树脂或者C5石油树脂做增粘树脂,两种压敏胶的粘性均先上升至最高值再呈下降趋势。由图4和图5的比较可见,分别以萜烯树脂和C5石油树脂作为增粘树脂时,增粘树脂含量较低时,SIS热熔压敏胶的剥离强度随着增粘树脂用量的增加增加。当增粘树脂含量达到50%左右时.SIS热熔压敏胶的剥离强度性能基本达到最佳,之后,随增粘树脂含量的增加呈下降趋势,这主要是由于增粘树脂含量过多降低了胶粘体系的模量,增大了内聚材料的粘附性降低
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图4 室温下样条的剥离强度曲线
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图5 室温下样条的剥离强度曲线
 
3.3不同增粘树脂种类对剥离强度的影响
由图4和图5可见,不论是用萜烯树脂或者C5石油树脂做增粘树脂,两种压敏胶的粘性均先上升至最高值再呈下降趋势,但是由萜烯树脂所得到的热熔压敏胶产品剥离强度较C5石油树脂要好。
主要原因是萜烯树脂的软化点在110°C左右,与SIS的软化点较接近,相容性较好,而C5石油树脂的软化点一般在100°C以下。萜烯树脂又能够降低混合物的弹性模量和内聚强度,增加胶粘剂的初粘力和剥离强度。
3.4高温对剥离强度的影响
6显示了以SIS-1106和萜烯树脂为原料,在40下热熔压敏胶所具有的剥离强度。图7显示了以SIS-1106和C5石油树脂为原料,在40下热熔压敏胶所具有的剥离强度。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图6 40°C下样条的剥离强度曲线
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig3.6 The curve of the peel strength of the spline at 40℃
图3.6 40°C下样条的剥离强度曲线
 
图7 40°C下样条的剥离强度曲线
 
 
8显示了以SIS-1106和萜烯树脂为原料,在60下热熔压敏胶所具有的剥离强度。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图8 60°C下样条的剥离强度曲线
 
9显示了以SIS-1106和C5石油树脂为原料,在60下热熔压敏胶所具有的剥离强度。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig3.8 The curve of the peel strength of the spline at 60°C
 
Fig9 The curve of the peel strength of the spline at 60°C
图3.8 60°C下样条的剥离强度曲线
 
如图6和图7可知,在40℃时不论是用萜烯树脂或者C5石油树脂做增粘树脂,两种压敏胶的粘性均先上升至最高值再呈下降趋势。将40°C时压敏胶的剥离强度数据与室温下的数据相比较可知,两种压敏胶的粘性略有增加
如图8和图9可知,在60℃时不论是用萜烯树脂或者C5石油树脂做增粘树脂,两种压敏胶的粘性均先上升至最高值再呈下降趋势。同时60时压敏胶的剥离强度数据与室温下及40℃的数据相比较可知,两种压敏胶的粘性有增加。
上述两种结果表明此类热熔压敏胶的耐高温性能良好。
 
3.5低温对剥离强度的影响
随着热熔压敏胶应用范围的拓展,压敏胶的需要在某些特殊的场合中适用,因此,本文对所制备的热熔压敏胶的耐高、低温性能,耐水性能进行了研究。
10显示了以SIS-1106和萜烯树脂为原料,在0°C下热熔压敏胶所具有的剥离强度。图11显示了以SIS-1106和C5石油树脂为原料,在0℃下热熔压敏胶所具有的剥离强度。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 0°C下样条的剥离强度曲线
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 0°C下样条的剥离强度曲线
 
图10和图11呈现了两种压敏胶在0℃时的剥离强度变化趋势,与其他温度情况下的变化趋势规律类似,但是0时压敏胶的剥离强度数据与室温下的数据相比较可知,压敏胶的粘性总体有较大的降低,表明此热熔压敏胶的耐低温性能较差。
3.6浸水对剥离强度的影响
12显示了以SIS-1106和萜烯树脂为原料,在浸水72小时热熔压敏胶所具有的剥离强度。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 浸水72小时下样条的剥离强度曲线
 
 
13显示了以SIS-1106和C5石油树脂为原料,在浸水72小时热熔压敏胶所具有的剥离强度。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 浸水72小时下样条的剥离强度曲线
 
图12和图13显示了两种热熔压敏胶在浸入水中72小时取出时测得的剥离强度,将其数据与其他温度下未浸水的数据相比并无显著降低,表明此压敏胶的耐水性能良好。

 
4.
本文制备了SIS基的热熔压敏胶,并通过剥离测试对其粘结性能进行了表征,探索了不同增粘树脂,不同基料SIS为基料的热熔压敏胶剥离强度的影响并考察了该热熔压敏胶的耐高、低性能及耐水性。研究表明:
4.1 使用不同牌号的SIS时, SIS的两嵌段SI含量的增加可使SIS热熔压敏胶的剥离强度增加。
4.2 选择萜烯树脂较C5石油树脂作为增粘剂均可以获得具有较好剥离性能的热熔压敏胶,相对而言,采用萜烯树脂为增粘剂的热熔压敏胶的剥离性能更好。
4.3在使用同一种增粘树脂的情况下,当增粘树脂含量达到50%左右时,SIS热熔压敏胶的剥离强度性能基本达到最佳;此类胶黏剂的耐温性能和耐水性能良好,耐低温性能相对较差。