由于使用方便,揭开后一般又不影响被粘物表面,因此用途非常广泛。它是以长链聚合物为基料,加入增粘树脂和软化剂制得。为了改善流动性能、提高内聚力、稳定性和抗氧化性,常需加入各种填充剂和防老化剂等。
压敏胶的粘附特性由四个粘附要素,即快粘力、粘附力、内聚力和粘基力所决定。这四个力如图1所示:它们之间必须满足T<A<C<K。若T≮A就没有压敏性;若A≮C则揭除胶带就会出现胶层破坏,导致胶粘剂沾污被粘表面、拉丝等弊病;若C≮K就会产生胶层脱离基材的现象。
1、丙烯酸酯乳液型压敏胶简介
从化学成分来分,压敏胶可分为橡胶型压敏胶、热塑弹性体压敏胶、聚丙烯酸酯压敏胶、聚乙烯基醚压敏胶和有机硅压敏胶等,其中丙烯酸酯压敏胶是目前研究和发展的重点,从形态上分为溶剂型压敏胶、乳液型压敏胶、热熔型压敏胶和辐射固化型压敏胶。随着全世界对环保问题的日益重视,溶剂型压敏胶的发展受到限制,而污染小的乳液型压敏胶备受重视。近年来,各国都在大力发展丙烯酸酯乳液型压敏胶。
据统计,中国生产的各类压敏胶中,丙烯酸酯乳液型压敏胶已占约65%。在美国和欧洲,丙烯酸酯乳液型压敏胶在卫生、标帖、日用品等方面占很大比例。聚丙烯酸酯乳液型压敏胶由于环境、安全的压力,技术水平不断发展,但在一些高质量的胶带方面,仍难以取代溶剂型胶,所以其增长最快的领域是标签、胶带、医药用品和一次性用品等方面。
丙烯酸酯压敏胶黏剂经近二、三十年的迅速发展,其制造技术、应用技术已相对成熟,已被广泛用于各种包装胶带、压敏标签、医用材料、一次性用品等。近年来,通过各种方法进行改性,聚丙烯酸酯压敏胶的性能进一步提高,应用领域更加广泛。未来的发展趋势总的来说是产品性能更高、原材料更廉、生产速度更快、应用领域更广。这主要表现在压敏胶粘剂形态的不断更迭,总的发展趋势是乳液型,热熔型偏重于通用产品。
2、丙烯酸酯乳液型压敏胶的性能改进
聚丙烯酸酯乳液型压敏胶还存在耐水性差、耐高温高湿性差、涂布干燥慢等缺点,近年来,科学家们多方面进行改进和研究,使丙烯酸酯乳液型压敏胶的性能大为改观,应用范围更广,主要通过以下五种方法进行性能改进。
2.1 加入增粘树脂提高粘接强度
一般来说,聚丙烯酸酯乳液型压敏胶可以通过调节单体种类和数量控制其粘性,但加入分子极性较低、分子量较小而剥离化温度较高的增粘树脂,可以降低基体聚合物与被粘表面的界面张力,增加压敏胶的1800剥离强度和初粘力。
通常加入的方式有两种,第一种是共混,即先将增粘树脂制成乳液再进行混合。另一种是在乳液聚合之前,先把增粘树脂溶解于丙烯酸酯单体中,然后再进行乳液共聚合。前一种方法容易造成共混乳液不均匀,甚至破坏原有乳液的稳定性。后一种很有效,可省去制造增粘树脂乳液这一步骤。
2.2 有机硅改性聚丙烯酸酯乳液型压敏胶
聚丙烯酸酯乳液型压敏胶的低温柔韧性和高温稳定性较差,难以粘接在低表面能的材料上。把有机硅单体与丙烯酸酯乳液共混,或者用含双键的有机硅单体与丙烯酸酯单体进行乳液共聚合,可制得有机硅改性的丙烯酸酯乳液型压敏胶,具有良好固化性、粘接性、低温柔韧性和高温稳定性,被认为是胶粘剂中的高档产品。
常用的有机硅单体有:甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷等等。
2.3 采用反应性乳化剂提高耐水性
聚丙烯酸酯乳液型压敏胶中一般含有1%—2%的乳化剂,通常是阴离子型和非离子型的表面活性剂。这些乳化剂的存在使压敏胶容易吸水变白,使胶层的透明性和内聚强度下降;乳化剂还可能迁移到胶接界面并在那里富集,引起界面粘接性能下降,尤其是耐水性的下降。因此减少乳化剂的用量或采用特殊的乳化剂可提高压敏胶的耐水性。现在多用无皂乳液聚合或反应性乳化剂来改善。
反应性乳化剂也称为聚合型乳化剂,分子结构中含有反应性的基团如双键、梭基、经基、磺酸基等,可作为单体加入到反应体系中与其他单体进行共聚反应。
2.4 通过聚合方式进行改性
为了提高压敏胶的内聚强度,且又希望压敏胶聚合物的分子量较大,Tg较高,采用核壳乳液聚合的方式,可以取得良好的改性效果,所制得的压敏胶能在更宽的温度范围尤其是低温地区取得更好的粘接效果。
核壳乳液聚合方法体现了“粒子设计”的新观念,通过它可以方便地设计与控制乳胶粒的结构,从而达到设计与控制聚合物性能的目的。通常聚合物的核用较硬的单体,如苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸酯等,壳则使用较软的丙烯酸烷基酯等单体。
2.5 高固含量聚丙烯酸酯乳液压敏胶
目前工业上所用的丙烯酸酯压敏胶的固含量一般在55%以下,存在涂布干燥、速度慢、能耗高等缺点。如果将其固含量提高到60%左右,干燥速度就能显著提高,同时产品成本低、操作安全、不污染环境。因此,研制开发高固含量的聚丙烯酸酯压敏胶能够适应高速涂布的要求,是重要的技术发展之一。
通过各种改性方式的运用,聚丙烯酸酯乳液压敏胶的发展日新月异。随着各种新型丙烯酸酯单体的合成,同时将具有特殊功能的组分引入聚丙烯酸酯乳液压敏胶体系,得到不同性能的产品,必将拓宽其应用领域,使其朝功能化、多样化方向发展。
就整个压敏胶市场而言,目前我国压敏胶粘剂及其制品工业与欧洲国家相比在技术水平上存在较大的差距。主要表现在以下几个方面:(1)压敏胶粘剂的胶种单一,仅为丙烯酸酯乳液。而欧美国家则是溶剂型、水乳型、热熔型、辐射固化型竞相发展,橡胶类、丙烯酸酯类等各类压敏胶粘剂并存。(2)国内采用的多是适用于水乳型压敏胶黏剂涂布的涂布生产线,欧美国家采用的涂布生产线往往是同时适应于溶剂型与水乳型涂布的辐射固化涂布生产线,并处在向商品化过度的进程之中。(3)压敏胶粘带种类缺乏,BOPP及牛皮纸封箱占了产品总量的80%。(4)缺乏压敏胶粘剂及其制品领域的超前研究,对该领域的热门课题如专用乳液的制备,热熔压敏胶的耐老化、水溶性压敏胶粘剂、球状压敏胶粘剂,以及该领域的前沿课题如可硬化压敏胶粘剂、压敏胶粘剂的辐射涂布技术等的研究几乎是空白。
为了缩短我国压敏胶粘剂及其制品工业与欧美国家的差距,促进丙烯酸酯压敏胶粘剂的进一步发展,以下几个方面应引起我们的重视:(1)增加科研投入,建立压敏胶粘剂及其制品的行业同业会组织,协调压敏胶粘剂及其制品的生产与销售,避免恶性竞争。(2)胶种多元化。(3)加强企业与科研机构的结合。(4)加强压敏胶粘剂用丙烯酸酯专用单体的开发,尤其是活性官能团单体的开发。(5)加强压敏胶粘剂涂布设备的研究与开发以适应压敏胶粘剂及其制品工业的发展。