热塑性弹性体压敏胶是由SBS、SIS、增粘树脂、软化剂、防老剂、着色剂等组成,只有各组分配合适当,才能制得性能优异的压敏胶。
成分一:SBS和SIS
SBS为苯乙烯-丁二烯三元嵌段共聚物,SIS为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物,都具有橡胶和塑料的双重特性,来源容易、价格适中,非常适宜用作压敏胶粘剂的弹性体组分。
SBS按其结构可分为线型和星型两类,线型结构相对分子质量较低,溶解性好,但内聚强度不足;星型结构相对分子质量较高,内聚强度较大,但熔融温度高。因此,制造压敏胶粘剂应当选用线型结构的SBS。据涂布在线了解,苯乙烯(St)与丁二烯(Bd)相对含量之比对性能有较大影响,St/Bd大,粘度变小,粘合力大,但弹性和耐寒较差;St/Bd小,粘度增大,弹性增加,但粘接强度和耐热性降低。作为压敏胶用的SBS一般选用St/Bd为30/70。
SIS为不相容的两相结构,PS分散到聚异戊二烯连续相中,起到硫化和补强作用。结构中存在着聚异戊二烯嵌段,具有多个甲基侧链,粘合力较强,比SBS更适宜制造压敏胶,尤其是热熔压敏胶。SIS的玻璃化温度为Tg1-550C,Tg21000C,弹性大,不耐老化,耐水、醇、弱酸、弱碱。酯类、酮类、芳香、烃类化合物能使SIS溶解或溶胀。
成分二:增粘树脂
热塑性弹性体SIS本身并没有初粘性,必须加入增粘树脂才具有压敏性能。压敏胶性能优劣的关键是胶粘剂的粘弹性,增粘剂的作用主要是赋予压敏胶必要的粘性,由于热塑性弹性体具有两相聚集态结构,选用增粘树脂时必须考虑它与弹性体两相的相容性。与热塑性弹性体中橡胶相(PB、PI)相容的增粘树脂有松香和松香脂、萜烯树脂、C5石油树脂等,赋予压敏胶的粘性,与塑料相(PS)相容的增粘树脂有古马隆树脂、芳烃石油树脂、PS树脂等,可改善压敏胶的内聚力。还有一些与两相都相容的增粘树脂,如高软化点的萜烯酚醛树脂、低软化点的芳烃石油树脂。酚醛树脂则与热塑性弹性体的两相都不相容。
加入增粘树脂与SBS、SIS混合后,由扭辫分析(TBA)测得两相的玻璃化温度发生了变化从而影响压敏胶粘剂和性能。萜烯树脂使PB相的Tg有较大提高,PS相的Tg略有降低;松香树脂对PB相的Tg影响较大,而对PS相的Tg影响较小;C5石油树脂PB相Tg提高较小,但PS相的Tg变化很大;芳烃石油树脂(C9)与两相相容性不很高,对Tg影响都不大。
萜烯树脂体系性能最佳,具有较好的快粘性和剥离强度,且有较适中的持粘性。C9石油树脂的综合性能最差。
热塑性弹性体为两相不同的结构,除了选用萜烯树脂为主增粘树脂,最好还要加入适当量的其他增粘树脂,以调节压敏胶的综合性能。这种采用混合增粘树脂的方法,则会获得性能更好的压敏胶粘剂。增粘树脂的用量一般与热塑性弹性体等量或稍多,诚言随着增粘树脂的用量增加,压敏胶的剥离强度提高,当剥离强度达到峰值之后,增粘树脂再增加反而会场使剥离强度急剧下降。
成分三:软化剂
据了解,在热塑弹性体压敏胶中除了必须加入增粘树脂;还要加入一定量的软化剂(或称为增塑剂),作用是改进压敏胶的性能,如增加初粘力,降低压敏胶溶液或熔融粘度,改善涂布工艺;还可适当地降低成本。
选用软化剂必须考虑它与热塑性弹两相的相容相问题,软化剂的加入使得热塑性弹性体中两相玻璃化湿度Tg发生变化,将直接影响压敏胶的性能。
选择一种好的软化剂应该是只与橡胶相相溶,而完全不溶于塑料相,不能太多地降低压敏胶的内聚强度。此外,还要求软化剂挥发性小,粘度低,无毒害、耐老化、价格廉等。以操作油(环烷油)为软化剂的体系综合性能较为理想,芳香含量为2%~3%,也会溶解在PS相中,导致室温或高温的内聚强度下降。应当指出,邻苯二甲酸酯类(DBP、DOP)能与热塑性弹性体中PS相相容,其压敏胶用以制作PVC胶带时,则因增塑剂迁移到胶层而使压敏胶内聚强度降低。增塑剂迁移对压敏胶性能的影响要比天然橡胶和合成橡胶的压敏胶内聚强度更为严重,可于PVC薄膜底涂接枝SBS胶粘剂予以改善。
成分四:防老剂
SDS热塑料性弹体含有不饱和键,受到氧、光、热等环境因素的作用发生老化现象,尤其是热熔压敏胶在高温下制备和熔融涂布时,老化更为严重。因此,在压敏胶配方中必须加入以抗氧剂为主休体的防老剂。如果在制备热熔压敏胶时不加防老剂,则在气液相交界处的瓶壁上出现黄色结焦。随着温度升高,颜色渐变深,影响产品的外观和性能,实际测试表明,加入防老剂的压敏胶剥离强度比未加防老剂的提高30%左右。
防老剂的品种很多,常用的有N,N-二丁基硫化氨苯甲酸锌(BZ)和乙基苯基二硫代氨基甲酸锌(PX),颜色浅且不易氧化,用量一般为热塑性弹性体的2%~5%。苯胺类防老剂本身易氧化变黑,不宜用于制备热熔压敏胶。常将几种防老剂混合使用,则有更好的效果。
成分五:交联剂
热塑性弹性体压敏胶在高温下内聚强度和持粘力会迅速下降,为了提高压敏胶的高温性能,还需要在配方中加入某些交联剂,使不饱和橡胶的双键发生化学交联,提高压敏胶的内聚强度和持粘力,常用的交联剂有硫磺或硫载体、过氧化物和活性酚醛树脂等。据涂布在线了解,硫磺或硫载体的用量为0.3%~1.5%,还要加入0.3%~1.0%的硫化促进剂和0.3%~1.0%的氧化锌和平共处硬脂酸。过氧化物有用量一般为1%~4%,同时加入5%~25%的活性丙烯酸酯单体(如一缩乙二醇的甲基丙烯酸双酯等)效果更佳。
成分六:着色剂
在热塑性弹性压敏胶配方中加入颜填料,可以制成带颜色的压敏胶,如加入适量的钛白粉可制成白色压敏胶。
成分七:其他添加剂
为了降低成本或提高某些溶剂型压敏胶的粘度,可用天然橡胶或合成橡胶代替一部分热塑性弹性体,但必须注意它们之间的相容性。天然橡胶和异戊二烯橡胶能与SIS很好地相容,而丁苯橡胶和顺丁橡胶可以用于SBS压敏胶体系。
热塑性弹性体压敏胶配方指南
在设计配方时,必须要熟知各组分对热塑性弹性体压敏胶的影响规律,涂布在线现归纳而下:
1、与橡胶相相容的增粘树脂和溶于橡胶相的软化剂,都能使初粘性增大,而与塑料相相容的增粘树脂则相反。
2、随着与塑料相相容的增粘树脂增加,1800C剥离强度提高;而随着能与橡胶相相容的增粘树脂和软化剂的增加而降低。
3、能与塑料相相容的增粘树脂使压敏胶变硬,弹性模量和内聚强度增大;而与橡胶相相容的增粘树脂和软化剂。恰则相反。
4、压敏胶的最高使用温度取决于与塑料相相容的增粘树脂软化点的高低,并随增粘树脂用量的增加而升高。
5、压敏胶有最低使用温度取决于与橡胶相相容的增粘树脂软化点的高低,并随增粘树脂用量的减少而降低。
6、任何与橡胶相相容的增粘树脂和软化剂都能显著地降低压敏胶的溶液粘度和熔融粘度。
7、加入防老剂可有效地提高热压敏胶的性能和质量。
8、加入无机颜填料将增加压敏胶的粘度并改变外观。
9、加入适当的交联剂可提高压敏胶的耐高温性能。
10、可用天然橡胶或合成橡胶代替部分热塑性弹性体,能够降低成本和增加粘度。
压敏型胶粘剂配方
配方1
天然橡胶 100 古马隆树脂 30-150 氧化锌 30-150 防老剂D 1.5
汽油-甲苯混合溶剂 适量
此配方即为通常被大量使用的医用氧化锌橡皮膏带所用压敏胶。基材为棉布带。
配方2
天然橡胶 100 丁苯橡胶 64 萜烯树脂 150 防老剂D 3
松香脂 适量 甘油 适量 汽油-甲苯混合溶剂 适量
此配方主要用于制备电工、包装印刷线路用塑料压敏胶带。成本低廉,适用范围广泛。
配方3
甲组份 丙烯酸丁酯 190 甲基丙烯酸缩水甘油酯 6 丙烯酸 4
十二烷基硫醇 2.4 过氧化苯甲酰 2 乙组份 氯化锌(10%乙醇溶液) 10
三甲氧基丙烷与三苯基三异氰酸 酯(37.5%醋酸乙酯溶液) 6
此配方为含有多官能团化合物的丙烯酸酯压敏胶。甲:乙=1:1。涂胶量40g/m2 。基材为聚酯薄膜。涂胶后在100°C 保持10min ,即可制成压敏胶带。胶接强度在50°C为4N/cm 。具有良好的自粘性。
配方4
丙烯酸丁酯 100 丙烯腈 8 N-正丁氧基甲基丙烯酰胺 4
十二烷基硫醇 0.2 乙醇 5
此配方为含氮的丙烯酸酯压敏胶。将其送入螺杆挤出机,在60°C 下,以150r/min 或7m/min 的挤出速度涂布在基材上,在130°C ,经5min加热即可制成压敏胶带。80°C 下胶接强度为4.4N/cm 。
配方5
混合单体 丙烯酸-2-乙基已酯 100 双丙酮丙烯酰胺 10
共聚体 混合单体 80 丙烯酸-2-乙基已酯 100 醋酸乙烯 48
胶粘剂 共聚体 20 过氧化苯甲酰 1 二苯甲酮 0.5 二乙基苯胺 0.5
此配方为可用紫外线固化的压敏胶。将胶液涂在聚酯薄膜上,在氮气保护下,以450W高压汞灯,距20cm 处辐照10min ,即可制成压敏胶带。胶接强度为2N/cm。
配方6
醋酸乙烯-丙烯酸丁酯共聚体 25 松香钠盐(70%水溶液) 70
甘油 30 异丙醇 30 甲醇 30
此配方为水溶性压敏胶。其制成的压敏胶带,基材是易在水中分散的纸。此种压敏胶带在造纸工业中用于胶接纸张,以利于提高工作效率。
配方7
甲组份 丙烯酸-2-乙基已酯 45 丙烯酸丁酯 52 N-羟甲基丙烯酰胺 3
过氧化苯甲酰 0.3
乙组份 丙烯酸-2-乙基已酯 52 丙烯酸丁酯 20 丙烯酸乙酯 35
丙烯酸 3 过氧化苯甲酰 0.35 醋酸乙酯 150
此配方为耐低温压敏胶。甲:乙=3:1,在室温下搅拌3h ,按30 g/m2涂胶量涂于聚酯薄膜上,在-10°C 时胶接强度可达4.9N/cm 。
配方8
丙烯酸丁酯 112.5 丙烯酸-2-乙基已酯 116.5 醋酸乙烯 12.5
甲基丙烯酸缩水甘油酯 1.25 丙烯酸 7.5 过氧化苯甲酰 0.5
甲苯 87.5 醋酸乙酯 162.5
此配方具有很高的内聚力和胶接强度。适用于制备胶粘带、自粘标签及双面胶带等。用于双面胶带的胶接强度为5.6N/cm 。
配方9
丙烯酸丁酯 60 丙烯酸-2-乙基已酯 26 甲基丙烯酸甲酯 10
丙烯酸 4 对甲苯磺酸 适量
此配方具有优良的耐溶剂性和较高的胶接强度。在甲苯中浸渍48h 不剥离。持粘力37min。180°C 剥离强度为3.4N/cm 。
配方10
丙烯酸-2-乙基已酯 65 甲基丙烯酸甲酯 28 二丙酮丙烯酰胺 5
马来酸酐 2 硅烷 0.05 催化剂 0.8
此配方具有优良的耐热性和耐溶剂性。固含量为39%左右。胶液粘度4Pa.S 。对钢的胶接强度为3.9N/cm 。
配方11
天然橡胶 70 丁苯橡胶 30 聚异丁烯 5 氯磺化聚乙烯 4
萜烯树脂 90 叔丁基酚醛树脂 2 促进剂M 0.5 氧化锌 5 硬脂酸 1
防老剂4010 1 防老剂DNP 0.5 防老剂MB 1 甲苯 适量
此配方适用于铝箔、铜箔、真空镀铝涤纶薄膜铭牌、标牌等的胶接。涂布时,先涂胶数次,再在60°C 烘干10min ,最后来回施压即可。固含量约23%左右剥离强度为150-300 N/cm。是一种用途很广的通用型压敏胶。
配方12
氯丁橡胶 100 聚异丁烯 20 聚丁二烯 10 苯骈呋喃树脂 10
硬脂酸 5 防老剂 2 氧化锌 2 1,3-二乙基硫脲 0.5
2-氢硫基咪唑 0.5 碳纤维 100
此配方主要用于制备绝缘压敏胶带,以用于高压电缆接头的封闭等。击穿电压为165KV/mm。破坏电压为65KV/mm 。相对延伸率为300%。
配方13
苯乙烯-丁二烯嵌段共聚体 100 酚醛树脂 20 硅石粉 80
硬脂酸锌 1 苯基-ß-萘胺 2 二甲基二硫代氨基甲酸锌 1
此配方主要用于制备保护用压敏胶带,以用于电镀、喷漆等场合下对非施工区的保护,能快速粘贴,又能方便地揭去,而且具有良好的耐介质性。配制时,将上述组份混炼均匀,然后配成30%的甘油溶液即可。涂于金属上能形成保护膜,涂于基材上能制成保护用压敏胶带。剥离强度为7N/cm 。
配方14
丙烯酸-2-乙基已酯 75 丙烯酸乙酯 20 N -羟甲基丙烯酰胺 2
二甲基乙二醇乙烯基硅氧烷 0.5 过氧化苯甲酰 1
此配方主要用于制备保护用压敏胶带。配制时,用甲苯和甲醇混合溶剂(甲苯:甲醇=9:1),配成39-40%的溶液,粘度3.4Pa.s ,涂于聚乙烯薄膜上,经700C 加热3min ,初始胶接强度为0.2N/cm ;200h 后为0.35N/cm 。胶带揭去后,胶接表面没有残留物。
配方15
二甲基丙烯酸新戊二醇酯 11.5 聚乙烯基乙醚(0.1 %甲苯溶液) 86.5
二苯甲酮 2
此配方适用制备密封压敏胶带、暂时固定用压敏胶带及标签用压敏胶。将其涂于聚酯基材上,可用紫外光固化,剥离强度为4.8N/cm 。
配方16
丁基橡胶 100 聚异丁烯 50 聚丁二烯 20 萜烯树脂 10
松香树脂 10
此配方主要用于制备结扎型压敏胶带,以用于蔬菜等易损物品的直接结扎等。胶接强度对基材为480-500g/cm ;对被结扎材料为2.1-2.5N/cm 。
配方17
甲组份 丙烷沥青树脂 64 芳香族填充物 32
乙组份 异戊间二烯-苯乙烯嵌段共聚体 13 丁二烯-苯乙烯嵌段共聚体 19
填充油 12.6 炭黑 6
此配方主要用于制备屋顶建筑专用压敏胶带,经高温试验也不会发生位移。制备时将上述配方以甲:乙=85:15配成胶液,涂于铝箔上,胶层厚度1.5mm 。在90°C 下保持14天,不产生任何移动。
配方18
甲组份 丙烯酸-2-乙基已酯 96 丙烯酸 4 醋酸乙酯 100 过氧化苯甲酰 0.1
乙组份 四水合醋酸镁 6 甲醇 52 醋酸乙酯 148
此配方具有很高有胶接强度和优良的贮存稳定性。是以含有2价以上金属离子的有机化合物交联的丙烯酸酯压敏胶。配制时,甲:乙=1:1。涂胶量20g/m2 (涂于聚酯基材上)。在80°C 下干燥2min 即可。180°剥离强度为6.1N/cm 。
配方19
丙烯酸-丙烯酸丁酯(10:90)共聚体 100 二甲苯树脂 30 三官能异氰酸酯 100
溶剂(甲苯:醋酸乙酯=1:1) 100
此配方为吸湿固化型压敏胶。由其制成的压敏胶带,在吸收水分后胶接强度在几天后可提高数倍以上。胶带在使用前应装在密封的聚乙烯袋中,加入硅胶等干燥剂可长期保存。初始抗剪强度300-500KPa ;在室温放置2天后可达3-5MPa 。
配方20
硝基纤维素 4.5 蓖麻油 23.6 丙酮 5.0 松香树脂 3.5
改性酒精 5.3 苯 58.1
此配方主要用于制备转接型和修补用压敏胶带,以用于照相胶卷和磁带等的胶接。具有良好的互粘和自粘性。
配方21
乙烯-醋酸乙烯共聚体 40 丁苯橡胶 30 氢化松香 8 增塑剂 2
此配方为热熔型压敏胶。主要用于制备牛皮纸压敏胶带和用作标签压敏胶。