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丙烯酸压敏胶发展及应用

久日新材产业发展部 2020年6月

压敏胶,是一类无须借助于溶剂、热或其他手段,只需施加轻度指压,即可与被粘物牢固黏合,产生实用黏结强度的一类胶黏剂,它通常被加工成胶粘带、标签或各种片状制品来应用。压敏胶黏剂的特点是粘之容易、揭之不难、剥而不损,在较长时间内胶层不会干涸,因而压敏胶黏剂也称为不干胶。正是由于压敏胶的上述特点压敏胶制品具有非常广泛的用途。从办公、包装用的胶带,到涂装、

刻蚀用的遮蔽胶带; 从电工、电器用的绝缘胶带到各种镜面的保护胶带以及各种压敏标签,压敏胶及其制品已经形成了一个非常庞大的产业。

压敏胶按主体材料的化学成分可分为橡胶型压敏胶、热塑性弹性体压敏胶、有机硅压敏胶、聚氨酯压敏胶和丙烯酸酯压敏胶5大类。丙烯酸酯类压敏胶因为低毒、透明性好、粘接面广、配方简单等优点,其用量占压敏胶粘剂中的 65%以上,成为压敏胶中产量卓越的胶种[3]。与其他几类压敏胶相比,丙烯酸酯类压敏胶具有不用添加防老剂、粘接强度好、耐老化、耐候性、耐热性、透明性好、耐介质及无相分离和迁移等优良性能。

一、传统丙烯酸酯压敏胶的分类

    传统丙烯酸酯压敏胶按固化方式可分为非交联型、外加交联剂型和自交联型压敏胶3大类。非交联型压敏胶涂布干燥后具有热塑性,因此内聚力一般较差,而且粘接性能调整困难,在工业生产中应用不多;外加交联剂型丙烯酸酯压敏胶可分为过氧化物交联固化、异氰酸酯交联固化、环氧基树脂交联固化、氮丙啶交联固化、金属盐交联固化、胺基树脂交联固化压敏胶等,工业生产中采用外加固 化剂交联型丙烯酸酯压敏胶产品较多;自交联型丙烯酸压敏胶通过在配方中引入自交联单体如 N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸缩水甘油醚共聚制成具有自交联性的压敏胶[5]。按照生产工艺可以分为以下四类:溶剂型丙烯酸酯压敏胶粘剂、乳液型丙烯酸酯压敏胶粘剂、热熔型型丙烯酸酯压敏胶粘剂、光固化型丙烯酸酯压敏胶粘剂。

溶剂型丙烯酸酯压敏胶

溶剂型丙烯酸酯压敏胶具有相对分子质量低、润湿性好、初粘性大、干燥快和耐水性好等优点,广泛用于压敏标签、包装胶带、文具胶带和双面胶带等领域。溶剂型丙烯酸酯压敏胶主要由软单体、硬单体和功能单体以及溶剂通过聚合反应制备而成。缺点是制备过程聚合速率慢,分子量不高,收率低,在需要回收溶剂及纯化工艺时增加成本,而且溶剂有时是易爆、有毒、易燃、且易造成人体伤害和环境污染的溶剂,溶剂型压敏胶也随着人们对环境污染问题的重视发展受到限制。这种压敏胶应用于各种包装捆扎用的胶带、压敏标签、医用胶带等领域。但是溶剂型丙烯酸酯压敏胶在高温下持粘力不高,通常需要采用交联的方法提高其耐高温的性能。

乳液型丙烯酸酯压敏胶

将各类丙烯酸酯单体按照一定质量比,以水为介质,再添加必要的助剂进行自由基乳液聚合。乳液型压敏胶与溶液型压敏胶相比,其优点是操作安全、成本低、聚合时间短、不污染环境、对各种材料都具有良好的粘结性和涂膜无色透明。而乳液型压敏胶的缺点是:制品耐水性及耐老化性能差;乳液本身的耐寒性差以及对基材的湿润性能较差;由于水较之有机溶剂的挥发速度慢,在制品加工时不可以高速涂布,使得生产效率比较低。 

热熔型丙烯酸酯压敏胶

    热熔型丙烯酸酯压敏胶具有高固含量,与传统的溶剂型、乳液型丙烯酸酯压敏胶相比,具有不含有机溶剂、绿色环保、涂布速率较快、投资成本低、有益环保和自动化程度高等优点;但也存在涂布温度(160~180 ℃)较高、受热易老化、耐高温性差、涂布机使用寿命降低、能耗大、不易控制涂胶厚度 、 对于薄胶涂布较困难等缺点。随着丙烯酸酯共聚体、嵌段共聚体和大单体的工业产品化,交联技术的进步,热熔型丙烯酸酯压敏胶得到了相应的发展,技术工艺的改进,已经克服了传统热熔压敏胶的一些缺点,如热稳定、渗背、透明性等[6] 。

辐射固化型丙烯酸酯压敏胶 

射线辐射(EB)、紫外光辐射(UV),是无溶剂型压敏胶中的一种,辐射固化是利用电子射线、紫外光照射下引发不饱和单体进行聚合、接枝、交联等化学反应,制备具有实用性能的压敏胶粘制品,具有无环境污染、能快速固化、环保、节能和高效等特点。与传统乳液型丙烯酯压敏胶相比较,无需干燥处理、耐水性优异、能实现高速涂布、节省能耗、耐老化性和耐高温性好。与溶剂型丙烯酸酯压敏胶比较,没有任何挥发性溶剂存在,可挥发成分(VOC)几乎为零;与热熔型丙烯酸酯压敏胶比较,耐热性能较好。目前辐射固化型丙烯酸酯压敏胶以 UV 光固化技术研究比较多。

二、UV固化型压敏胶的发展动态

UV固化技术用于压敏胶生产,具有以下优势:固化速度快;固化温度低;耗能少;UV固化设备投资小,结构紧凑;无VOC排放;与热熔胶相比,耐热性和抗增塑剂性大大提高。采用UV固化或可见光固化,在减少大气污染及节省能源方面均有极佳效果,可以满足大规模、高速连续化生产的需要,符合目前环保型压敏胶材料的发展要求,是理想的绿色化学技术,也是国内外压敏胶研究的方向,有着重要理论和应用价值。

UV固化压敏胶的发展状况

    当前,从世界范围看,美国的压敏胶制品工业非常发达,位居世界第1位。其中,热熔压敏胶增长很快,并且在压敏胶总量中占有较大的比例,溶剂型压敏胶的比例在逐年减少。

欧洲的压敏胶中,溶剂型天然橡胶-树脂类压敏胶占有一定的比例,工厂都有溶剂回收系统。乳液型压敏胶以聚丙烯酸酯类为主,产量约相当于溶剂型压敏胶的一半,也处于迅速增长中,不久的将来有望超过溶剂型压敏胶。热熔型压敏胶的发展不如乳液型压敏胶。UV固化型压敏胶处于发展阶段,主要用于要求较高的汽车工业等领域。

日本压敏胶制品的新产品发展较迅速,例如调节日射用压敏胶片、防玻璃碎片飞散用压敏胶片、电子部件用压敏胶带、经皮肤吸收的医疗胶乳贴片等。日本的压敏胶生产,以溶剂型占大多数,乳液型第2,热熔型第3。新发展的UV固化型压敏胶和电子射线固化型压敏胶也有少量生产。 

    中国大陆的压敏胶生产技术进入20世纪90年代以后 逐渐向全方位发展。90年代,美国3M公司、日本日东电工、台湾四维、亚洲化学、高冠胶粘制品金沙唯一官方娱乐场等在上海、天津、西安、广州等地进行了规模投资,建立独资、合资的生产基地。聚丙烯酸酯系溶剂型压敏胶、橡胶系溶剂型压敏胶 、 橡胶系乳液型 压敏胶、有机硅类压敏胶、热熔型压敏胶等都有很大的发展。同时,各地研究机构也不断研发新的产品。在金沙唯一官方娱乐场国合成胶粘剂和胶粘带十二五发展规划中 ,已经把 “光固化型UV型丙烯酸压敏胶及胶粘带”列入“特种压敏胶及制品”的重点发展项目中。在国家政策支持和行业需求推动下,UV固化型压敏胶在未来5年内将进入快速发展阶段。

三、UV压敏胶发展前景

国际胶粘剂会议曾将UV固化型胶粘剂定为重点发展品种。UV固化压敏胶的发展,一方面要解决基本原料问题,如有些原料带有颜色,影响制品的色泽;有些原料有异味甚至毒性,影响压敏胶的应用,尤其是在医用材料领域的应用。另一方面,应研究开发具有特殊性能、能满足特殊要求的UV固化压敏胶,例如对固化收缩率热线胀系数、耐热性、折射率、强度等有特殊要求的压敏胶。原料的分子结构对胶粘剂性能有巨大影响,研究压敏胶主体材料的结构与性质之间的关系是非常有必要的。此外高分子负载的新型光引发剂可以提高引发剂与体系的相容性,减少涂层泛黄、老化等现象,开展光引发剂高分子化的研究意义重大。

总的来说,由于各行业对压敏胶需求量的不断增加,进一步深化了对新型压敏胶的研究。展望未来,UV固化型压敏胶将朝着更环保、更快捷和更高性能的方向发展。

 



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