丙烯酸酯乳液胶粘剂的研究及应用

王善伟，杜新胜，徐惠俭，柳彩霞

（中国石油兰州石化公司研究院，甘肃 兰州 730060）

丙烯酸酯乳液胶粘剂的研究及应用

王善伟，杜新胜，徐惠俭，柳彩霞

（中国石油兰州石化公司研究院，甘肃 兰州 730060）

综述了近年来我国丙烯酸酯乳液胶粘剂的最新研究现状，并介绍了丙烯酸酯乳液胶粘剂在压敏胶及包装材料中的应用，指出了我国丙烯酸酯乳液胶粘剂的发展方向。

聚丙烯酸酯乳液；压敏胶；应用

1 前言

聚丙烯酸酯是一类具有多种性能、用途广泛的聚合物，其乳液一般是以丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯为主要单体，与甲基丙烯酸酯单体、苯乙烯、丙烯腈等共聚形成的乳液[1～3]。丙烯酸酯乳液胶粘剂具有价格便宜、毒性小、工艺性好、单体选择性广、黏度变化范围宽、流变性可控性强等诸多优点。产品种类有包装胶带、电气绝缘胶带、表面保护胶带、双面胶带、医用胶带、商标纸和压敏标签等，已广泛应用于木材加工、材料包装、织物整理、压敏胶、建筑用胶以及纸张制造等各行业[4,5]。

2 丙烯酸酯乳液胶粘剂合成研究

通过对聚合物的结构或聚合方法加以改进，可得到性能更加优异的改性丙烯酸酯胶粘剂，近年来，一些研究者通过在聚合过程中加入改性剂等合成丙烯酸酯胶粘剂。

周风[6]等以丙烯酸丁酯（BA）为软单体、甲基丙烯酸甲酯（MMA）为硬单体、丙烯酸（AA）为功能单体、过硫酸铵（APS）为引发剂、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）为改性剂和十二烷基硫酸钠（SDS）/烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）为阴/非离子型复合乳化剂，采用半连续种子乳液聚合法合成了丙烯酸酯乳液胶粘剂。采用单因素试验法得出制备该胶粘剂的最优方案。研究表明，当BA、MMA的质量比为 4∶ 1、 w（ APS） =0.4%～0.5%、 w （ AA）=2%～3%和w（KH-570）=1.0%时，胶粘剂的剥离强度为123.4 N/m、拉伸剪切强度为0.49 MPa，耐水性（吸水性为18.91%）相对较好。

白慧英[7]等采用种子乳液聚合法合成新型低温反应型聚丙烯酸酯乳液粘合剂。以丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸异辛酯（EHA）、苯乙烯（St）为软、硬单体，丙烯酸（AA）为功能单体，以过硫酸钾为引发剂，并选用一种交联单体合成了性能优良的聚丙烯酸酯涂料印花粘合剂。讨论了引发剂用量、乳化剂用量、阴/非离子乳化剂的配比、乳液滴加时间、保温时间等对聚合物性能的影响。确定了乳液聚合最佳工艺条件：乳化剂质量分数为0.8%，阴/非乳化剂质量比为4∶3，引发剂质量分数为0.8%，乳液滴加时间60 min，保温60 min。

裴世红[8]等采用半连续种子乳液聚合法，合成了稳定的含氟环氧树脂改性丙烯酸酯乳液。研究表明各因素对单体转化率影响的强弱顺序为：聚合温度＞有机氟含量＞功能单体含量＞EP含量＞引发剂含量＞复合乳化剂含量＞交联剂含量，后2者是不显著性因素。制备乳液的最优方案为w（复合乳化剂）=2.0%、w（引发剂）=0.65%、w（有机氟）=2%、w（EP）=4.5%、w（功能单体）=2.5%、w（交联剂）=2.5%，聚合温度70 ℃。

费贵强[9]等采用原位聚合法，以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚己内酯二元醇（PCL）、二羟甲基丁酸（DMBA）、甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸丁酯（BA）等为主要原料，制备得到了无溶剂阴离子聚氨酯-丙烯酸酯（WPUA）复合乳液，并系统地研究了n（NCO）/n（OH）（R值）、亲水扩链剂DMBA和硬单体MMA的用量对WPUA 乳液及其膜性能的影响。结果表明WPUA乳胶粒呈核-壳结构，当R=1.2，w（DMBA）=3.1%，w（MMA）=26.6%时，所得的WPUA 乳液粒径较小且分布窄，乳胶膜呈现良好的物理机械性能，拉伸强度为17.02 MPa，断裂伸长率为109%，吸水性6.9%。

专利[10]CN101735753A公开了一种特殊结构的丙烯酸酯乳液粘合剂及制备方法。原料配比为：油溶性单体：（甲基）丙烯酸甲酯30～50 kg和（甲基）丙烯酸丁酯200～300 kg；水溶性单体：（甲基）丙烯酸0～10 kg、丙烯酰胺0～5 kg和低温自交联反应性单体10～20 kg；混合乳化剂：脂肪醇聚氧乙烯醚RO（CHCHO）n-H 5～8 kg和十二烷基硫酸钠1.5～2.0 kg；引发剂：过硫酸铵1.5～2.0 kg；低温自交联促进剂10～20 kg；去离子水600～650 kg。该生产工艺简单、成本低，采用封闭式生产工艺路线和专用生产设备，投入的所有原料全部转化成产品，在整个生产过程中无三废产生。

3 丙烯酸酯乳液胶粘剂应用研究

3.1 在压敏胶中的应用

聚丙烯酸酯乳液型压敏胶是压敏胶中应用最广泛的品种，从20世纪80年代初发展至今，产品种类有包装胶带、电气绝缘胶带、表面保护胶带、双面胶带、医用胶带、商标纸和压敏标签等，并已广泛用于包装、印刷、医疗、家电业和制造业等领域。通过引入含极性官能团的单体，可以控制胶体粒子的结构，使压敏胶的剪切强度、剥离强度和持粘性提高。

保护膜是封箱胶带和标签纸之后的另一大类压敏胶制品，绝大多数保护膜用压敏胶是溶剂型丙烯酸酯压敏胶，由于环境保护要求，节约资源和降低成本考虑，近几年逐渐水性化，但大多数仅限于中低剥离力丙烯酸酯乳液型压敏胶。为了提高保护膜用丙烯酸酯乳液压敏胶的剥离力、粘接力，耐水、耐老化及稳定性，马红霞[11]等以丙烯酸异辛酯（2-EHA）和丙烯酸丁酯（BA）为软单体，甲基丙烯酸甲酯（MMA）为硬单体，甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）为交联剂，采用预乳化半连续乳液聚合法制备压敏胶乳液。合成工艺为：软、硬单体质量比为63∶27，HEMA 4.0 g，乳化剂十二烷基硫酸钠（SDS）与聚氧乙烯壬基苯酚醚-10（OP-10）2.5/1复合，用量2.0 g，引发剂KPS用量0.6 g，反应温度80 ℃，反应时间约4 h，所制得的乳液型压敏胶具有较好的剥离强度和稳定性。

吴喜来[12]等以混合丙烯酸酯为共聚单体，萜烯树脂为增粘树脂，过硫酸钾（KPS）为引发剂，十二烷基硫酸钠（SDS）、烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）和十二烷基二苯醚二磺酸钠盐（2A1）为复合乳化剂，采用预乳化半连续乳液聚合法制备压敏胶（PSA）用丙烯酸酯乳液。研究表明，当OP-10、SDS、2A1的质量比为16.5∶3.6∶7.9、W（KPS）=0.5%、单体滴加时间为3.5 h、反应温度为80～82 ℃时，含萜烯树脂PSA的综合性能最好，其初粘性（19# 钢球）和剥离强度（5.8 N/25 mm（优于不含萜烯树脂PSA，但前者的持粘性（22 h）低于后者。

王荣[13]等探讨了链转移剂（CTA）、十二烷基硫醇（NDM）和内交联剂N-羟甲基丙烯酰胺（N-MAM）的加入量对压敏胶（PSA）乳液性能的影响。聚合过程中丙烯酸（AA）与N-MAM 对乳液性能的影响类似，当CTA 的量不变时，持粘性随交联剂量的增加而变大，而180°剥离强度和初粘性先增大后减小；当NMAM的量不变时，持粘性随CTA 量增加而减小，180°剥离强度和初粘性则变大。CTA质量分数为0.06%，N-MAM质量分数为2% 时，综合性能最优。

王传霞[14]等以丙烯酸乙酯（EA）和丙烯酸丁酯（BA）为软单体、甲基丙烯酸甲酯（MMA）为硬单体、甲基丙烯酸（MAA）和丙烯酸（AA）为功能单体，采用种子乳液聚合法制备出一种新型丙烯酸酯乳液胶粘剂。结果表明，当EA、BA、MMA质量比为19.2∶ 6.4∶ 6.4，MAA、 AA质 量 比 为 2∶ l，w（MAA+AA）=6%～8%，w（BA）=6%～8%，经氨水中和后胶液的pH值为7～8时，该胶粘剂具有良好的综合性能，其初粘强度大、干燥速率快、耐冷藏、不起皱、标签无脱落且易清洗，可完全满足啤酒瓶贴标用胶粘剂的使用要求。

专利[15]CN1597811公开了一种单组分交联型聚丙烯酸酯乳液压敏胶，主要由丙烯酸酯乳液90～97质量份、四丁氧基钛3～10质量份组成。配制方法为：配制温度为室温，配制时间2～45 min，贮存期可达6个月。

专利[16]CN1847350公开了一种聚丙烯酸酯乳液压敏胶/粘土插层复合材料及其制备方法。其组分（质量份）为：丙烯酸酯单体100，粘土1～5，分散介质125～135，引发剂0.1～1，乳化剂1～5，所得聚丙烯酸酯乳液压敏胶/粘土插层复合材料性能优良。

3.2 在包装材料中的应用

刘桃凤[17]等针对双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）包装材料，制备低热封丙烯酸乳液涂层材料。通过考查聚合工艺，调节单体比例、乳化剂、引发剂及其用量，测定乳液性能。结果表明以质量分数0.5%的十二烷基硫酸钠（K12）作为乳化剂，以质量分数0.5%的过硫酸铵作为引发剂，软硬单体按1∶1质量比混合，加入质量分数2%的功能性单体丙烯酸（AA），所制备的乳液稳定性较好，成膜性优异，剥离强度达到2.64 N/cm，高于现有市场产品的性能。

叶丽芳[18]等用氢化松香对丙烯酸酯乳液体系进行共聚改性，得到一种塑料用水性胶粘剂。当氢化松香质量分数为5%时，得到共聚改性的丙烯酸酯乳液对PE、PET、PP具有良好的粘合性，持粘性由110 min提高到294 min，剥离强度由2.8 N/cm提高到约7.2 N/cm左右。

4 结语

目前丙烯酸酯乳液胶粘剂正朝着制备工艺精细化、应用多样化的方向发展，具有耐水性、耐候性、耐光性、耐低温、柔韧性的新型聚丙烯酸酯乳液胶粘剂有待进一步开发，随着环保意识的逐渐提高，无毒、不燃、无污染的丙烯酸酯乳液胶粘剂日益得到重视。

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Research and application of polyacrylate emulsion adhesives

WANG Shan-wei,DU Xin-sheng,XU Hui-jian,LIU Cai-xia
(Research Institute of Lanzhou Petrochemical Company,PetroChina,Lanzhou,Gansu 730060,China)

The latest research situation of polyacrylate emulsion adhesives was reviewd and the application of polyacrylate emulsion adhesives in the pressure sensitive adhesives and the packaging materials was described． Finally the development trend of polyacrylate emulsion adhesives was prospected．

polyacrylate emulsion;pressure sensitive adhesive;application

TQ331.4+7

A

1001-5922（2015）01-0092-03

2014-04-16

作者简介：王善伟（1965-），男，工程师，主要从事石油化工方面的研究。

杜新胜（1974-），男，硕士，工程师，主要从事石油树脂的研究，已发表论文10多篇。E-mail：dux325@163.com。