单组分丙烯酸酯压敏胶的制备与性能研究

何广洲，李建华，李守平

（北京海斯迪克新材料有限公司，北京 100041）

单组分丙烯酸酯压敏胶的制备与性能研究

何广洲，李建华，李守平

（北京海斯迪克新材料有限公司，北京 100041）

以丙烯酸酯类单体为聚合单体、甲苯和乙酸乙酯为溶剂、过氧化二苯甲酰（BPO）为引发剂，采用溶液聚合方法，合成一种含有活性反应基团的丙烯酸酯树脂。再添以固化剂、催化剂、流平剂、溶剂等助剂，综合调配出一种单组分丙烯酸酯类压敏胶粘剂，并对其黏度、初粘性、持粘性等性能加以研究。结果表明，当交联剂添加量为0.6%时，经过130 ℃固化3 min，压敏胶粘剂性能最佳。该单组分压敏胶在室温下稳定贮存期为1年。

单组分；丙烯酸酯；压敏胶；溶液聚合

压敏胶通常被加工成胶带、标签、保护膜等产品，在工业、电子、医疗、日用品等行业得到广泛应用［1～3］。丙烯酸酯类压敏胶主要分为乳液型和溶剂型2大类。其中乳液型因不含有机溶剂而具有环保优势，但其耐水性和耐温性较差。溶剂型又可分为单组分非交联型和双组分交联型2类。常见的双组分溶剂型压敏胶性能优异，但在使用前需要进行混合，给生产操作带来不便；另外，混合后的胶液黏度会逐渐上升，必须在短期内用完。因此，为了使用方便，目前很多企业仍选择单组分非交联溶剂型压敏胶，但其制品的持粘性及剥离强度尚存在不足［4，5］。

若使固化剂在混合胶液中能够长期稳定存在，便可制成单组分交联型压敏胶，进而解决上述不足之处。本文合成了一种封闭型异氰酸酯类固化剂，将其直接添加到胶液中，使用时通过加热方式将固化剂解封，释放出-NCO基团，再与含活性H的树脂反应，实现交联的目的。由于封闭型异氰酸酯类固化剂解封需达到一定的温度（≥80 ℃），所以胶液在室温下可稳定贮存。本文主要考查了固化剂的用量、固化温度和时间等因素对压敏胶性能的影响。

1　实验部分

1.1原料及仪器

丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯等单体均为工业级；合成树脂用溶剂甲苯、乙酸乙酯，稀释溶剂乙二醇单丁醚醋酸酯等溶剂均为工业级；BPO为化学纯；固化剂，自制。

HADV-I型旋转黏度计，Brookfield公司。

1.2丙烯酸树脂合成

将丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯和引发剂按一定比例混合均匀，取其1/4单体混合液与溶剂甲苯和乙酸乙酯一同倒入装有搅拌器、回流冷却装置、氮气通入管的反应器中。升温至80 ℃，将剩余单体混合液恒速滴加到反应器中，3 h内滴加完毕。再反应6 h，冷却出料待用。

1.3单组分压敏胶调配

将1.2中合成的丙烯酸树脂与一定量的封闭型异氰酸酯固化剂 、催化剂 二月桂酸二丁基锡、流平剂BYK355等组分，搅拌混合均匀后；将胶液调配至所需黏度和挥发速度，得到无色透明的单组分压敏胶。将其密封贮存于阴凉处，使用时加热固化。

1.4测试与表征

固含量：按照GB/T 2798—1981测试；

黏度：按照GB/T 2798—1981测试；

180°剥离强度：按照GB/T 2792—1998测试；

初粘性：按照GB/T 4852—1984测试；

持粘性：按照GB/T 2792—1998测试。

2　结果与讨论

2.1压敏胶基本性能

对压敏胶各项性能进行测试，结果如表1所示。

表1　压敏胶基本性能Tab.1　Basic properties of PSA

2.2固化剂用量对压敏胶性能的影响

采用自制的封闭型异氰酸酯类固化剂（解封温度≥80 ℃），其用量对压敏胶性能的影响见表2。

由表2可看出，在未使用固化剂时，压敏胶的剥离强度和持粘性都不佳；随着固化剂用量增加，剥离强度先增大后减小，持粘性逐渐提高，初粘性逐渐下降。这是由于添加固化剂后产生交联反应，分子链由原有的线性结构变为交联的网状结构，分子质量增加，内聚强度提高，故持粘性增大，抗剥离能力提高，同时也表现在破坏形式发生改变。这可能是由于固化剂用量增加，交联度加大，分子链段的柔顺性下降，润湿能力变差，进而导致初粘性不断减小；而当固化剂用量＞0.6%时，剥离强度开始下降，这可能是由于过度的交联反应使得润湿能力继续下降，加之固化收缩应力的共同作用，导致粘接强度降低。故适宜的固化剂用量为0.6%。

表2　固化剂用量对压敏胶性能的影响Tab.2　Effect of curing agent content on properties of PSA

2.3固化温度对压敏胶性能的影响

封闭型异氰酸酯类固化剂的解封温度为80 ℃左右，低于此温度时，不会发生解封反应，只有当固化温度高于80 ℃时才可以发生解封反应，-NCO基团才会被释放出来，而且固化温度越高，解封速度越快。固化温度对压敏胶剥离强度的影响见图1。

图1　固化温度对压敏胶剥离强度的影响Fig.1　Effect of curing temperature on peeling strength of PSA

由图1可见，固化温度较低时，压敏胶的剥离强度很小；随着固化温度升高，剥离强度逐渐增大，当超过130 ℃后，剥离强度不再增加，趋于平稳。这是因为低于解封温度时，-NCO释放量少，交联反应不充分，内聚强度低，剥离力小；而随着固化温度升高，固化剂解封速度加快，更多的-NCO基团释放出来，交联反应更加充分，进而内聚强度提高，粘接强度增大。当固化温度≥130 ℃时，-NCO基团在固定的时间内已经完全释放出来，交联反应完成，因此，粘接强度不再增加。即便提高固化温度，也只是缩短固化时间，剥离强度不再有明显变化。为了节省能源，选择适宜的固化温度为130 ℃。

2.4固化时间对压敏胶性能的影响

固化时间决定着解封反应的完成度，控制着交联反应程度，进而影响着聚合物的分子质量，影响着压敏胶的性能。在固化温度固定在130 ℃，改变变固化时间对压敏胶剥离强度的影响见图2。

图2　固化时间对压敏胶剥离强度的影响Fig.2　Effect of curing time on peeling strength of PSA

由图2可看出，当固化时间＜3 min时，剥离强度未达到最佳值，这可能是固化不完全导致的；随着固化时间的延长，剥离强度逐渐增大；当固化时间超过3 min时，剥离强度不再增加，趋于平稳。这是由于当固化时间＜3 min时，固化剂解封不完全，交联反应不充分，因而剥离强度低；随着固化时间的延长，更多的固化剂被解封出来，交联反应更加充分，内聚强度增加，进而剥离强度提高。当固化时间超过3 min后，固化剂已完全解封，交联反应完成，即使再延长反应时间，剥离强度也不再发生变化。适宜的固化时间为3 min。

2.5贮存稳定性

固化剂能否在胶液中稳定存在是单组分压敏胶设计的难点。即使采用封闭型的异氰酸酯类固化剂，在常温下也难免会有少量-NCO基团释放出来参与交联反应，影响胶液贮存的稳定性。单组分压敏胶的贮存稳定性，结果如图3和图4所示。

由图3可看出，随着贮存时间延长，胶液的黏度略有增加。通过固含量监测，排除了因贮存过程中少量溶剂挥发而造成的黏度上升的可能。因此，可以判断黏度增加的原因为少量固化剂解封出来产生交联反应而造成的黏度增大。但贮存12个月时胶液黏度仍在可接受范围内。

图3　贮存时间对压敏胶黏度的影响Fig.3　Effect of storage time on PSA viscosity

从图4可看出，在12个月内，压敏胶剥离强度基本无明显变化，说明固化剂仍然有效，性能基本稳定。但贮存期超过12个月后，胶液黏度明显增加，剥离强度开始下降，且剥离时出现了混合破坏，说明固化剂的有效含量下降，交联反应不充分，内聚强度降低。实验证明，该单组分压敏胶在室温下的稳定贮存期为1年。

3　结论

采用自制的丙烯酸树脂和固化剂，再添以催化剂、流平剂等助剂，成功制备出一种单组分丙烯酸酯压敏胶。通过实验得出：适宜的固化剂用量为0.6%，适宜的固化工艺为130 ℃/3 min。在室温下，该单组分压敏胶稳定贮存期为1年。

［1］张飞.压敏胶研究进展［J］.中国胶粘剂，2007，16（12）：42-44.

［2］张翼，齐暑华，段国晨，等.压敏胶研究进展［J］.中国胶粘剂，2010，19（8）：49-53.

［3］杨莎，齐暑华，程博，等.压敏胶的研究进展［J］.粘接，2014（3）：83-86.

［4］邓爱民，穆锐，王桂萍.用接枝聚合方法制备丙烯酸酯压敏胶［J］.沈阳工业大学学报，1999，21（6）：552-553.

［5］刘玉红，林庆生，穆锐.双组分丙烯酸酯胶粘剂的研制［J］.中国胶粘剂，2004，13（5）：39-41.

Studies on preparation and properties of one-packed acrylic pressure sensitive adhesive

HE Guang-zhou， LI Jian-hua， LI Shou-ping
（Beijing Hystic New Materials Co.， Ltd.， Beijing 100041， China）

The acrylic resin containing reactive groups was synthesized by solution polymerization using acrylic monomers as the polymerizable monomers， toluene and ethyl acetate as the solvents， and BPO as the initiator. The onepacked acrylic pressure sensitive was prepared by adding the curing agent， leveling agent， solvent and other additives into the acrylic resin and it's properties were studied. The results showed that one excellent pressure sensitive can be obtained when added 0.6% curing agent and cured at 130℃ for 3 min. The stable storage time of the one-packed pressure sensitive adhesive was one year at room temperature.

one-packed； acrylate； PSA； solution polymerization

TQ436.+3

A

1001-5922（2015）09-0074-03

2014-11-14

何广洲（1984-），男，硕士研究生，长期从事胶粘剂开发工作。E-mail：heguangzhou@163.com。