苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯聚合物压敏胶性能影响因素研究

齐玉霞，解希铭，段海东

（中国石油化工股份有限公司北京化工研究院燕山分院，橡塑新型材料合成国家工程研究中心，北京 102500）

苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯聚合物压敏胶性能影响因素研究

齐玉霞，解希铭，段海东

（中国石油化工股份有限公司北京化工研究院燕山分院，橡塑新型材料合成国家工程研究中心，北京 102500）

采用正交实验，研究了SIS聚合物、萜烯树脂、环烷油、涂胶量和防老剂对压敏胶性能的影响。结果表明，对压敏胶性能影响最大的是萜烯树脂，随其用量增大，剥离强度增大，初粘性降低；高苯乙烯含量和分子质量、含适量SI两嵌段的SIS，能提高剥离强度；SIS对初粘性影响弱于剥离强度，较低SI两嵌段聚合物的存在，可提高初粘性。

SIS；压敏胶性能；影响因素

热塑性弹性体苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS）因其性能特点，通常用于配制压敏胶和热熔胶，广泛用于医疗、电绝缘、包装、粘接固定以及复合袋的层间粘合等领域。评价压敏胶性能的主要技术指标常用的有3种，即剥离强度、初粘性和持粘性。不同应用场合使用的压敏胶对上述3种性能的要求有显著差别。

研究SIS以及其他配合剂对压敏胶性能的相互作用关系，特别是SIS结构对压敏胶性能的影响关系，以便根据不同的应用性能要求，开发出具有特性的SIS和以SIS为基材制备性能特异的压敏胶，是非常有意义的。

1 实验部分

1.1 主要原料

SIS1105、SIS1106，工业优级，巴陵石化；SIS A样品，自制，在5升聚合釜中，采用阴离子溶液聚合法制备得到；SIS B样品，自制，在5升聚合釜中，采用阴离子溶液聚合法制备得到。萜烯树脂，工业级，胶特产品T-90。C5/C9石油树脂，工业级，濮阳市恒泰石油化工有限公司；松香，工业级，广州市铎峰化工有限公司；环烷油KN-4010，工业级，新疆克拉玛依炼油厂；防老剂1076，工业级，上海汽巴公司。

1.2 压敏胶制备

在三口烧瓶中加入一定量的SIS、增粘树脂，再加入适当比例的环烷油和其他助剂，浸泡24 h，使SIS和增粘树脂溶胀。用玻璃棒搅拌均匀，然后在氮气保护下，加热至120℃左右，当萜烯树脂熔化时开始搅拌，升温至180～200℃，搅拌至物料熔融成均匀的黏稠流体，趁热出料，备用。

在锥形瓶中，用一定量的甲苯溶解上述SIS胶粘剂，配成固含量25%的溶液，根据不同涂胶量的要求，取压敏胶溶液涂于聚酯胶带上，在真空烘箱中于55℃烘干后进行各项性能测试。

1.3 分析测试

分子质量及分子质量分布：采用美国Waters公司的ALLIANCE型凝胶渗透色谱仪测定，四氢呋喃为流动相，窄分布聚苯乙烯为标样，温度为25℃。

聚合物序列结构和微观结构：采用瑞士Bruker公司的AV400型核磁共振波谱仪测定氢谱，溶剂为氘代氯仿。

180°剥离强度：采用GT-AI-3000型万能拉力机，参照GB/T2792—1998测定。试样宽度（20±1）mm，剥离速度300 mm/min。

持粘性：采用CZY-6S型持粘性测试仪，参照GB/T 4851—1998测定，用试片移动一定距离的时间表示。

初粘性：采用CZY-G型初粘性测试仪，参照GB/T 4852—1998测定。

10%苯乙烯溶液黏度：取SIS样品溶解在苯乙烯中，配制成质量浓度10%的溶液，在25℃采用Cannon Fenske型毛细管黏度计测定。

2 结果与讨论

2.1 SIS及配合剂的选择

根据与SIS的相容性和粘接性能［1］，选择萜烯树脂作为增粘剂、环烷油作为增塑剂、1076为防老剂。

作为压敏胶的主体聚合物，SIS的分子结构和性能，特别是苯乙烯含量、分子量及其分布、粘度、模量对压敏胶的性能产生重要影响，选择了不同结构的A、B、C、D四个牌号的SIS进行压敏胶性能实验，这四个牌号的SIS的结构和性能如下表所示。

表1 不同牌号SIS的结构与其胶粘剂性能Tab.1 Structure and adhesion properties of different grades of SIS

2.2 正交实验设计

除压敏胶所用原料外，涂胶量也是影响压敏胶性能的一个重要因素。以SIS聚合物、萜烯树脂、环烷油、防老剂和涂胶量为因素，进行4水平的正交实验。设计方案如表2所示。

表2 压敏胶正交实验表Tab.2 Orthogonal experiment table of pressure sensitive adhesives

通过正交软件计算，进行了16次实验，进行剥离强度、持粘性和初粘性的测试。

2.3 影响剥离强度因素分析

对各影响因素分析的结果见表3。

表3 剥离强度各影响因素分析表Tab.3 Analysis table of various factors for peeling strength

从表3可以发现，增粘剂萜烯树脂和SIS聚合物是影响剥离强度主要因素。各因素对剥离强度影响顺序是：萜烯树脂用量>SIS结构＞环烷油用量＞涂胶量＞防老剂1076用量。

剥离强度的各因素效应曲线如图1所示。

从图1可以看出，剥离强度随增粘剂萜烯树脂的用量增加而增大，这是因为萜烯树脂的加入，降低了压敏胶的弹性模量，剥离强度增大。

增塑剂环烷油对剥离强度的影响是先上升随后下降，主要原因在于该助剂的加入，会使压敏胶的本体黏度减小。本体黏度越低，压敏胶越容易润湿被粘表面，界面拉伸破坏应力和界面粘附力增大，剥离强度值上升。但是本体黏度降低较多，压敏胶的内聚强度和弹性模量也会下降，使剥离强度降低。增塑剂环烷油的用量最佳值为20质量份。

从理论上讲，涂胶量越大，压敏胶层厚度越大，剥离强度越大。但是实验中涂胶量在120 g/m2时剥离强度最高。原因可能是涂胶量太大，胶层内部产生缺陷的几率也增大，使剥离强度降低。

防老剂对剥离强度的影响很小。

图1 剥离强度各影响因素分析Fig.1 Analysis of various influencing factors for peeling strength

对于聚合物SIS而言，影响剥离强度的因素主要是内聚强度和黏度。A样品由于SIS黏度低，易润湿被粘物表面，剥离强度大；同时A样品中苯乙烯含量高，贮能模量大，内聚强度高，表现出很高的剥离强度。C样品不含SI两嵌段，与B样品相比，重均分子质量基本相同，但分子质量分布窄，其剥离强度最低。这是因为B样品中，低分子质量成分增加，压敏胶容易润湿被粘表面，从而增加胶接界面上的分子相互作用力和粘附功，剥离强度比C大。与B相比，D所制备压敏胶剥离强度显著增大，原因可能是在重均分子质量和分布基本一致情况下，D样品中SI两嵌段分子质量较大，内聚强度高，发生剥离破坏时所需外力更大。

2.4 影响初粘性因素分析

对各影响因素分析的结果见表4。

初粘性的各因素效应曲线如图2所示。

表4 初粘性各影响因素分析表Tab.4 Analysis of various influencing factors for tackiness

图2 初粘性各影响因素分析Fig.2 Analysis of various influencing factors for tackiness

从表4可以发现，增粘剂萜烯树脂和涂胶量是影响初粘性的主要因素。各因素对初粘性影响顺序是：萜烯树脂用量＞涂胶量＞环烷油用量＞SIS结构＞防老剂1076用量。

由图2可见，萜烯树脂/SIS的用量超过1：1后，初粘性随增粘剂用量增大而降低。张红星等人［1］曾报道，采用某SIS牌号制备热熔压敏胶，随着增粘树脂用量增大，出现初粘性先增大后减小的现象，在萜烯树脂/SIS为30：50时初粘性最佳。

初粘性随增塑剂用量增加而增大。这可能是由于增塑剂的加入，增加了压敏胶对被粘钢球表面的湿润性。涂胶量增大会提高初粘性，达到120 g/m2后，初粘性不再随涂胶量增多而增大。防老剂对初粘性影响很小，没有明显的规律。

平均分子质量最低的A样品，初粘性最低；平均分子质量相当的B、C、D样品中，采用偶联法合成的B样品初粘性最高。

出现上述结果的原因可能是：（1）A样品内聚强度高、弹性模量大，轻压下胶粘层不易发生粘性变形，因而初粘性低；（2）B样品苯乙烯含量低，弹性模量低，更易于浸润被粘物表面；大量小分子质量SI两嵌段存在，使得黏度降低，压敏胶更容易浸润被粘物表面，并且在轻压下胶粘层更容易发生粘性变形。

2.5 持粘性分析

通过实验发现，各实验所得的持粘性相当，均超过99 h，基本满足各类压敏胶的使用要求。本文不再对持粘性进行讨论。

3 结论

（1）对压敏胶性能影响最大的是增粘剂萜烯树脂，随萜烯树脂用量增大，剥离强度增大，初粘性降低。

（2）SIS聚合物对剥离强度影响显著，更高的苯乙烯含量和分子质量，赋予压敏胶较高的剥离强度。适量SI两嵌段聚合物的存在，能够提高剥离强度，而SI两嵌段聚合物的分子质量也要适当。SIS对于初粘性的影响弱于剥离强度，低苯乙烯含量和较低分子质量SI两嵌段物的存在，使初粘性得到改善。

（3）增塑剂环烷油对压敏胶性能影响相对复杂，可根据需要进行综合考虑。涂胶量增大能提高剥离强度和初粘性，超过120 g/m2后，变化较小。

（4）以A类样品制备的压敏胶，剥离强度性能优异，适用于耐剥离的永久保护、标签、固定、双面粘接等领域。以B类样品制备的压敏胶，初粘性性能优异，剥离强度也适中，适用于制作快粘型压敏胶，特别适合于包装用压敏胶带和通用型压敏胶。

［1］张红星，周晓山. 苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物热熔压敏胶性能影响因素探讨［J］. 精细化工中间体，2007，37（4）：48-50.

Study of influencing factors on properties of SIS pressure sensitive adhesives

QI Yu-xia， XIE Xi-ming， DUAN Hai-dong
（Yan Shan Branch of Beijing Research Institute of Chemical Industry， China Petroleum & Chemical Company， National Engineering Research Center for Synthesis of Novel Rubber and Plastic Materials， Beijing 102500，China）

The effects of the SIS polymer， terpene resin， naphthenic oil， glue spread and antioxidant 1 076 on the performances of pressure sensitive adhesives were studied. The results showed that the peeling strength and tackiness were mainly influenced by the tackifier， terpene resin. As the terpene resin amount increased， the peeling strength increased and the tackiness reduced. The SIS polymer with higher styrene content， higher molecular weight and proper amount of SI diblock copolymer can improve the peeling strength； the exist of SI diblock copolymer with low molecular weight can improve the tackiness of the adhsevie.

SIS；pressure-sensitive adhesive properties；influencing factor

TQ436+.3

A

1001-5922（2015）07-0045-04

2015-03-12

齐玉霞（1982-），女，工程师，硕士，主要从事热塑性弹性体SIS合成技术研究。E-mail：qiyx.bjhy@sinopec.com。