功能性压敏胶研究进展

高 念，管 蓉

（湖北大学化学化工学院，湖北 武汉 430062）

功能性压敏胶研究进展

高 念，管 蓉

（湖北大学化学化工学院，湖北 武汉 430062）

概述了功能性压敏胶的研究进展，包括医用压敏胶、阻燃压敏胶、导电压敏胶、防腐压敏胶等，并对其研究方向进行了展望。

功能性压敏胶；医用；导电；阻燃；防腐

压敏胶（PSA）是一类只需施加轻度压力，即可与被粘物粘合牢固的胶粘剂。由于压敏胶具有一定的初粘性和持粘性，并且在无污染的情况下可反复使用，剥离后对被粘表面无污染等特点，使其广泛应用于电子绝缘、电子元件加工、彩色扩印、军用侦毒制品、汽车内饰及医疗等诸多领域。同时，国外压敏胶产品在飞行器外壳漆面修补领域中也得到了成功的应用[1]。

经过多年的迅速发展，压敏胶工业在我国已经逐渐走向成熟。无论是从产量、产品种类、商品竞争力都在不断提高。我国主要的功能性压敏胶品种主要有医用压敏胶、阻燃压敏胶、导电压敏胶、防腐压敏胶和表面保护胶粘带等。

1 功能性压敏胶

1.1 医用压敏胶

医用压敏胶在伤口处理，粘接生物医学装置（如心电图电极、脑电图电极和经皮的神经电刺激器等），将外科器械和制品贴到身体上（如结肠和回肠切开术器件、气管开口术管和电手术用接地垫等），透皮药物释放贴片，各类医用标签、医用包扎带、医用胶带等诸多方面均得到广泛应用[3～6]。

近几十年来，医用压敏胶种类有了快速的发展，丙烯酸酯类、水体胶类等新型医用压敏胶的不断涌现（其中丙烯酸酯类压敏胶研究和应用最常见），逐渐替代了传统的天然橡胶型（氧化锌橡皮膏）压敏胶。由于天然胶容易老化，贴敷后往往被人体表面及人体内部分泌的脂肪等所溶解，出现压敏胶向人体内部渗透、引起皮肤过敏和粘接力下降等现象；而新型压敏胶具有较好的性能，且无毒、无皮肤刺激、无致敏作用、透气及与药物有良好的相容性等，因而可多种途径用于药物控释，从而扩大了压敏胶的使用范围。

1.1.1 丙烯酸酯医用压敏胶

丙烯酸酯类压敏胶是丙烯酸酯、丙烯酸和其他功能性单体，以溶液聚合或乳液聚合的方式，自由基引发聚合得到的产物。与其他压敏胶相比，丙烯酸酯类压敏胶具有以下特点：几乎不用加防老剂便具有优异的耐候性和耐热性；无相分离和迁移现象，透明性好、耐油性佳；对皮肤无影响，适用于医用领域。

丙烯酸酯类压敏胶按交联状态可分为交联型和非交联型；按形态又可分为乳液型、溶剂型、水溶胶型、再剥离型、辐射固化型和热熔型等6种。其中乳液型丙烯酸酯类压敏胶具有成本低、使用安全、无污染、聚合时间短等优点，是20世纪80年代以来发展最快的聚合物乳液胶粘剂[7]。

1.1.2 水胶体医用压敏胶

水胶体应用在压敏胶中已经成为医用压敏胶的一个发展趋势，但是在使用中也存在一定的弊端。水胶体吸收水分以后，会造成橡胶基材体积的膨胀，凝聚力下降。同时，水胶体的加入会使压敏胶的硬度增加，不利于使用且影响舒适度。专利WO2013/ 020556中介绍，在橡胶基材中加入苯乙烯形成的二嵌段共聚物（分子质量34 000～45 000），可以提高剥离强度和粘性，又不会增加压敏胶的硬度。加大压敏胶中苯乙烯二嵌段的比例，使得压敏胶的粘合性能大大提高，同时，在皮肤的残留也大大减少[8]。

通过对国外水胶体压敏胶的发展历程研究发现，变化的趋势主要从橡胶组分和胶片结构方面进行改善。在橡胶组分上，从单一聚异丁烯逐渐变为苯乙烯热塑性弹性体，提高了胶片的内聚强度；在结构上，由1层结构变为2层结构，2层组分不同，功效不同，提高压敏胶使用效率。

传统的压敏胶具有吸水性、透气性和透氧性差，和皮肤的相容性不好，在皮肤上长期使用时会出现积水现象损害皮肤组织。专利CN101432840介绍了一种新型的压敏胶，在原有成分的基础上，加入植物多糖和聚氨基酸改性纳米SiO2作为改性剂，氨基酸上的氨基会和SiO2表面的羟基形成氢键，提高了稳定性和分散性。聚氨基酸改性纳米SiO2起到了化学交联的作用，在结构上形成空间的立体网状，有效提高了压敏胶的聚合度。以此制得的压敏胶无致敏性、有较强的持粘性、无残留、吸水性和透气性都大大的提高[9]。

压敏胶在使用中一直保持和皮肤的接触，与皮肤的相容性好坏是衡量其作为皮肤屏障功能的因素之一。专利CN101909667提出了一种新的方法，即在水胶体中加入生理活性剂，尤其是一些亲水性的生理活性剂，其带有的羟基、羧基等亲水基团不仅起到活性剂的作用而且能有效进行水分的疏导。亲水活性剂用在压敏胶中，短时间内的吸水性很好，同时这类亲水活性剂可以和其他组分结合，发挥出压敏胶优异的吸水性能[10]。

国内水胶体压敏胶的发展主要是在压敏胶中加入不同功效的助剂以提供一些附加功效，从而优化使用性能。

1.2 阻燃压敏胶

近年来，国内对于丙烯酸压敏胶需求量越来越大，而某些特殊领域对其阻燃性能要求严格。目前提高丙烯酸酯压敏胶的阻燃性大多是通过添加各种阻燃剂来实现。由于不同阻燃剂与丙烯酸酯压敏胶的相容性各异，产生的阻燃效果也会有很大不同。一般来说，压敏胶的压敏性等力学性能都会因为阻燃剂的加入而下降。为了改善阻燃剂在压敏胶中的分散性，增强其与压敏胶的相容性，可以对阻燃剂进行一些处理，常见的有超细化、表面活化以及微胶囊化等[11]。

王沛喜[12]以丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸β-羟乙酯和醋酸乙烯等为主要原料，成功制备出一种自交联型丙烯酸酯阻燃压敏胶。该压敏胶具有初粘性和持粘性强、粘接强度高（剥离强度为20.83 N/20 mm）、阻燃性能佳、内聚力大以及分子链刚性强等诸多优点，并且其性能与进口同类产品（BMS5-133D）相当。

元东海等[13]以自制环三磷腈单体（2-烯丙基苯氧基）五苯氧基环三磷腈（APPCP）为反应型阻燃剂，与普通丙烯酸酯单体进行溶液聚合，以合成一种新型的本体阻燃丙烯酸酯压敏胶。结果表明，ω（APPCP）=10%时，压敏胶的综合粘接性能相对最好，并且发现压敏胶起始热分解温度已经超过200 ℃，在600 ℃时，残炭率超过10%，达到VTM-0燃烧等级（UL-94）、此时的极限氧指数（LOI）为27.9%，可以完全满足无卤环保型阻燃丙烯酸酯压敏胶的使用要求。

夏宇正等[14]将丙烯酸聚醚磷酸酯与丙烯酸酯进行自由基溶液聚合，制得具有本征阻燃性能的结合磷型丙烯酸酯共聚物溶液，然后将该溶液与油性聚磷酸铵浆料共混制得结合磷型丙烯酸酯阻燃压敏胶。考查了引发剂用量、单体配比、丙烯酸聚醚磷酸酯用量、聚磷酸铵用量等因素对压敏胶的压敏性和阻燃性的影响规律，并用IR和TG对共聚物进行了表征。结果表明，当丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸和丙烯酸聚醚磷酸酯（PAM-300）的质量比为56.0：4.2：23.7：14.0：2.1：10.0，引发剂质量分数为0.6%，聚磷酸铵质量分数为24%时，可制得阻燃性和压敏性均佳的压敏胶，所得压敏胶阻燃性能和常规性能均与进口阻燃压敏胶BMS5-133D的性能相当。

单纯加入反应型阻燃单体可赋予丙烯酸酯压敏胶永久的阻燃性，但现有的大部分反应型阻燃剂却无法较大程度地提高压敏胶的阻燃性，还需要适量加入一些添加型的阻燃剂，2种或2种以上阻燃剂协效作用，可以在维持压敏胶的压敏性与阻燃性平衡的同时，有效提高阻燃性[15]。尽管现有的反应型阻燃剂效用有限，但反应型丙烯酸酯压敏胶在各方面性能上仍然有很大的优势，阻燃型压敏胶巨大的市场也为其研究开发带来了很大的动力。环保、高效、低成本、工艺简单的反应型阻燃剂的开发有很大的发展前景。

1.3 导电压敏胶

电子产业的高速发展带动了导电胶的进一步发展。简单的导电和粘接2项基本性能已经无法满足电子器件的要求了，还需要导电胶有更多优良性能。如能在低温或者室温下固化、避免高温焊接时的高温使材料变形或者电子器件的损坏、避免在导电胶粘接点信息传递的泄露或丢失等问题，同时保证能使用于多种电子器件。电子行业的蓬勃发展使导电胶已经成为一种不可或缺的新材料。

导电胶种类较多，按照其结构可分为结构型和掺杂型2种[16]。结构型导电胶是指材料本身结构中含有导电官能团，而掺杂型导电胶是指在粘合剂中添加具有导电性能的物质。导电填料包括金属元素（如Au、Ag、Cu、Al、Fe、Zn和Ni等）和非金属元素（如炭黑、石墨和碳纳米管等）。丙烯酸酯压敏胶是目前常用的一种PSA，具有耐高低温性能良好、粘接强度大、应用范围广和性价比高等优点。目前，导电型丙烯酸酯PSA已成为该研究领域的热点之一[17]。

马缓等[18]利用不同形貌填料间的架桥、插层等“协同”效应，将一定比例的碳黑、短切碳纤维、碳纳米管、纳米石墨微片复合作为导电填料，加入到聚丙烯酸酯压敏胶中，采用溶液共混法超声分散，得到导电填料添加量少、导电性能和力学性能良好的导电压敏胶。

王东红等[19]以原始碳纳米管（MWNTs）为原材料，先用稀硝酸回流处理，后稀盐酸回流处理，再空气氧化处理的方法对原始MWNTs进行处理，制得纯化MWNTs，最后采用溶液共混法制备纯化碳纳米管/聚丙烯酸酯导电压敏胶（PSA）。扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及X射线衍射仪（XRD）测试结果表明，采用综合纯化法对原始MWNTs进行处理后，金属催化剂镍粒子和无定形碳杂质被有效去除。扫描电镜（SEM）显示，纯化MWNTs均匀地分散在聚丙烯酸酯PSA中，并形成了导电网络。电性能测试及力学性能测试表明，当纯化MWNTs的体积分数为4.0%时，其综合性能最佳，此时180°剥离强度为0.634 kN/m，剪切强度为0.546 Mpa，电导率为5.37×10-6S/m。

1.4 防腐压敏胶

防腐型压敏胶主要有环氧树脂类、氯化聚烯烃类、丙烯酸酯类、聚氨酯类和氟树脂类等几大品种，在实际应用中取得了较好的效果[20]。防腐型压敏胶可作为管道外防护胶粘带用于埋地钢管、车间管道和架空管道等场合，也可用作为管道内的防腐。

邸明伟等[21]以100份（质量份，下同）国产SIS和SBS热塑弹性体为主体原料，配合增粘剂萜烯树脂100～120份、增塑剂环烷油40～60份、填料0～10份和防老剂1份等研制出热熔型压敏胶，用于聚乙烯防腐卷材与管道的粘接。该压敏胶粘接聚乙烯卷材的剥离强度达6.0 N/cm，粘接不锈钢的剥离强度达9.0 N/cm，既能保证与被保护材料的有效粘接，又解决了聚乙烯卷材反粘难解卷的问题。

2 展望

近年来，医用压敏胶主要以溶剂型为主，在皮肤相容性、促进皮肤吸收性方面都比新型亲水性医用压敏胶差，因此亲水性医用压敏胶的发展成为主流。在阻燃压敏胶方面，阻燃剂的加入虽然改善了压敏胶的阻燃性能，但是同时也带来了释放有毒气体、产生烟雾、产生的腐蚀性物质对环境有一定危害等问题。选择对环境危害小的阻燃剂或者开发环保型阻燃材料都是阻燃压敏胶日后研究开发的重点。导电压敏胶还处在理论研究阶段或者实际生产技术还不够完善，对导电压敏胶的实际应用形成重大制约。导电压敏胶的生产条件需要进一步的优化使其不再过于苛刻，尽快使导电压敏胶应用到人们生活中来。防腐压敏胶要求苛刻，不仅要求其耐化学腐蚀、耐生物腐蚀、耐辐射腐蚀以及良好的密封性，还要求生产简单对环境无污染等。为了满足生产中的需求，压敏胶正朝着高性能、低成本、环境友好型发展，这些都是未来压敏胶的重点研究方向。

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Research progress of functional pressure sensitive adhesives

GAO Nian, GUAN Rong
(School of Chemistry and Chemical Engineering, Hubei University, Wuhan, Hubei 430062,China)

Research progress of the functional pressure-sensitive adhesives (PSAs), including the medical PSAs, the fire-retardant PSAs, the conductive PSAs and the anticorrosion PSAs, were briefly introduced.The prospective development on the functional PSAs was presented.

functional pressure-sensitive adhesive; medical; fire-retardent; conductive; anticorrosion

TQ 436+.3

A

1001-5922（2017）01-0061-04

2016-04-30

高念（1994-），男，硕士研究生，主要从事聚合物加工的研究与应用。E-mail：1912185358@qq.com。

管蓉（1956-），女，湖北大学化学化工学院教授，博士研究生导师。主要从事高分子材料的结构与性能、胶粘剂、高分子电解质膜方面的研究。E-mail：rongguan@hubu.edu.cn。