无溶剂辐射固化丙烯酸压敏胶的性能和制备*

邵康宸

（西安航空职业技术学院 航空材料工程学院，陕西 西安 710089）

化学在人们日常生活中的地位越来越重要，它带给人们方便和好处的同时也引起了一系列的问题，最为严重的问题即对环境的污染和破坏。随着人们环保意识的提高，对化学产品的要求也越来越高。无溶剂辐射固化型丙烯酸酯压敏胶是一种高效、节能、环保的新型胶粘剂[1,2]，所以它已成为胶粘剂行业的焦点。本研究希望以聚氨酯丙烯酸酯作为预聚体，二甲基丙烯酸酯作为稀释剂，丙烯酸作为增粘树脂，羟基环己基苯酮和二苯甲酮作为光引发剂，制备性能优异的无溶剂辐射固化型丙烯酸压敏胶。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

聚氨酯丙烯酸酯（UV-7605）（工业品 长兴化学材料有限公司）；环氧树脂（EP815）、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯（EM3260），工业品，国药集团化学试剂有限公司；1-羟基环己基苯酮（184）（工业品 汽巴公司）；丙烯酸（工业品3M 公司）。

QC-300 型光固化机（河北保定勤诚电子设备厂）；DRL-2 型热老化试验箱（常州市国立试验设备研究所）；QFH 型漆膜划格仪（上海精密科学仪器有限公司）；FA1004N 型电子天平（上海精密科学仪器有限公司）。

1.2 制备

准备实验所用小烧杯、玻璃棒以及所用试剂；称取一定量EM3260 置于烧杯中；按一定比例称取一定量光引发剂184，加入盛有EM3260 的烧杯中，搅拌使其完全溶解；按配方分别称取预聚体、增粘树脂丙烯酸，然后将其混合；搅拌至体系混合均匀，固化后观察并记录其表观现象。

1.3 测试与表征

（1）压敏胶的固化 将体系混合搅拌均匀后，用玻璃棒蘸取少量胶液均匀涂于PET 薄膜上，置于光固化机中，至完全固化，测试各自固化时间。

（2）初粘力测定将混合均匀的胶液涂于提前准备好的长 5cm、宽 2cm 的 PET 薄膜（25μm）上，涂胶部分长2cm、宽2cm，将两片薄膜粘合后施加一定压力，然后放入光固化机中，固化完全后，胶膜两侧施加拉力拉伸直至断裂[3]。

（3）耐老化性测定将固化好的两片PET 薄膜放入老化箱中，温度设为70℃，放置7d 后取出，胶膜两侧施加拉力拉伸直至断裂，记录粘结强度。

（4）附着力测定 将胶液固化后，用漆膜划格仪在胶膜上划出一百个小方格，然后用胶带粘贴，按90°或180°两种方式用力迅速地撕掉，连续3 次，要求胶膜100%没有脱落。如果全部脱落记为“差”，脱落了一部分记为“中”，脱落了一小部分记为“较好”，一点都没脱落记为“好”。

2 结果与讨论

2.1 预聚体对体系性能的影响

2.1.1 预聚物对成膜性的影响 选用UV-7605 和EP815 作为基体树脂预聚物，当UV-7605 和EP815的配比不同时，压敏胶成膜效果不同。

当预聚物为 UV-7605∶EP815=2∶1 时，固化后，胶膜的收缩率较大，成膜性差，胶膜脆性大。当预聚物为 UV-7605∶EP815=1∶1 时，辐射固化后，胶膜的收缩率与上相比，有所改善，但依然不是很理想。当预聚物仅为UV-7605∶EP815=1∶2 时，辐射固化后，成膜性很好，几乎没有收缩，且胶膜韧性好。当UV-7605 含量较多时，因为其分子中含有柔性基团，作用力较小，从而分子的柔韧性较好，保持了较好的柔韧性和良好的粘性[4,5]，而使胶液过粘，导致涂抹不均匀。当EP815 含量较多时，因其分子本身含有羟基和芳环，使胶膜有较高的刚性和强度，导致胶膜较脆很难成膜。

因此，将UV-7605 和EP815 按一定配比混合均匀，压敏胶膜可以均匀涂布于离型膜上成膜性较好。

2.1.2 预聚物对初粘力的影响

表1 为不同预聚物配比与压敏胶初粘力的关系。

表1 预聚物配比与压敏胶初粘力的关系Tab.1 Relationship between prepolymer ratio and initial adhesion of pressure sensitive adhesive

由表1 可知，预聚物种类对丙烯酸压敏胶的初粘力影响较大，随着预聚物EP815 的含量增加，压敏胶初粘力越来越大，单独使用EP815 时，压敏胶初粘力达到最高。这是因为EP815 分子中含有强极性-OH，而丙烯酸压敏胶所用基材大部分为极性材料，所以接触面能够很好的被润湿，因此初粘力得到提高。

综合考虑，预聚物选择 UV-7605∶EP815=1∶2 较为适宜。

2.2 丙烯酸含量对体系性能的影响

2.2.1 丙烯酸含量对体系黏度的影响

图1 丙烯酸含量对体系黏度的影响Fig.1 Effect of acrylic acid content on viscosity of the system

由图1 可知，体系的黏度随增粘树脂丙烯酸含量的增多而发生变化，随着丙烯酸含量的增加，体系黏度越来越大，当丙烯酸含量超过体系的3%时，体系黏度达到最大，为8000MPa·s，继续增加增粘树脂丙烯酸的含量，体系黏度不再增加。

2.2.2 丙烯酸含量对初粘力的影响

图2 丙烯酸含量对初粘力的影响Fig.2 Effect of acrylic acid content on initial adhesion

由图2 可知，增粘树脂丙烯酸含量的变化对体系初粘力的影响较小，随着丙烯酸含量的增加，体系初粘力有所提高，当丙烯酸的含量大于2%时，初粘力几乎保持不变。当丙烯酸用量较少时，体系单体反应不完全，气味较大，内聚能力较小，因此，初粘力较低。

综合考虑，选择增粘树脂丙烯酸含量为3%时较为适宜。

2.3 光引发剂含量及固化时间对体系性能的影响

2.3.1 对粘结强度的影响 PET 薄膜（25μm）的撕裂强度为2N·mm-1，“>”代表固化后用力向两侧平行拉伸，薄膜未粘结处发生断裂，而胶层处完好；“<”代表固化后用力向两侧平行拉伸，胶层破坏发生断裂；“=”代表介于以上两者之间。表中符号，前者代表未老化的粘结强度，后者代表老化后的粘结强度。

表2 光引发剂含量及固化时间对粘结强度的影响Tab.2 Effect of photoinitiator content and curing time on bond strength

由表2 可以看出，随固化时间变长和光引发剂含量增大，压敏胶的粘结强度增大。其粘结强度等于或大于PET 薄膜的撕裂强度。压敏胶体系在没有得到紫外光充分固化的情况下，经热老化后，其胶层的粘结强度有所提高。这主要是因为紫外光辐射固化时间不充足，体系胶层中的双键没有反应完全，而在相对较高的温度下，会引起胶层中双键的部分后固化交联，从而导致体系交联密度上升，内聚强度升高，因此粘结强度提高。同时，老化前粘结强度较高的组分，经老化后其粘结强度依然较高，说明该胶粘剂具有优异的耐老化性能。当固化时间大于60s，光引发剂含量大于3.5%时，辐射固化后，压敏胶粘剂的粘结强度很大，经过耐老化性能测试后，其粘结强度依然很好。

2.3.2 对附着力的影响

表3 光引发剂含量及固化时间对附着力的影响Tab.3 Effect of photoinitiator content and curing time on adhesion

由表3 可以看出，当光引发剂含量为3.5%和4.0%，固化时间为60s 时，胶层在PET 薄膜没有脱落，附着力最好。

综合考虑，选择光引发剂含量为3.5%、固化时间为60s 较为适宜。

3 结论

（1）以 UV-7605 和 EP815 作为预聚体，丙烯酸作为增粘树脂，二甲基丙烯酸酯作为稀释剂，羟基环己基苯酮作为光引发剂，制备了性能优异的无溶剂辐射固化型丙烯酸压敏胶。

（2）通过对丙烯酸压敏胶的成膜性、固化时间、初粘力、粘结强度、附着力和耐老化性能测试，研究讨论了预聚体、增粘树脂、光引发剂等对其性能的影响。结果得出，各组分含量为:UV-7605∶EP815 为 1∶2，丙烯酸：3%；光引发剂：3.5%，辐射固化时间为60s时，可制得成膜性好，初粘力高，附着力和耐老化性优良的辐射固化型丙烯酸压敏胶。