UV固化丙烯酸酯壓敏膠的制備及性能研究

1、DOI：10.13909/ki.1009-1815.2014.03.003UV 固化丙烯酸酯壓敏膠的制備及性能研究余 雙，張群朝，蔣濤 *(湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430062）摘要：以線性丙烯酸酯共聚物及聚合單體丙烯酸酯為原料，采用光聚合技術(shù)，制備了 UV 固化丙烯酸酯壓敏膠。通過紅外光譜（FT- IR）分析了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)；對壓敏膠的粘接性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：光引發(fā)劑含量為0.40.8phr，官能單體含量為 13phr，軟 / 硬單體配比為 8:2 時(shí)，壓敏膠的綜合性能最佳。關(guān)鍵詞：UV 固化，丙烯酸酯，壓敏膠中圖分類號：TQ436.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1009-1815(

2、2014)03-106-03丙烯酸酯壓敏膠（Pressure-Sensitive Adhesive，PSA）因?qū)Χ喾N基材(陶瓷、金屬、水泥、紙張、木材 等） 具有優(yōu)異的粘結(jié)性能而得到廣泛的應(yīng)用，按 照不同類型，丙烯酸酯壓敏膠可分為溶劑型、乳 液型、熱熔型和光固化型1。近年來，學(xué)者們對溶劑型丙烯酸酯 PSA 作了 大量研究。張翼等2用溶液聚合法制備了溶劑型 丙烯酸酯 PSA。日本東洋油墨制造株式會社發(fā)明 了一種新型防靜電丙烯酸系膠粘劑3。但是隨著 人們對環(huán)保的日益重視，此類技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展受 到限制。乳液型丙烯酸酯 PSA，因工藝簡單和使 用安全等優(yōu)點(diǎn)發(fā)展迅速。宋亦蘭等4制備了乳液 型 PSA。H

3、wang 等5合成了可用于膠片光敏成分 的有機(jī)硅改性丙烯酸酯 PSA。Kajtna 等6合成了丙烯酸酯 /nano-MMT 基 PSA。熱熔型 PSA 是繼 溶劑型 PSA 和乳液型 PSA 之后的第 3 代 PSA 產(chǎn) 品。張欣等7研究了 DOP 對 SIS 型熱熔 PSA 軟化 溫度的影響。荊鵬等8制備了環(huán)保型熱熔 PSA。但 熱熔型 PSA 仍存在著使用溫度高、耗能大、涂布 機(jī)使用壽命短和受熱老化等缺點(diǎn)。UV 固化 PSA 具有無任何溶劑存在，可揮發(fā)成分幾乎為零，良 好的耐水性，很高的強(qiáng)度和較好的耐熱性等優(yōu) 點(diǎn)。陳榕珍等9制備了 UV 固化 PSA。然而，目前 零 VOC 的 UV 固化

4、丙烯酸酯 PSA 研究較少，因此，研究和開發(fā) UV 固化技術(shù)具有重要的學(xué)術(shù)意 義和廣闊的前景。本文通過調(diào)控軟 / 硬單體的配比、活性稀釋 單體和光引發(fā)劑的用量等制備了不同系列的 UV 固化丙烯酸酯 PSA。利用 FTIR 對 UV 固化丙烯 酸酯 PSA 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并研究了聚合單體及光引發(fā)劑等對壓敏膠性能的影響。1實(shí)驗(yàn)部分1.1 實(shí)驗(yàn)原料丙烯酸 -2- 乙基己酯（2-EHA），工業(yè)級，武漢 金諾化工有限公司；丙烯酸十二烷基酯（LA），工 業(yè)級，武漢金諾化工有限公司；甲基丙烯酸甲酯（MMA），分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司； 丙烯酸異冰片酯（IBOA），分析純，廣州五行材料 科技有限公司

5、；1,6- 己二醇二丙烯酸酯（HDDA）， 分析純，長興化學(xué)材料有限公司；苯甲?；?基磷（TPO），分析純，上海金津貿(mào)易有限公司；線 性丙烯酸共聚物（ACM），工業(yè)級，常州海霸橡膠有限公司。1.2 壓敏膠的制備稱取一定量的 2-EHA、LA、MMA 超聲混合 后加入裝有 ACM 的寬口攪拌微型釜中溶脹 3h， 捏合至 ACM 均勻的分散于混合單體中得到基體 樹脂。取適量的基體樹脂，在其中加入 IBOA、 HDDA、TPO，混合均勻后涂布于聚酯薄膜（PET） 上，另覆上 PET 膜片，置于自制的紫外光照裝置 下進(jìn)行輻照。1.3 測試與表征傅立葉紅外光譜儀（FT-IR），NICOLET IS1

6、0， 美國熱電集團(tuán)分子光譜部；初粘性測定按照 GB/T4852-2002；持粘性測定按照 GB/T 4851-收稿日期：2014.03.05通訊作者：蔣濤（1963-），男，教授，博士生導(dǎo)師，研究 方向：新能源材料，醫(yī)用高分子材料等.E-mail:jiangtao第 3 期余雙，張群朝，蔣濤.UV 固化丙烯酸酯壓敏膠的制備及性能研究1071988；180°剝離強(qiáng)度測定按照 GB/T 2792-1998。2.3 官能單體對壓敏膠性能的影響官能單體的種類和用量影響體系的粘度和 施工性能，還影響著體系固化速率。單官能單體 IBOA 和雙官能單體 HDDA 的用量對壓敏膠性 能的影響分別見圖

7、 3、圖 4 及表 2、表 3。圖 3 及表 2 結(jié)果表明，隨著 IBOA 用量的增 加，壓敏膠的初粘力和 180°剝離強(qiáng)度逐步減小，其 持粘力隨著 IBOA 用量的增加先增大后減小。這 是因?yàn)槟z粘劑交聯(lián)點(diǎn)密度降低，體系內(nèi)聚強(qiáng)度降 低，導(dǎo)致內(nèi)聚能破壞的產(chǎn)生，所以剝離強(qiáng)度下降。 圖 4 及表 3 結(jié)果表明，隨著 HDDA 用量的增 加，壓敏膠粘劑的固化時(shí)間先減少后增加。壓敏膠的持粘性能隨著 HDDA 用量的增加逐步增大， 而其初粘性能以及 180°剝離強(qiáng)度都隨著雙官能單體 HDDA 的用量增加而逐漸降低。這是因?yàn)殡S 著雙鍵的含量增長，在雙鍵固化的過程中，膠層 的固化收縮率較高

8、，而且 HDDA 的單體活性很 高，固化速率非常快，體系因體積收縮產(chǎn)生的內(nèi) 聚應(yīng)力來不及釋放，這也是造成膠層的剝離強(qiáng)度 迅速降低的原因。2 結(jié)果與討論2.1 紅外（FT-IR)分析圖 1 為壓敏膠固化前后的 FTIR 圖。比較兩 圖可知，a 圖中位于 1636cm -1 和 1620cm -1 處的 C=C 雙鍵的特征吸收峰在材料完全固化后（圖 b）消失；a 圖中 907cm-1 處的 =CH2 的面外搖擺振動(dòng) 峰也在材料固化后消失，由此可推出，此時(shí)紫外 光固化膠層中所有的雙鍵已完全交聯(lián)固化。圖 1 壓敏膠固化前后的 FT-IR 譜圖(a- 固化前，b- 固化后)2.2 光引發(fā)劑用量對壓敏膠性

9、能的影響光引發(fā)劑 TPO 用量對壓敏膠性能的影響結(jié) 果如圖 2 及表 1 所示。由圖 2 可知，隨著 TPO 用 量的增加，壓敏膠的完全固化所需時(shí)間逐漸減 少，180°剝離強(qiáng)度先增大后減??；在相同固化時(shí)間（180s）下，在 TPO 用量為 0.2phr 時(shí)，由于固化不 完全，其初粘力與持粘力都較??；隨著 TPO 用量的增加，持粘力逐漸增加，初粘力和 180°剝離強(qiáng) 度都是先增大后減小。綜合考慮，光引發(fā)劑用量 在 0.40.8phr 時(shí)綜合性能較佳。圖 3 IBOA 用量對 180°剝離強(qiáng)度的影響圖 2 TPO 用量與壓敏膠完全固化時(shí)間及180°剝離強(qiáng)度的

10、關(guān)系表 1 TPO 用量對壓敏膠的初粘、持粘及殘膠情況的影響圖 4 HDDA 用量對 180°剝離強(qiáng)度的影響表 2 IBOA 用量對壓敏膠的初粘、持粘及破壞類型的影響 TPO 用量 /phr IBOA 用量 /phr 項(xiàng)目項(xiàng)目 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 初粘力 /#初粘力 /#持粘力 /min殘膠情況3311較多殘膠251.3微量殘膠324.6無殘膠306.38無殘膠2716.0無殘膠334.0內(nèi)聚力破壞324.6內(nèi)聚力破壞305.9混合破壞276.7混合破壞持粘力 /min 3.6破壞類型內(nèi)聚力破壞 108 膠 體 與 聚 合 物第

11、 32 卷表 3 HDDA 用量對壓敏膠的初粘、持粘及外觀情況的影響得到 UV 固化丙烯酸酯壓敏膠；壓敏膠粘劑的綜合性能受到軟、硬單體、官能單體、光引發(fā)劑的影 響較大。軟 / 硬單體比例為 8:2，官能單體用量在13phr，光引發(fā)劑用量在 0.40.8phr 時(shí)，膠粘劑的 綜合性能最佳。參考文獻(xiàn)1 楊玉琴，李亞寧.丙烯酸酯壓敏膠的研究進(jìn)展J.信息記 錄材料，2011,12（2）：39-442 張翼,齊暑華,段國晨,等.溶劑型聚丙烯酸酯壓敏膠合成 工藝的研究J.中國膠粘劑,2011,20(4):44-473 中秋尚稔,小島登,桑原泰人,等.防靜電丙烯酸系膠粘 劑: CN 101208403AP.

12、2008-06-254 宋亦蘭,陳建,吳召洪,等.耐熱性乳液型丙烯酸酯壓敏膠 的合成J.彈性體,2012,22(6):24-275 HWANG Y H, CHUNG C B, SONG G S, et al. Photocurable composition for the Formation of pressure-sensitive adhesive layer and dicing tape produced Using the same: US, 2009 075 008P.2009-03-196 KAJTNA J, SEBENIK U. Microsphere pressure se

13、nsitive adhesive-acrylic polymer/montmorillonite clay nano- composite materialsJ. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2009, 29(5):543-5507 張欣,孫玉明,汪晴,等.DOP 對 SIS 型熱熔壓敏膠軟化溫度及體外釋藥性能的影響 J. 中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,2011,42(1)37-418 荊鵬,劉峰,王曉蕾,等.環(huán)保型熔壓敏膠的制備J.化學(xué) 與黏合,2011,33(1):67-709 陳榕珍,成榮明,李國慶,等.UV 固化聚丙烯酸酯壓敏膠

14、 的制備及其性能研究J.中國膠粘劑，2006,15（8）：28-30 HDDA 用量 /phr 項(xiàng)目 0 0.5 1.0 1.5 2.0 初粘力 /#33持粘力 /min 1.8324.6295.3257.2249.1較多絮狀紋路膠粘劑外觀 氣泡較多 較少氣泡 沒有氣泡 沒有氣泡2.4 軟/硬單體的配比對壓敏膠性能的影響以 2-EHA 及 LA 為軟單體，MMA 為硬單 體，研究軟 / 硬單體的配比對壓敏膠性能的影響。 結(jié)果見表 4。由表 4 可知，隨著軟單體用量降低， 膠粘劑的初粘性和 180°剝離強(qiáng)度逐漸減小，持粘 力則隨軟單體用量降低逐漸增大。 這是因?yàn)?-EHA 和 LA 分

15、子鏈比較柔順，當(dāng)軟單體較多時(shí)， 體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）較低，浸潤性好，有足夠的流動(dòng)性及流平性，因而初粘力和剝離強(qiáng)度 較好；當(dāng) Tg 較高的硬單體用量增加時(shí)，壓敏膠的 內(nèi)聚力增加，對粘附物表面的浸潤性降低，初粘 力和剝離強(qiáng)度呈現(xiàn)下降。表 4 軟/硬單體配比對壓敏膠性能的影響m(2-EHA+LA)/ m 初粘力 /# 持粘力 /min 180°剝離強(qiáng)度 (MMA) /KN/m 9:18:27:36:45:533322823152.14.66.98.311.40.460.320.270.210.13結(jié)論采用連續(xù)溶脹分散法得到聚丙烯酸基體樹 脂后，加入光引發(fā)劑 TPO，利用光聚合技術(shù)制

16、備3Preparation and Properties of UV-cured AcrylicPressure Sensitive AdhesivesYU Shuang，ZHANG Qun-chao，JIANG Tao*(Materials Science and Engineering College of Hubei University, Wuchang 430062)Abstract: Selecting the acrylic copolymer and polymerizable monomer as polymer materials and usingphoto-polyme

17、rization technique, to prepare the UV-curable acrylic pressure sensitive adhesive. Characterizing the productsstructure by the Fourier transform infrared analyses and having studied its adhesive properties. The result show that the preferably comprehensive performance of pressure sensitive adhesive is achieved when the content