• PSA | 耐高溫水性丙烯酸壓敏膠技術

    • PSA
    • 2019/02/18

     

    一種提供優良附著力和耐高溫性的新型水性聚合技術

    壓敏膠普遍存在于很多的應用中,例如標簽,包裝膠帶,醫療膠帶,汽車膠帶和廣告貼。壓敏膠主要有兩種化學物質體系:它們是以溶劑,水性或者熱熔膠等形態存在的丙烯酸類和橡膠類。

    水性丙烯酸壓敏膠有很多優點:優良的耐紫外性和熱穩定性,低成本,低危害,環境友好和高固含。傳統上,水性和溶劑型壓敏膠之間的性能差距限制了水性技術在一些要求更高應用領域的應用。業界一直在推動水性技術的邊界以彌補這些差距。

    一種提供優良附著力和耐高溫性的新型水性聚合技術已經開發成功。該乳化技術已經在特種膠帶市場上得以應用;它與主導這一領域的成熟的溶劑丙烯酸膠和UV膠的技術相當,有時甚至超越后者。


    原材料準備

    聚合物鏈之間的交聯對PSA性能至關重要。溶劑體系和水性體系之間的交聯存在一些基本區別,溶劑PSA是一種溶解在溶劑中的聚合物鏈的均相體系,溶劑揮發后,聚合物鏈之間的交聯均勻分布。

    水性PSA是一種聚合物粒子分散在水中的非均相體系,這使得交聯變得有點復雜。水蒸發后,聚合物粒子開始凝聚成膜。交聯可以是粒子內交聯,也可以是粒子間交聯,或者兩者都交聯,這取決于交聯系統。由于交聯網絡的不均勻性,可能存在一些薄弱區域。

    不同類型的交聯劑和功能單體對剝離粘附性能和高溫性能有不同的影響。耐高溫性通過熱剪切失效溫度方法來衡量。

    本課題采用半間歇乳液聚合法制備水性丙烯酸壓敏膠。聚合物含有丙烯酸異辛酯,丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯和丙烯酸,玻璃化轉變溫度(Tg)計算為-40°C。測試樣品為直涂于50.8μm PET上,干膠量50 g/m2,室溫干燥30分鐘然后110℃再干燥 3分鐘。測試樣品被裁成1英寸樣條備180°標準不銹鋼剝離力測試(15分鐘、24小時)和SAFT測試。

    交聯劑影響

    對后交聯劑和交聯單體等幾種交聯劑的研究(表1)。由于環氧基和丙烯酸羧基之間的交聯需要高溫,因此多官能環氧基交聯劑對SAFT和粘結性影響很小。水分散型脂肪族聚異氰酸酯(NCO)能和羧基發生反應生成酰胺并釋放CO2。這將使剝離力降低并將SAFT提升至100°C,多數交聯反應可能粒子間的。

     

    聚碳化二亞胺是一種常用的水性交聯劑。它能降低剝離力并顯著提升SAFT到170°C。由于其疏水性,交聯可以是粒子間和粒子內的兩種交聯類型的混合。三官能團氮丙啶交聯劑能在室溫下同羧基發生反應,顯著降低剝離力和提升SAFT至100°C左右,交聯類型應主要是粒子間的交聯。

    三甲氧基硅烷類交聯劑在成膜的過程中提供了一種可能的交聯機理。其能顯著降低剝離力并提升SAFT至114°C。由于硅烷水解為硅烷醇后的親水性,其交聯可能是粒子間的。

    N-羥甲基丙烯酰胺提供了含有羥甲基基團的自交聯體系。對剝離力和SAFT影響很小。我們將使用此類交聯劑的樣品在50°C情況下老化一周,并在此對樣品進行測試,SAFT結果提升非常大,至200°C。由此可見羥甲基基團的交聯的發生需要提升溫度并且對其SAFT影響很大。

    BDDA(1,4-丁二醇二丙烯酸酯)是一種雙功能丙烯酸酯單體,主要形成粒子內交聯。它能夠提升SAFT至120°C并使剝離力降低。有趣的是使用BDDA交聯劑的24小時剝離失敗模式為內聚破壞。粒子的內部交聯可能引起了粒子間的弱聯合。其可以使膠膜的完整性降低并導致內聚破壞。

    雙丙酮丙烯酰胺(DAAM)添加己二酸二酰肼(ADH)形成常溫可交聯體系。DAAM單體共聚到聚合物骨架中,其羰基在干燥后與二酰肼發生反應,在室溫下形成交聯。它使剝離力降低并使SAFT明顯增加。由于其物性和較慢的化學反應,它是一種可提供粒子內與粒子間交聯的有效交聯單體,使得交聯在粒子聚結之后能夠繼續進行。

    功能單體的影響

    探討了羥基(OH)功能單體和幾種不同類型的含氮功能單體對SAFT的影響, 表2顯示了不同功能單體對SAFT的最小影響,樣本6除外。羥基單體與含氮單體4的結合似乎對SAFT有很強的影響,僅是含氮單體4(樣品7)和羥基單體(樣品2)的存在并不會導致SAFT的急劇增加。 

    采用動態力學分析(DMA)對樣品1和6進行表征。結果表明,在高溫下,樣品6的儲能模量(G ')增加。這是交聯反應導致SAFT增加的跡象。交聯的實際機理正在進一步研究中。

    技術原型

    不同的交聯機制對耐高溫性能有不同的影響。從根本上說,還需要從結構/性能方面進行更多的研究,以充分理解不同的交聯機制如何影響SAFT。通過這項研究工作,我們開發了一種新型的水性丙烯酸壓敏膠,具有優異的附著力和較高的安全性。新的水性壓敏膠通過與UV固化丙烯酸單體技術和溶劑壓敏膠等市場領先的膠帶產品進行基準測試對比,如圖1所示。新的水性技術與UV固化膠和溶劑壓敏膠具有相近的粘附性能和SAFT。

     

    新的水性壓敏膠也做了在不同液體中的浸泡測試,包括水,汽油,甲乙酮,異丙醇和10W30機油(如圖2)。樣品面材為50.8μm厚的鋁箔并做90°剝離測試。它浸泡后表現出良好的剝離力保持性能。

    基于這種新型水性技術的高剝離高剪切的性能,我們把它帶到另一個增粘的應用層面并開發了一款新型的水性低表面能壓敏膠,其對低表面能材料具有良好的粘附性,初粘和高剪切。水性低表面能壓敏膠的參照樣為使用UV固化技術的主流市場低表面能膠帶產品,圖3顯示了新的水性低表面能壓敏膠和UV固化低表面能壓敏膠的性能對比,它們的剝離、初粘和剪切都非常有可比性。同時還對浸泡在不同液體中的剝離力保持度進行了測試(見圖4),與紫外技術相比,結果非常好。


    結論

    昕特瑪化學開發出了具有優良附著力和耐高溫性能的水性丙烯酸新技術,源于該技術的水性低表面能壓敏膠同時也具有很好的初粘,剝離和剪切力平衡。這兩種產品在不同的液體中浸泡后的剝離力保持度都很好。這為水性丙烯酸壓敏膠應用于高端特種膠帶打開了大門。這些產品擁有高于溶劑丙烯酸壓敏膠的固含,可提高涂布效率。在今天的特種膠帶應用上,它們也擁有相當于或者高于一流產品的性能。


     

    熱銷產品

    中拉型氣相硅橡膠是硅膠產品一種常見性能硅膠制品

    中拉型氣相硅橡膠是硅膠產品一種常見性能硅膠制品

    中拉型氣相硅橡膠是硅膠產品一種常見性能硅膠制品

    MD5151是一種長壽命周期的硅橡膠,在固化狀態下硬度為50(邵氏A),可用于制造具有優異抗疲勞性的硅橡膠產品。

    具有比一般膠更好的透明度可達到液體膠透明度高抗撕的固態膠。

    沉淀硅橡膠是硅膠產品一種常見性能硅膠產品