乳液型丙烯酸酯压敏胶的研究

第 21 卷第 3 期
谢 纯等 乳液型丙烯酸酯压敏胶的研究
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柔 韧 性 下 降 、刚 性 增 大 且 润 湿 性 变 差 ， 故 PSA 的 初 粘 力和剥离强度不升反降。 另外，PSA乳液黏度随AA 含量增加而升高（这是由于AA与其他单体共 聚时， -COOH主要分 布在乳胶粒 表面， 并且乳 胶粒 表 面 -COOH之 间 的 相 互 作 用 力 随AA含 量 增 加 而 增 强 ， 故乳液黏度随之增大）。 综合考虑，选择w（AA）=6%（相 对 于 单 体 总 质 量 而 言 ） 时 较 适 宜 ， 此 时 PSA 的 综 合 性 能相对最好。
本研究以丙烯酸酯类单体为主要原料、过硫酸 铵 （APS）为引 发 剂 、非 离 子 型 乳 化 剂 （OP-10）/十 二 烷 基 硫 酸 钠 （SDS）为 复 合 乳 化 剂 和 硫 酸 铝 为 化 学 交 联剂，采用乳液聚合法合成了丙烯酸酯类 PSA；然后 利用单因素试验法优选出制备该 PSA 的最佳配方， 以期为进一步提高其综合性能研究提供理论依据。
2012 年 3 月第 21 卷第 3 期 Vol．21 No．3，Mar. 2012
中国胶粘剂 CHINA ADHESIVES
（943）- 35 -
乳液型丙烯酸酯压敏胶的研究
谢 纯， 陈 建， 崔汶静， 金永中
（四川理工学院材料腐蚀与防护重点实验室，四川 自贡 643000）
摘 要 ：以 丙 烯 酸 丁 酯 （BA）、 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 （MMA） 和 丙 烯 酸 （AA） 为 反 应 单 体 ， 过 硫 酸 铵 （APS） 为 引 发 剂 ，非 离 子 型 乳 化 剂 （OP-10）/十 二 烷 基 硫 酸 钠 （SDS）为 复 合 乳 化 剂 ，硫 酸 铝 为 化 学 交 联 剂 ，采 用 乳 液 聚 合 法 合 成 了 丙 烯 酸 酯 PSA （ 压 敏 胶 ）。 研 究 结 果 表 明 ： 当 w （BA） =80% 、w （MMA） =14% 、w （AA） =6% 、 w （APS）=0.4% 、w （ 硫 酸 铝 ）=2.0% 、w （ 复 合 乳 化 剂 ）=6% 且 m （OP-10）∶m （SDS）=2 ∶1 时 ， 相 应 PSA 的 固 含 量 （54.41%）较 高 、黏 度 （140 mPa·s）较 低 以 及 耐 热 性 良 好 ，并 且 其 180°剥 离 强 度 （2.79 N/mm）、初 粘 力 （16 号 钢 球 ）和 持 粘 力 （>24.0 h）俱 佳 。
2.2 引发剂含量对PSA性能的影响 在其他条件保持不变的前提下[如w（复合乳化
剂 ）=6% 且 m （OP-10）∶m （SDS）=2∶1 等 ]， 引 发 剂 （APS） 含量对PSA性能的影响如表2所示。 由表2可知：随着 APS含 量 的 不 断 增 加 ，PSA的 黏 度 降 低 ，初 粘 力 增 大 ， 持粘力和剥离强度呈先升后降态势。
1.84
优
这是由于AA含量越多，聚合 物的极性、聚 合物 分 子 间 的 交 联 概 率 越 大 ，致 使 聚 合 物 的Mr越 来 越 高 ， PSA内 聚 力 、PSA与 基 材 之 间 的 相 互 作 用 力 也 越 来 越 强，故PSA的持粘力和 剥离强度 也随之增大 ；然而， 当AA含 量 过 多 时 ，PSA的 极 性 和 Mr过 大 ， 致 使 PSA 的
公司；持粘力测试仪，济南兰光机电有限公司。
1.3 PSA 及其胶带的制备 （1）未调节 pH 值胶液的制备：将全部的去离子
水 、引 发 剂 （APS）、复 合 乳 化 剂 及 部 分 单 体 加 入 到 四 口烧瓶中， 在一定温度时快速搅拌反应若干时间， 缓慢升温至 80 ℃；然后均匀滴加剩余单体（1 h 内滴 毕），恒温 搅拌 30 min；升温至 90 ℃搅拌 30 min，降 温至 60 ℃（按要求可同时调节 pH 值）即可。
2.1 软/硬单体质量比对PSA性能的影响 本研究以BA为 软单体、MMA为硬 单 体 和AA为
功 能 单 体 ， 在 其 他 条 件 保 持 不 变 的 前 提 下 （ 如 AA 含 量 不 变 等 ），通 过 改 变m（软 单 体 ）∶m（ 硬 单 体 ） 比 例 来 调 节 共 聚 物 的Tg（玻 璃 化 转 变 温 度 ），则 相 应PSA的 性能如表1所示。
1.2 试验仪器 HH-2 型数显恒温 水浴锅 、JJ-1 型 精 密 增 力 电
动搅拌器，常州国华电器有限公司；NDJ-97 型旋转 黏度计， 上海昌吉地质仪器有限公司；RGM -50 型 微机控制电子万能试验机，深圳市瑞格尔仪器有限 公司；初粘力测试仪，济南三泉中石实验仪器有限
水介质（或其他液体介质）中，会产生相互孤立的乳 胶粒[5] 。 在自由基聚合反应（本体聚合、溶液聚合、悬浮 聚合和乳液聚合）中，乳液聚合具有其独特的优势[4]。
13 3.0
1.63
良
0.4 55.83 160
16 6.0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.17
优
0.6 57.25 120
16 2.0
2.05
中
0.8 58.21 90
16 1.5
1.85
差
这 是 由 于APS含 量 越 多 ，反 应 越 剧 烈 ， 聚 合 物 的 Mr（相 对 分 子 质 量 ）越 低 ， 故 PSA 的 润 湿 性 变 好 ， 初 粘 力、持粘力及 剥离强度也 随之增强；然 而，当APS含 量 过 多 时 ， 链 终 止 反 应 速 率 增 大 ， 聚 合 物 的 Mr降 低 ， 并且其抵抗外力作用的能力变差，故PSA的持粘力和 剥离强度不升反降。 综合考虑，选择w（APS）=0.4%（相 对 于 单 体 总 质 量 而 言 ） 时 较 适 宜 ， 此 时 PSA 的 综 合 性 能相对最好。
1.4 测试与表征 （1） 固 含 量 ： 采 用 称 重 法 进 行 测 定 （ 烘 胶 温 度 为
105 ℃，烘胶时间为 60 min）。 （2） 黏 度 ： 采 用 旋 转 黏 度 计 进 行 测 定 （ 测 试 温 度
为 25 ℃，4 号转子，转速为 12 r/min）。 （3）初 粘 力 ：按 照 GB/T 4852—2002 标 准 ，采 用
表 1 软/硬单体质量比对 PSA 性能的影响 Tab.1 Effect of mass ratio of soft monomer to hard monomer on properties of PSA
m（BA）∶ 理论 w（固含 黏度 初粘 持粘 180°剥离强 耐热 m（MMA） Tg/℃ 量）/% /（mPa·s） 力（球号） 力/h 度/（N·mm-1） 性
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中国胶粘剂
第 21 卷第 3 期
（2）PSA 的制备：将上述未调节 pH 值的胶液升 温至一定温度，边搅拌边缓慢滴加一定量的 0.1 mol/L 硫酸铝溶液；滴毕后反应 1 h，冷却至 60 ℃，同时调 节 pH 值即可。
（3）PSA 胶带的制作： 将一定量的 PSA 乳液均 匀 涂 敷 在 一 定 长 度 的 牛 皮 纸 （宽 25 mm）上 ，105 ℃ 烘干 3 min 后，得到干胶厚度为（2±1） μm 的 PSA 胶带。
w（AA） w（固含 黏度
初粘 持粘 180°剥离强 耐热
/% 量）/% /（mPa·s） 力（球号） 力/h 度/（N·mm-1） 性
2 55.65 110
10 2.0
1.78
良
4 55.76 130
13 5.0
2.03
优
6 55.85 160
16 6.0
2.17
优
8 56.10 270
15 9.0
70∶24 -23.25 55.04 130 13 12.0 2.53 差 75∶19 -29.17 55.76 140 15 8.0 2.25 中 80∶14 -34.81 55.85 160 16 6.0 2.17 优 85∶9 -40.19 52.29 80 16 4.5 1.91 优
由表1可知： 随着共聚物中软单体比例的不断 增 加 ，Tg不 断 降 低 ，PSA初 粘 力 逐 渐 增 强 （软 单 体 越 多，PSA对基材的润湿性越好所致）， 持粘力和剥离 强 度 呈 下 降 态 势 （这 是 由 于 硬 单 体 比 例 越 少 ，PSA 内
收 稿 日 期 ：2011-09-05 ； 修 回 日 期 ：2011-11-28 。 作者简介：谢纯（1986—），重庆忠县人，在读硕士，主要从事高分子材料与炭材料等方面的研究。 E-mail：chunxie2100@ 通讯作者：陈建。 E-mail：jchenzg@
表 2 引发剂含量对 PSA 性能的影响 Tab.2 Effect of initiator contents on properties of PSA
w（APS） w（固含 黏度 初粘 持粘 180°剥离强 耐热 /% 量）/% /（mPa·s） 力（球号） 力/h 度/（N·mm-1） 性
0.2 55.45 230
（6）耐热性：将胶带粘贴在光滑钢板上，90 ℃静 置 24 h 后冷却至室温； 然后将胶带从钢板上剥离， 若钢板上的残胶量越少，则说明其耐热性越好。
（7）pH 值：采用 pH 试纸进行测定。
2 结果与讨论
聚强度和拉伸强度越低，故持粘力和剥离强度也随 之下降），耐热性随之变好。
综合考虑，选 择m（BA）∶m（MMA）=80∶14时较适 宜，此时PSA的综合性能相对最好。
2.3 功能单体含量对PSA性能的影响 在 其 他 条 件 保 持 不 变 的 前 提 下 ， 功 能 单 体 （AA）
含量对PSA性能的影响如表3所示。 由表3可知：随着 AA含 量 的 不 断 增 加 ， 初 粘 力 和 剥 离 强 度 呈 先 升 后 降 态势，持粘力和耐热性逐渐提高。