摘要:
压敏胶是一类在生活中应用十分广泛的高分子材料,相较于其他类型压敏胶品种而言,丙烯酸酯类压敏胶成分简单,耐候性优良,毒性较小。随着社会对环境保护的日益重视,环保型压敏胶的发展成为必然之势。UV本体聚合具有反应速率快、反应程度可控和节能环保等特点。本文对压敏胶的宏观性能进行了总结并分析了其影响因素,解释了紫外光引发和固化的机理,对压敏胶的发展现状及趋势进行了总结。根据相关文献及资料对紫外光引发丙烯酸酯类单体制备压敏胶进行了实验方案及性能的设计,并对实验变量和压敏性能结果的影响趋势做了推测和分析。
关键词: 紫外光;丙烯酸酯;压敏胶
1 引言
压敏胶粘剂(PSA)是一种与基材接触后会产生显著黏着力而无需发生化学反应的材料。目前发达国家的胶粘剂发展水平较为领先,产品种类齐全,我国的UV固化胶粘剂相较而言起步较晚技术仍有待提高,许多领域仍依赖进口,因此UV固化压敏胶研究仍有很大发展空间。这种材料在日常生活中起着重要,应用范围从透明胶带到手术切口的修补十分广泛[1]。压敏胶的粘结性能的评价标准主要有初粘性能、持粘性能和剥离强度。目前常见的压敏胶主要分为四种类型:溶剂型、乳液型、热熔型和紫外光聚合型压敏胶,其中溶剂型压敏胶由于近些年来能源的价格日益上涨,溶剂的成本也不断增高,并且溶剂在压敏胶的涂布过程中还存在挥发现象,会对环境造成压力,这些因素使得溶剂型压敏胶的使用减少[2]。而乳液型和热熔型压敏胶由于涂布性能较低和能耗较大等原因,其应用范围受到限制。因此,UV聚合型压敏胶受到研究学者的广泛关注。
丙烯酸酯类单体被广泛用于聚合压敏胶(PSA)。这类合成的丙烯酸酯类压敏胶具有优异的性能。它们的饱和性使它们透明、无色,不会因阳光或氧化而变黄。多官能度丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯是最广泛用于光聚合的单体。多官能度单体的UV固化可产生高度交联的网络,该网络具有高的热稳定性,机械强度和耐溶剂吸收性[3]。紫外光引发固化型的压敏胶通常为无溶剂配方组成,不会对环境产生额外负担。并且固化过程采用紫外光源低温固化,无热损耗。但是目前国内的UV型压敏胶生产技术还存在一些问题有待进一步研究,如压敏胶紫外光照射的最佳时间,照射时间较短时,聚合不完全导致单体的转化率较低;照射时间长,则容易出现光敏预聚物爆聚的情况;较强的辐射强度将会有可能损坏基材;涂布时单体仍然会挥发一些;应用成本较高等。
1.1 丙烯酸酯类压敏胶概述
压敏胶又称不干胶,常应用于标签、胶带等领域。常见的压敏胶种类有橡胶型压敏胶、热塑弹性体型压敏胶、和丙烯酸酯类压敏胶等。橡胶型压敏胶的主要由橡胶和增粘树脂、溶剂等组成,具有较高的内聚强度,但体系中含有大量的不饱和双键使得压敏胶的耐老性较差,通常通过添加增粘树脂或交联等方法进行增塑[4]。热塑弹性体型压敏胶主要由热塑性弹性体和增粘树脂组成,该压敏胶在加热熔融后具有一定流动性,冷却后还有一定内聚强度,但其使用过程的能耗较高。相比于其他压敏胶,丙烯酸酯类压敏胶具有以下优点[5]:①成分简单:丙烯酸酯类PSA的Tg较低且不含不饱和双键,因此配方中无需加入增黏剂、防老剂等助剂,即可在使得压敏胶在室温下具有一定粘性和耐老性能。②耐候性优良:压敏胶体系中不含有不饱和键,在户外的只用中也能具有优异的性能。③使用安全:丙烯酸酯类PSA通常对人体无毒无害,使得其可以被应用在食品包装及生物医用等方面。
1.1.1 丙烯酸酯类压敏胶的组成
丙烯酸酯类压敏胶合成时的组分主要分为以下三类[6]:
(1)软单体,主要为烷基丙烯酸酯类单体,通常分子中碳原子数为4~12,是压敏胶组成中含量最高的单体,决定了压敏胶的基本性能。软单体通常具有较长的侧链,起到了减弱分子间相互作用即内增塑的作用,使得其玻璃化转变温度Tg远低于室温。软单体赋予了压敏胶良好的初粘性能,因此又称粘性单体,但由于其内聚强度较低因此需要配和硬单体共聚使用。常见的粘性单体有:丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)等。
(2)硬单体,是一类玻璃化温度Tg较高的单体,硬单体的加入可以起到提高压敏胶的Tg扩大了压敏胶的使用温度范围的作用。硬单体又称为内聚单体,可以为压敏胶提供良好的内聚强度,改善压敏胶的耐候性和粘结性能。值得注意的是,硬单体与软单体的共聚配比对压敏胶的压敏性能会产生直接影响。只有配比得当才能制备出初粘性与内聚强度均优异的压敏胶。常用的有甲基丙烯酸乙酯(EMA)、醋酸乙烯酯(VAc)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(St)等。
(3)交联单体,是一类带有不饱和键可以用来交联固化的烯类单体,又称功能单体。通常这类单体带有极性官能团,在压敏胶配方中少量加入即可起到显著改善压敏胶内聚强度、粘结性能、耐老性等性能的作用。可与软、硬单体共聚的常用交联单体包括:甲基丙烯酸烯丙酯(ALMA)、己二酸二酰肼(ADH)和双丙酮丙烯酰胺(DAAM)等。
1.1.2 丙烯酸酯类压敏胶的分类
1)溶液型丙烯酸酯类压敏胶
上世纪70年代左右的丙烯酸酯压敏胶多以溶剂型为主,溶剂型丙烯酸酯PSA的主要由粘性单体、内聚单体、交联单体在溶剂中进行自由基聚合制得。溶液聚合法[8]的优点是聚合在溶剂中进行,整个过程中体系的黏度不高,有利于反应热的传递,不易出现自动加速现象,便于反应温度的控制,减弱了凝胶效应。在应用于一些涂料、胶粘剂时可直接使用不必除去溶剂。
但是溶液聚合法同时也有缺点:①聚合速率慢:由于溶液聚合在溶剂中进行使得单体的浓度较低,而聚合的速率与单体浓度呈正相关,在实际生产中会使得设备的产出率较低。②聚合物分子量低:溶液聚合中聚合物的分子量与单体的浓度呈正相关,低浓度导致低分子量,此外由于体系中有溶剂,分子量还会受到向溶剂链转移的影响,不同溶剂的链转移常数不同,对分子量的影响的程度也不同。③溶剂分离成本高:在一些特殊应用场合需要分离体系中的溶剂,对溶剂的分离和回收无疑会增加实际工业生产中的成本。④环保成本高:生产中常用的溶剂大多有毒、易燃、易挥发,对环境安全和人身健康造成威胁,因此目前溶液型丙烯酸酯的已渐渐向更为环保的乳液型和光固化型转变。另外,溶液型丙烯酸酯PSA在高温下的压敏性能不佳,尤其体现在持粘力上,通常会通过加入交联单体共聚形成交联网络来改善PSA的耐高温性能。
Zhang[9]等采用溶液聚合法添加二甲苯二异氰酸酯(MDI)作为交联剂制备溶液型丙烯酸酯压敏胶。研究了在不同交联密度下,压敏胶的热学及流变性能。随着MDI的含量增加,压敏胶的玻璃化转变温度升高,耐热性增加,且交联后的粘合剂弹性模量和零切黏度均有增加,当交联剂含量为0.5 wt%时,PSA样品表现出最佳180°剥离强度。Marta[10]等以金属螯合物乙酰丙酮锆(ZrACA)为交联剂制备溶剂型丙烯酸酯PSA,结果表明交联剂的加入改善了压敏胶的耐高温性和耐水性,但会使压敏胶的初粘性下降。刘明珠[11]等通过溶液聚合,制备了以乙酸乙酯为溶剂的溶剂型丙烯酸酯PSA,所得压敏胶具有超低剥离强度,实验主要研究了不同交联剂对压敏胶性能的影响。结果表明:随着交联剂含量的增大,压敏胶的剥离强度下降,耐热性、耐水性、耐老化性均得到改善。其中,外交联剂六亚甲基二异氰酸酯三聚体(N3390)的性能最佳。
2)乳液型丙烯酸酯类压敏胶
乳液聚合体系中含有单体、引发剂和乳化剂,单体在水中分散成乳液状。与溶液型丙烯酸酯类压敏胶相比,乳液型丙烯酸酯类压敏胶优点有:①聚合时间短,产物的分子量较高,并且能够在低温下进行聚合。②以水作为聚合介质,成本低,环保安全。
但同时乳液型丙烯酸酯类压敏胶耐水性、耐热性和耐老化性较差,产物中易存在乳化剂残留,目前乳液型丙烯酸酯类压敏胶存在初粘力与剥离强度的平衡问题尚待改善。Qu等[12]通过改变种子阶段表面活性剂的含量,采取半连续种子乳液聚合法制备得到了一系列具有不同粒径的丙烯酸酯胶乳,并测定了聚合物的粘合性能。研究发现随着体系中添加的表面活性剂的量降低,PSA胶乳粒子尺寸的增加,粒子的正电位降低。较小的粒子具有较高的剥离力,剪切阻力随粒径的减小而降低。常见的丙烯酸酯交联方式有外加交联剂、加热、辐射等方式。Lee等[13]以二异氰酸酯作为交联剂,采取乳液聚合法合成丙烯酸酯压敏胶,研究了二异氰酸酯的添加量对PSA粘结性能和内聚性能的影响。随着交联剂含量的增加,合成PSA样品的剥离强度和粘性降低,确定最大应力和剪切应变降低。结果表明交联通常会改善PSA在与柔性应用相关的使用性能,但是过高的交联密度对PSA的柔韧性和粘合特性产生负面影响。张蕊[14]等以双丙酮丙烯酰胺(DAAM)配和适量己二酸二酰肼(ADH)作为复合外交联体系进行乳液聚合合成了丙烯酸酯PSA。研究了软、硬单体的配比及交联剂用量对压敏胶性能的影响。结果表明:当软、硬单体的质量比为85:15时,制备得到的压敏胶压敏性能最佳;当DAAM含量小于0.5 wt%时,能够在不过多损失初粘力和剥离强度的前提下,使压敏胶的高温持粘力得到显著提高。王荣等[15]以N-羟甲基丙烯酰胺(N-MAM)为内交联剂,十二烷基硫醇(NDM)为链转移剂(CTA)采用半连续种子乳液聚合的方法,制备了内交联型丙烯酸酯压敏胶,实验研究了链转移剂和内交联剂的含量对压敏胶(PSA)乳液性能的影响。研究发现:PSA的初粘力和剥离强度与体系中链转移剂含量呈正相关而持粘力与链转移剂含量呈负相关,这是因为链转移剂的含量增加使得乳胶粒粒径减小,从而扩大了胶粘剂与基材的接触面积。当内交联剂含量增大时,压敏胶的抗蠕变能力增强,内聚强度增大,但对基材的润湿性降低,使得PSA的持粘力增大初粘力减小。
3)热熔型丙烯酸酯类压敏胶
热熔型压敏胶(HMPSA)是一类在熔融状态下进行涂布,冷却固化后施以一较小力即可粘接的压敏胶。通常热熔型压敏胶的体系中主要组成是热塑性弹性体,无有机溶剂,因而对环境的污染较低。但热熔型压敏胶受热易老化且生产过程能耗较大对设备的使用温度要求较高。Gu等[16]研究了N-羟乙基丙烯酰胺封端的聚(1-丙交酯-共-ε-己内酯)组合物(MM)对丙烯酸热熔胶性能的影响趋势。结果表明,聚合物的粘合性能很大程度上取决于MM中丙交酯的含量。随着丙交酯含量的增加内聚强度增大,硬度增大;此外,可以通过调节丙交酯的含量,调节粘接和剥离强度平衡,以获得最佳的粘接性能。
4)无溶剂型丙烯酸酯类压敏胶
无溶剂型丙烯酸酯类压敏胶是一类具有广阔发展前景的新型压敏胶,其组成中无有机溶剂和水,通过加入适量链增长剂和交联剂在紫外光或者电子术辐射后制得的压敏胶。它具有电绝缘性能优异,耐水性良好的优点,且不含乳化剂,应用广泛。Czech[17]等制备了无溶剂型丙烯酸酯类压敏胶粘剂,研究了无溶剂丙烯酸PSA的新合成方法包括在反应器中进行聚合反应(除去溶剂)和在载体上进行聚合反应。于龙英等[18]采用低温本体聚合法制备无溶剂型丙烯酸酯PSA,研究了该PSA聚合工艺的共聚组成方案。研究结果表明,由于丙烯酸酯类单体易引发,且引发后具有十分活泼的链自由基,使得其均聚过程聚合速率过快体系粘度极剧增大,易产生自动加速现象发生爆聚形成凝胶。因此,需在单体中添加适量的共聚单体进行本体聚合,以使体系中链自由基活性适当降低,达到减弱自动加速现象的目的。
1.1.3 压敏胶的粘结机理及影响因素
压敏胶的粘结机理通常可以分为两个方面,一是基材的表面不完全凭证,存在细小的空穴,通过在压敏胶粒子与黏结体表面间产生的机械啮合的作用产生粘结力;二是当压敏胶分子与基材间的距离小于0.5 nm时,分子间会产生近程范德华力作用,主要为静电作用,例如可在胶粘剂体系中添加功能单体提供极性基团来改善界面间的极性和增大静电作用力。
压敏胶的破坏主要分为界面破坏和内聚破坏,其中界面破坏是指胶粘剂与基材在界面处的剥离破坏,发生的主要原因是胶粘剂自身的粘合性较差;内聚破坏主要表现为胶层的破坏,这种表现形式主要由压敏胶的内聚强度决定。压敏胶的压敏性能有三个评价指标:初粘力、持粘力、剥离强度。
1)初粘力
初粘力是指在较小压力下压敏胶与基材快速接触所产生的黏接强度的能力[19] 。压敏胶的初粘力由热力学和动力学两个因素控制。一般来说压敏胶对基材进行粘结需要具备对基材的润湿能力。当压敏胶的蠕变柔量1s到达1 cm2/N时能够浸湿基材[20]。动力学方面,压敏胶在低储能模量条件下可以在较低的压力下在黏结体表面产生流动即可以润湿,增大了与粘结体间的接触面积,产生初粘性。
2)持粘力
持粘力是指压敏胶在恒定剪切应力下抵抗剪切形变的能力。在持粘力测试实验中,起始剪切力发生迅速,使得压敏胶表现为弹性响应;随后剪切应力的作用频率变得极小,此时压敏胶主要表现为粘性流动。因此,压敏胶在低频下的剪切强度,决定了它的持粘性能。最后测试中砝码的掉落时发生的是压敏胶的内聚破坏,所以,内聚强度是持粘性能的重要影响因素,适量提高内聚力可以提高压敏胶的持粘性能。
3)剥离强度
剥离强度是指将压敏胶从基材上以一定角度和速度剥离所需要的力[18]。一般情况下剥离发生为界面破坏而非内聚破坏。通常认为低频下的低储能模量说明PSA较易形成胶结,而高频下的储能模量较高说明PSA能够更好的抵抗剥离[21]。
4)粘结性能影响因素
a. 配方组成的影响:丙烯酸酯类压敏胶共聚物中有三种主要单体:粘性单体、内聚单体和功能单体。三种单体的配比对压敏胶的内聚强度和玻璃化转变温度有十分重要影响。通常共聚物的Tg在-55~-15℃时能够表现出压敏性能。
b. 极性基团的影响:压敏胶组成中功能单体大多侧链上含有极性较大的基团,由于极性基团具有明显的电子效应,因此可以起到增强压敏胶与极性表面的粘结强度的作用,同时极性基团还使得PSA的弹性模量和Tg有所增大,并且增强了共聚物的内聚力以及粘结性能。
c. 分子量的影响:通常认为共聚物中分子量较低的部分提供了压敏胶大部分的初粘力以及剥离力,分子量较高的部分提供了压敏胶大部分的持粘力。因此,适量提高压敏胶的分子量,可以获得持粘性能优异的压敏胶产品;但过高的分子量会损失较多的初粘性能。
d. 交联的影响:丙烯酸酯共聚物可以通过交联打开体系中的不饱和双键从而获得较高的分子量,影响粘膜的整体性能,并增强剪切力改善PSA的耐热性和耐溶剂性,提高持粘力的同时对初粘性和剥离性能产生负面影响。由于压敏胶在玻璃化温度以上进行操作,因此若想提高耐热性需要在分子链间交联[22]。交联后的胶粘剂容易出现体系粘度过大涂布困难的问题,所以,许多胶粘剂在涂布前加入交联剂,混合均匀后进行交联或者在涂布完成后进行固化。此外,仅仅通过氢键或互穿体系(IPN)交联的丙烯酸共聚物几乎无法内聚,但少量的交联剂就可以大大增加共聚物的内聚力使其具有良好的机械和热性能。传统交联方法有:硫化交联、过氧化物固化和辐射固化。
由于化学计量和反应均可控制,因此可使用基于位于聚合物合适位置的胺、醚或酯键交联[23]。鉴于所选的功能单体组成,聚合物链的交联将仅受突出于链外的官能羧基和羟基的影响。因此,交联剂将优选与大多数质子活性基团反应,并且这些是连接至聚合物链的丙烯酸分子的羧基。只有在聚合物链上装有酸基团时,才能实现与实际应用有关的交联。在化学交联过程中借助化学键可以在干燥步骤中实现压敏胶涂层内聚力的增加,压敏胶的粘接性能变化如图1所示[10]。
图1交联对压敏性能的影响
1.2 紫外光引发聚合
1.2.1 光引发概述
烯类单体中有一部分可以吸收光的能量形成自由基发生自由基聚合,光引发聚合必要条件是单体吸收的能量必须大于π键能。光子的能量E随光的频率ν增大而增大,随波长增大而减小。波长300 nm左右的光能量约为400 KJ/mol,大于一般化学反应的能量且与键能相当。
E=hν=hc/λ
各种烯类单体有其特定的吸收波长区域,一般为200~300 nm,如甲基丙烯酸甲酯单体吸收的波长为220 nm,为紫外光区。实验中常用到的光源有高压汞灯和石英汞灯。
光引发聚合有三种方式,分别为光直接引发、光引发剂引发和光敏剂间接引发[8]。光直接引发通常可以采用紫外光,直接引发单体转变为三重激发态,随后裂解为自由基进行聚合,如丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸酯等均可采用,紫外光波长较短能量较高有可能直接引发固化。光引发剂引发是光引发剂吸收光能后分解成为自由基引发单体进行聚合。光敏剂可以将吸收的光能传递给单体或引发剂,再引发聚合。
光引发相较于其他的引发方式而言有以下优点:①光源可以准确控制光照强度、光照距离以及光照时间等照射参数,可通过控制光照有无随时控制自由基的产生和终止,便于实验的重现;②光引发聚合反应的活化能通常较低,大约为20 KJ/mol,这使得反应不需额外加热,在室温下进行即可,生产的能耗较低。
1.2.2 UV引发单体聚合机理
光引发剂可以吸收波长为200~400 nm的紫外光,吸收能量后由基态跃迁到三重激发态,高能量三重激发态可能裂解后产生自由基或活性离子,自由基或活性离子继续引发单体聚合、交联固化[24],除此以外引发剂分子的三重激发态可能会受到能量转移的影响而发生单体猝灭,如酮类引发剂由于具有富电子性,容易作为受体,使得电子在单体和引发剂间转移,大大降低了引发剂的效率。链增长使得体系的粘度变大,待体系粘度到达所需粘度时停止紫外光照。
1.2.3 紫外光引发聚合反应
紫外光引发技术是近年来一项绿色、友好、可持续的先进高分子合成技术,该引发技术被广泛应用于吸水性吸附树脂、生物医药材料、纳米材料、絮凝剂制备等领域,是近年来倍受学者关注研究的热点课题。
Czech等[24]使用紫外线准分子激光和紫外线灯作为紫外线源,研究了丙烯酸PSA的紫外线交联,特别是具有以下特性:粘性,剥离粘合力和自粘聚合物层的剪切强度。观察到,与典型的紫外线灯相比,使用准分子激光对丙烯酸PSA进行紫外线交联后,获得了具有优异性能如粘性,剥离粘合力,剪切强度和收缩率的高质量PSA产品。孙永军等[25]以丙烯酰胺(AM)、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DAC)、丙烯酸丁酯(BA)为单体,采用紫外光引发聚合制备阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DAC-BA)。通过紫外光谱和红外光谱研究发现:当光引发剂的含量较高时,-CONH2,-COOCH2(C=O),-COOCH2—(C—O—C),-CH2—N(CH3)3等基团的特征吸收峰峰面积减小,随着光照时间增加,峰面积是先减小后增加。张敏娟等[27]采用紫外光引发甲基丙烯酸甲酯单体进行乳液聚合,研究了单体转化率的影响因素。以60 W高压汞灯为光源,单体的转化率随光照时间的增加而增加,在8 h后达到稳定;随着光引发剂含量增加,单体转化率增大,其中TPO的活性最高;张卫红等[28]将光引发剂2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(IHT-PI 659)接枝在纳米SiO2表面使其兼具两亲性及光引发特性功能,在Pickering乳液中用紫外光引发甲基丙烯酸甲酯单体聚合,制备出具有中空结构的SiO2/PMMA复合微球。
紫外光引发聚合反应速率快、温度低、易控制和环保等优点使其具有广阔的发展前景,但其作为一项新兴的技术方法,与传统热引发技术等相比仍有待成熟完善,需对以下几个方面进行深一步的研究:一是紫外光引发的反应历程和机理等动力学理论仍需深入研究,以便对生产工艺进行调整优化;二是紫外光引发中至关重要的光引发剂的研究还需进行,获得低价、高效、环保的光引发剂对工业生产中成本的降低起到重要作用;三是紫外光引发技术的产业化生产仍在起步之中,如何将实验研究的成果扩大至工业生产也是国内胶粘剂行业的一项重要课题。
1.3 紫外光固化压敏胶
1.3.1 紫外光固化机理
压敏胶中的光引发剂吸收200~400 nm紫外光能量后,分解为自由基或阳离子,引发PSA体系中的不饱和双键打开进行交联固化聚合[29],其机理同紫外光引发聚合,最后将得到交联网状的固化薄膜。
图2形成交联网络示意图
(1)自由基固化机理:光引发剂吸收紫外光能量分解为自由基,随后引发单体中的双键聚合为链自由基,最后链终止反应而结束。
图3自由基UV固化反应示意图
(2)阳离子固化机理:光引发剂吸收紫外光能量分解为阳离子活性基团,催化发生阳离子聚合,后遇交联单体形成网状结构,最后链转移终止。
图4阳离子UV固化反应示意图[8]
1.3.2 UV固化压敏胶的组成
UV固化压敏胶主要由预聚物、光引发剂、增粘树脂及活性稀释剂等组成[30]。
(1)光引发剂:含量为3~5 wt%;光引发剂在光固化压敏胶中主要起到吸收紫外光后引发聚合的作。光引发剂体系将直接影响固化的速度和固化程度,因此实验时光引发剂的种类和用量选择十分重要。根据活性基团可将光引发剂分为自由基型、阳离子型和自由基-阳离子复合型。
(2)预聚物:固含量≥50 wt%;通常为液体聚合物,是光固化PSA材料的最主要部分,预聚物的性能起到决定材料基本性能的作用。常见的预聚物主要有环氧丙烯酸酯(EA)、聚氨基丙烯酸酯(PUA)、不饱和聚酯(UPR)、环氧树脂(EP)、丙烯酸酯等。
(3)增粘树脂:含量0~10 wt%;增粘剂可通过改变其表面和粘弹性来改善基础聚合物的粘性[31]。但是,由于大多数增粘剂不具有紫外线反应位点,因此它们在紫外线固化过程中充当不可交联的物质,并阻碍了PSA的紫外线固化速率。另外,还需要考虑丙烯酸类PSA与增粘剂之间的混溶性。并且由于大多数增粘剂的玻璃化转变温度(Tg)高,因此共混比例受到限制[32]。
(4)活性稀释剂:含量20~50 wt%;活性稀释剂起到调节粘度的作用,并且活性稀释剂会参与交联反应,其含量会影响固化速度和固化膜性能。活性稀释剂的发展大致经历了三代。第一代代表为甲基丙烯酸酯、丙烯酸等,这类稀释剂粘度较低,流动性好,有助于动力学润湿,但对紫外光响应较低且易挥发,对环境造成较大影响。第二代为以乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(EOTMPTA)、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(POTMPTA)为代表的乙氧基化和丙氧基化的醇类丙烯酸酯,这类稀释剂固化速率快,收缩率小。第三代代表为含有氨基或甲氧基甲酸酯的丙烯酸酯,这类稀释剂平衡了固化速率、固化度与固化收缩率之间的关系。
1.3.3 UV固化丙烯酸酯类压敏胶研究
UV固化型丙烯酸酯类PSA与乳液型和热熔型相比,具有优异的耐热性能和较高的分子量。合成UV型压敏胶首先需要得到丙烯酸酯预聚物,制备丙烯酸酯预聚物主要有两种方法,一是在丙烯酸酯单体中加入增粘树脂;二是采用本体聚合的方法使其部分聚合得到预聚物[33]。
解一军[2]等通过本体聚合的方法,研制出了适宜组成比的性能平衡的压敏胶粘剂,在UV LED灯下照射交联,研究了光照强度、距离、时间对压敏胶性能的影响。结果表明:随着光照时间的延长,单体的转化率不断提高,体系粘度增大,初粘力下降,持粘力显著增大;随着光照距离的增加,光强呈现负增长,压敏胶聚合物中的高分子量部分提供了较大的持粘力,宽分子量分布提供了初粘力和剥离强度。因此为得到压敏性能优异的压敏胶粘剂,需提供较低的紫外光强度和较长的光照时间。Do等[34]以聚丙烯酸酯作为聚合物的光引发剂,以氢化松香环氧甲基丙烯酸酯(HREM;基于氢化松香和甲基丙烯酸缩水甘油酯)作为增粘剂,并以不同的含量与合成的可紫外交联的聚丙烯酸酯共混用作压敏胶,采用高压汞灯进行UV固化交联。研究了新型增粘剂HREM对紫外交联PSA性能的影响,并与PSA/氢化松香共混物的性能进行了比较。结果表明增粘剂的Tg对PSA/增粘剂混合物的UV固化行为起了阻碍作用,但是,由于HREM的Tg和PSA/HREM共混物的模量足够低,因此与HREM共混后,PSA分子迁移率和其交联效率提高。由于PSA/HREM共混物在低于零的温度范围内以高润湿性保持其Tg,因此与PSA/氢化松香共混物相比,随着HREM含量的增加,PSA的性能和探针粘性显着提高。李言等[35]以2′-羟基-4′,5′-二甲基乙酰苯(HP-8)为光引发剂制备一系列丙烯酸酯预聚物,研究了不同交联剂含量和UV辐射能对PSA粘接性能的影响。结果表明,随交联剂含量增加,PSA的剥离强度减小,初粘力在交联剂含量为3%时达到最大值;随着UV辐射能的增加,PSA剥离强度先增加后降低,初粘力几乎不变,在UV为600 mJ/cm2时粘接性能最佳。陈榕珍等[36]通过本体聚合制备丙烯酸酯预聚体,在氮气气氛下以核壳聚合投料法加入链转移剂十二烷基硫醇和功能单体N-羟甲基丙烯酰胺(NMA),并通过调整链转移剂投入量控制聚合反应进行至预聚物达到所需粘度后涂布进行UV固化交联。研究结果表明了光引发剂用量、交联和UV固化时间对PSA性能产生较大影响。初粘力和剥离强度会随着体系内交联剂含量增加呈现出先增大后减小的趋势,固化时间过长会使得交联密度过大,光引发剂增多剥离强度先增大后减小,当配方中光引发剂含量在1.5~2.0 wt%,交联剂含量在1.0~2.0 wt%,固化2~5 min时获得最佳性能压敏胶。贺贝贝等[37]以软硬单体配比为90:10(质量比),2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)为引发剂,UV LED光源照射本体聚合制备了丙烯酸酯压敏胶,高压汞灯照射固化交联。研究了获得高性能压敏胶的预聚物最佳反应时间。结果表明,随着UV照射时间延长PSA的初粘力下降,PSA的持粘力和剥离强度增加,当时间延长到一定程度后,压敏性能趋于稳定,力学性能也不再变化,综合来看当以丙烯酸为硬单体时,反应时间为20 s时压敏胶获得最佳性能。Joo等[37]用三官能团单体和光引发剂制备的可紫外线固化丙烯酸粘合剂的固化性能。通过用不同紫外线剂量的100 W高压汞灯照射直接激发压敏胶粘剂(PSA)来实现固化反应。通过光差扫描量热法(photo-DSC),凝胶分数测定和傅立叶变换红外衰减全反射(FTIR-ATR)光谱等测试方法研究了PSA的固化性能。发现UV固化的反应速率和程度受三官能单体的影响程度最深,此外,在紫外线照射后,体系中凝胶分数急剧增加,然后在长时间的紫外线照射下保持恒定。由于TMPTA的快速固化速度,TMPTA共混物的凝胶分数高于TMPEOTA共混物。
1.4 本课题研究意义及内容
随着科技的快速发展以及社会对环境保护的日益重视,压敏胶应用越来越广泛渗透各行各业,逐渐替代了一部分机械固定。压敏胶的发展趋势由溶剂型向高性能环保的乳液和光引发型转变成为必然。此外,压敏胶还要重点解决原料的环保、颜色等问题以及满足对一些特殊应用场合的性能要求如固化收缩率、热膨胀系数、耐热性、折射率、强度等。UV本体聚合具有反应速率快、反应程度可控和节能环保等特点。紫外光固化PSA因其新型环保的特点受到越来越多的关注。目前发达国家的胶粘剂发展水平较为领先,产品种类齐全,我国的UV固化胶粘剂相较而言起步较晚技术仍有待提高,许多领域仍依赖进口,因此UV固化压敏胶研究仍有很大发展空间。
本课题研究的紫外光本体聚合丙烯酸酯PSA创新之处主要在于:(1)工艺创新。本课题没有选用传统的热引发聚合制备丙烯酸酯预聚物,而是采用UV引发聚合,反应时间短,反应程度可通过控制光源来控制,能耗较低,实验的重现性好。(2)产品创新:本课题制备的压敏胶产品外观透明,安全无污染,胶粘剂粘度可根据需要进行灵活调节,且压敏性能优异,耐热耐候性能良好。
本课题研究的主要内容有:(1)总结压敏胶粘剂合成技术的研究现状及发展趋势;(2)研究紫外光引发和固化的过程和机理;(3)根据相关文献及资料设计实验方案:将丙烯酸酯类单体和光引发剂混合均匀采用紫外光辐射引发聚合制备丙烯酸酯预聚体;以甲基丙烯酸烯丙酯(ALMA)为交联剂,在得到的预聚体中补加适量光引发剂和交联剂混合均匀制得压敏胶;将压敏胶进行涂布,采用高压汞灯UV照射固化交联。对制得的压敏胶进行红外光谱、凝胶含量及粘接性能测试。(4)对交联剂ALMA的含量对压敏胶压敏性能的综合影响进行研究推测。(5)简述紫外光固化压敏胶的工业生产流程。
2.紫外光引发制备丙烯酸酯类压敏胶实验研究
2.1 实验部分
2.1.1 实验药品及仪器设备
表1为实验药品。
表 1实验药品
实验药品 | 生产厂家 | 规格 | 处理方法 |
丙烯酸正丁酯(BA) | 上海阿拉丁生化科技有限公司 | 分析纯 | 使用前减压蒸馏 |
丙烯酸羟乙酯(HEA) | 上海麦克林生化科技有限公司 | 分析纯 | 使用前减压蒸馏 |
丙烯酸(AA) | 上海麦克林生化科技有限公司 | 分析纯 | 使用前减压蒸馏 |
甲基丙烯酸甲酯(MMA) | 天津福晨化学试剂厂 | 分析纯 | 使用前减压蒸馏 |
苯乙烯(St) | 天津福晨化学试剂厂 | 分析纯 | 使用前减压蒸馏 |
2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(1173) | 天津久日化学工业有限公司 | 工业品 | 直接使用 |
2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)
活性胺 甲基丙烯酸烯丙酯(ALMA) 双官能度聚氨酯丙烯酸酯(KL-1202) 四氢呋喃 甲苯 乙醇 | 天津久日化学工业有限公司
天津久日化学工业有限公司 东京化成工业株式会社 沙多玛化学有限公司 天津福晨化学试剂厂 天津福晨化学试剂厂 天津福晨化学试剂厂 | 工业品
工业品 分析纯 工业品 分析纯 分析纯 分析纯 | 直接使用
直接使用 直接使用 直接使用 直接使用 直接使用 直接使用 |
表2为仪器设备一览表。
表 2仪器设备一览表
仪器名称 | 型号 | 生产厂家 |
UV LED光源(395nm) | TY-UV-8 | 广东东莞拓翼电子有限公司 |
高压汞灯 | HG | 飞利浦有限公司 |
恒温胶带保持力试验机 | SM-1600 | 东莞市力测电子科技有限公司 |
电子万能试验机 | CMT 6104 | 深圳市新三思有限公司 |
傅里叶变换红外光谱仪 | Vector-22 | 德国Bruck公司 |
凝胶渗透色谱仪
UV能量计 动态热机械分析仪 | PL-GPC220
UE500 Triton 2000 | 英国Polymer Laboratories公司
依瓦塔(上海)精密光电有限公司 英国Key worth公司 |
电热恒温干燥箱
涂膜涂布器 旋转粘度计 数显温度计 | 101-0BS
QTG型 NDJ-8S TES-1310 | 浙江力辰科技有限公司
天津市材料实验基实验机厂 上海方瑞科技有限公司 X泰仕 |
2.1.2 实验过程设计
(1)制备预聚物:在带有搅拌器、温度计、冷凝装置的四口烧瓶中依次加入软单体丙烯酸正丁酯(BA)、硬单体丙烯酸(AA)和功能单体丙烯酸羟乙酯(HEA)和光引发剂2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO),混合均匀后调整紫外光源放置在瓶底,进行紫外光辐射引发本体聚合制备丙烯酸酯预聚物,记录光照时间,待体系到达所需粘度时停止UV照射。
(2)制备压敏胶:在得到的预聚体中补加适量光引发剂TPO、交联剂甲基丙烯酸烯丙酯(ALMA),阻氧剂活性胺和热固化剂KL-1202混合均匀后静置使其中气泡消失,制得压敏胶。
(3)涂布固化:在PET薄膜上将制得的压敏胶涂成100 μm厚的涂层,采用1000 W高压汞灯距离15 cm进行UV照射,使其完全反应固化交联,从而获得具有一定粘性的压敏胶膜以便之后进行的压敏性能测试。
2.2 性能测试
2.2.1 红外测试
采用Brucker公司的VECTOR 22型傅里叶红外光谱仪,对交联前后的C=C基团变化进行表征。预聚物和紫外光固化制备的PSA样品的红外吸收光谱范围为400至4000 cm-1,分辨率为4 cm-1。将制得的丙烯酸酯压敏胶薄膜直接置于在适当的载体中进行检测。
2.2.2 凝胶含量测定
使用沸腾的四氢呋喃(THF)作为溶剂,通过索氏提取法分离压敏胶样品中的可溶共聚物组分24小时。将留在套管中的不溶性共聚物在60 ℃烘箱中干燥至恒重,从而获得凝胶共聚物。共聚物的凝胶含量计算如下:
其中:m1为压敏胶样品质量;m2为包裹压敏胶的定量滤纸的质量;m3为干燥后得到的凝胶共聚物的质量。
2.2.3 粘接性能测试
(1)初粘力测试:初粘力是指基材与压敏胶在较小压力下快速接触所产生的粘结强度的能力[1]。将压敏胶膜裁制成25×200 mm的样条,采用电子万能试验机上按照 GB/T4852-2002 标准的方法进行初粘性测试试验。具体如下:
链接网络,打开电脑电源,打开试验机电源,调控室内温度,链接试验机夹具及传感器。将玻璃片放在夹具上绑紧,用乙醇擦拭干净等其自然风干,将样条两端夹在上侧夹具上,有胶的一层在外侧,缓慢下调上侧夹具使样条中间完全于下方玻璃片紧密结合,无气泡。将数据调零,之后进行微调按下开始按钮,当样条完全离开玻璃片试验机自动停止,记录下数据,并用乙醇擦干片,重复操作。初粘力的测试结果即为电子万能试验机读数中最大力。每组至少进行五次实验,对数值明显偏大或偏小的进行舍弃并重新测试,导出所有合格数据后,初粘力取平均值。
图 5初粘力测试示意图
(2)持粘力测试:持粘力是指压敏胶在恒定剪切应力下抵抗剪切形变的能力。将压敏胶膜裁制成25 mm×60mm的压敏胶样条,按照GB/T4851-1998标准的试验方法jinxing 测试。具体操作步骤如下:
插上电源,打开电源开关,检查仪器设备是否齐备。擦拭仪器及实验板,清洗干净后放置晾干。准备压敏胶样条,每个测试方案准备2个样条。光固化完成后将其贴在上端实验板上,形成25×25 mm的粘贴区域,另一端为25×35 mm的区域再将下端实验板紧密相接并与剩余部分胶带相贴。使用滚轴在实验板上来回滚动三次,保证粘贴无气泡。按下“开启/清零”按钮,将实验板挂在一起上并下挂一个1 kg的重物。观察测试期间的滑移量并记录,期间需要保证测试环境不要改变,直到压敏胶脱落为止。每组两次实验,对数值明显偏大或偏小的进行舍弃并重新测试,导出两组数据后取剥离强度平均值。
图 6持粘力测试示意图
(3)180°剥离强度测试:剥离强度是指将压敏胶从基材上以一定角度和速度剥离所需要的力。将压敏胶膜裁制成25×20 mm的长方形样条,采用GB/T2792-1998标准进行测试。
将样条标准条件下放置20 min后进行测试,使其粘贴在光滑钢板上,并以标准试验辊以大约10 mm·s-1的速度在各个样条上来回滚压3次以保证胶粘剂与基材的完全接触,确认无气泡,并在8.5 cm出画出标线。连接网络,打开电脑电源,打开试验机电源,调控室内温度,链接试验机夹具及传感器。将样条拉直标线,用家具夹紧钢板,将实样条向后对折180°后固定在上下两个夹具上,300 mm·min-1的分离速度进行测试,通过电脑控制开始测量。每组至少进行五次实验,对数值明显偏大或偏小的进行舍弃并重新测试,导出三组数据后取剥离强度平均值。
图 7剥离强度测试示意图
3. 实验结果推测与分析
3.1红外表征
本课题采用2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)作为光引发剂,为自由基固化机理。可见随着固化时间延长,样品中的C=C吸收峰降低直至完全消失。由此可推测,TPO吸收紫外光后分解为自由基,随后引发丙烯酸酯单体中的双键为链自由基。光聚合反应前单体的红外光谱图中将存在1639 cm-1和810 cm-1处的C=C双键吸收峰;预聚物中的C=C吸收峰将会有所减弱,但是不会完全消失,因体系中还要保留少量双键进行紫外光固化;光固化后的压敏胶体系中的C=C双键全部参与反应,C=C吸收峰将会消失,此外由于C=C和C=O的共轭体系破坏,C=O吸收峰将会向高波数移动。3510 cm-1处的O-H吸收峰将随着交联的不断进行而减弱。
图8预聚物的红外光谱图
a、b、c为加入0.9 wt% HDDA交联剂,固化时间分别为20 s、15 s、5 s;d为预聚物
3.2凝胶含量
采用索氏提取法进行凝胶含量的测定,压敏胶中的线性分子将被THF溶解,除去溶剂后的不溶凝胶物质具有稳定的交联网状结构。随着交联剂含量的增加,体系内交联点增多,交联密度不断增大,产生的网状交联物质不断增多,据此推测随着交联剂含量由0增加至0.9 wt%,凝胶含量将会上升,如图9趋势。
图9凝胶含量随交联剂用量变化趋势
3.3 压敏性能
3.3.1 初粘力
初粘力主要由流变性决定。而随着交联剂的含量增加,共聚物中将形成越来越致密的交联网络,致密的交联网结构限制成膜过程中的聚合物分子链间的相对滑移运动,分子链的刚性将增加,这不利于胶粘剂在基体表面的扩散削弱了共聚物与粘附体间的键合作用即胶粘剂对基材的润湿能力下降。Tobing等[43]的研究发现,链段活动能力较差的聚合物,其粘结滞后作用减弱,初粘性较低。由此推测随着体系中ALMA的含量逐渐增加,初粘力的变化趋势将如图10所示。
图10初粘力随ALMA含量变化趋势图
3.3.2 持粘力
在持粘性能测试中,最初的剪切应力作用迅速,时间范围极短,因此共聚物将表现出弹性响应,随后载荷即砝码的作用频率变得非常缓慢,此时压敏胶表现为粘性流动,由此压敏胶的持粘性能将主要决定于低频下的剪切强度。此外持粘测试中主要发生压敏胶胶层的破坏,这种现象的本质是受压敏胶的内聚性能影响的,因此内聚能强度的大小将决定压敏胶的持粘性能。体系中的交联剂含量增加,紫外光固化后将产生分子间交联,聚合物的内聚强度将得到大大提高,因此压敏胶的持粘力将随着交联剂含量的增加而增加。由此推测随着ALMA含量由0增值0.9 wt%,压敏胶的持粘力变化趋势如图11所示。
图11持粘力随ALMA含量变化趋势图
3.3.3 剥离强度
剥离过程中测得的力由两个部分组成:克服粘合作用所需的力,即破坏粘合剂/基材界面的粘合力,以及使大部分粘合剂变形所需的力[44]。交联剂提供分子间的交联,当交联剂含量较低时,交联密度较低,内聚能较低;当交联剂含量较高时,交联密度较高,交联间距变短,单键的内旋转作用减弱,分子链刚性增大,粘接性能降低。因此随着交联剂含量增加,压敏胶的剥离强度先增大后减小。由此推测,压敏胶剥离性能随ALMA的含量变化趋势如图12所示。
图12 剥离力随ALMA含量变化趋势图
3.3.4 压敏性能总结
根据以上分析推测可以得出结论,随着压敏胶中交联剂ALMA的含量增加,压敏胶的初粘力下降、持粘力增加、剥离力先增加后减小,总体粘接性能将呈现先增大后减小的趋势。这是因为交联单体含量较小时提供的分子间的交联,产生三维交联网络结构,增大了聚合物的内聚能,提高了压敏胶的粘接性能;交联剂含量较大时,交联密度增大,交联间距缩短,单键的内旋转作用受到限制,分子链的刚性增大,压敏胶粘剂对粘附体的润湿作用减弱,因此粘接性能减下降。
4 工业生产
UV固化压敏胶早在上世纪90年代就已经进入了欧洲市场,我国的紫外光型压敏胶生产线的建设晚了将近20年。截至2010年全国的压敏胶生产线已有近千条,各种压敏胶制品年产量139亿m2,位居世界第一位。目前我国丙烯酸酯类压敏胶的生产技术已日渐趋于成熟,生产厂家多集中在我国的沿海地区,其中乳液型丙烯酸酯类PSA占据市场的半壁江山,但出于环保的影响考虑,一些厂商也开始向高性能的新型压敏胶转移。相较于传统压敏胶工艺而言,UV固化技术节能环保,热能耗极低,以标准煤为例,每年UV技术可节约50万吨以上。UV固化压敏胶还具有以下优点:①粘结性能优越,100%固含量,无溶剂,可以满足低表面能基材的粘结要求,耐水耐候耐热性能良好;②涂布工艺性好:高速涂布时可达150~300 m/min,涂布效果又快又好,减少大量电能消耗。
4.1 简要工业生产流程
简要生产流程如图13所示。
图13压敏胶生产工艺流程图
1)投入原料:将制备压敏胶的所需的单体、光引发剂及交联剂等加入储料罐中,再按照产品配比方案向反应釜中投入混合机中混合均匀;
2)反应釜预聚:将混合好的原料投入到反应釜中,在UV光源下持续搅拌进行预聚,待反应釜内的体系粘度达到所需粘度关闭紫外光源;
3)预聚物贮存:将反应得到的丙烯酸酯类预聚物输送进储罐内,冷却至室温。
4)涂布:将储罐内的预聚物输送进混合内补加引发剂、交联剂等助剂,混合均匀后输送至涂布设备,进行涂布。
5)交联固化:用UV灯管从底部照射涂布好的压敏胶薄膜,将另一层材料与之贴合;或将压敏胶压在两层膜布之间,在底部用UV光源照射固化,如图14所示,这种方法有效避免了层膜间留有气泡的问题。
6)后处理:将固化好的压敏胶按照预定要求分切整形,整理入库。
图 14涂布固化示意图
4.2 工程问题的处理
工业化生产较实验室具有更大的规模,所以还有许多值得注意的方面:
1)温度问题,生产中应是十分注意对温度的控制,温度不当容易出现预聚物爆聚等现象,反应釜中要注意釜中温度的平衡,包括适宜的换热、适宜的汽化、适宜的冷凝平衡。此外釜内温度的变化引发的汽化和冷凝还会导致釜内的压力产生变化。要注意釜内蒸汽的排除。
2)搅拌控制问题,工业生产中单体的均匀混合对产品的质量有重要影响。在生产大致会出现两次搅拌混合场合,第一次是在预聚前将单体和引发剂混合均匀便于预聚,第二次是将预聚物与补加的光引发剂和交联剂混合均匀,两次混合体系的粘度不同,需根据反应聚合体系的粘度选择适宜的搅拌混合设备。
3)光固化控制问题,工业生产规模较大,固化过程的光源强度、光照时间都与实验室制备有一定差别,应当根据聚合采用的单体类型选择不同波长范围的光源,按照涂布速度和膜布大小选择合适的光源数量,以保证预聚物完全固化,得到质量优异的压敏胶。
4)静电问题,目前市面上常见的压敏胶基材多为BOPP薄膜、PE薄膜、PVC薄膜、PET薄膜,在压敏胶的涂布固化过程中,这些塑料薄膜高速运转过程中会在薄膜表面积累电荷,吸引空气中的带电尘埃,影响压敏胶的涂布质量,因此去除塑料表面的静电十分重要。
4.3本课题设计对社会可持续发展、健康、安全、环境、法律以及文化的影响
压敏胶在社会中最重要的影响当属压敏胶粘带的应用,尤其是在当今快递业蓬勃发展的背景下,胶带使用量逐年增长。其中以BOPP作为基材的压敏胶带在货物包装、密封保护方面应用最多。其次是电气压敏胶粘带,以其优异的电绝缘性能和耐侯性能而得到世界范围内的广泛应用。除此以外日常生活中也经常可以见到压敏胶带的身影,如文具用品中的各类透明胶、双面胶等。并且无溶剂型丙烯酸酯类压敏胶以其低毒、低刺激、耐老化等优点替代了以橡胶为基材的等传统医疗用品成为了新型医用高分子材料,如手术隔离贴附材料和医用无纺布复合胶带等。
压敏胶的使用和生产为社会生活带来了许多的便利,尤其对于标签行业来讲,对于不干胶的需求日渐增长,标签纸成为压敏胶发展应用的另一大方向。其中溶剂型PSA因其全能压敏特性和优良的耐热性而得到广泛的应用,目前出于环保和成本考虑溶剂型PSA在逐渐向水溶性型PSA和UV固化型PSA转变。相比于水性PSA,UV固化型PSA能耗更低、内聚强度更高、耐热耐水性能更优,对低表面能的基材的黏附效果更好。另外压敏标签纸还向着特殊高性能型压敏胶标签纸的方向发展,以满足社会中不同环境的应用需要。
除了以上两大常见应用外,压敏胶还走入了汽车行业,广泛应用于特殊薄膜的贴副和一些塑料零件的固定方面。本课题所设计的压敏胶为UV引发本体聚合型PSA,引发剂交联剂含量又较少,仅采用辐射固化过程中基本不产生对环境的污染问题,是一种对环境友好的压敏胶。紫外光型压敏胶的成本估算如表3所示,相较于溶剂型压敏胶,UV型成本更低性能更好。
表3各类压敏胶成本估算比较(以2011年市场价格估算)
压敏胶类型 | UV压敏胶(丙烯酸酯类) | UV压敏胶(聚氨基丙烯酸酯类) | UV压敏胶(橡胶类) | 溶剂型压敏胶(丙烯酸酯类) | 热熔型压敏胶 |
原料成本(元/m2) | 0.6638 | 0.8944 | 0.7368 | 0.9175 | 0.3355 |
制品成本(元/m2) | 0.6773 | 0.9079 | 0.7503 | 0.9550 | 0.3500 |
结 论
本课题采用紫外光引发聚合制备丙烯酸酯预聚物,反应时间段,反应程度可通过控制光源来控制,能耗较低,且受温度影响更低,反应过程可控性更好;压敏胶产品外观透明,安全无污染,胶粘剂粘度可根据需要进行灵活调节,且压敏性能优异,耐热耐候性能良好。反应过程中对环境很友好。所以,紫外光引发聚合技术具有很大的研究以及应用价值。交联使得丙烯酸酯共聚物可以具有较高的分子量,影响粘膜的整体性能,并增强剪切力改善压敏胶的耐热性和耐溶剂型,总体粘接性能将呈现先增大后减小的趋势。这是因为交联单体含量较小时提供的分子间的交联,产生三维交联网络结构,增大了聚合物的内聚能,提高了压敏胶的粘接性能;交联剂含量较大时,交联密度增大,交联间距缩短,单键的内旋转作用受到限制,分子链的刚性增大,压敏胶粘剂对粘附体的润湿作用减弱,因此,粘接性能减下降,只有选用适宜含量的交联剂品种和加入量时,才能获得性能优异的压敏胶。
参 考 文 献
[1]Crosby A J, Shull K R. Adhesive failure analysis of pressure-sensitive adhesives[J]. Journal of Polymer Science. Part B, 1999, 37(24): 3455-3472.
[2]解一军, 李程, 李建武, 等. 紫外光本体法聚丙烯酸酯压敏胶[C] 京津冀粘接技术研讨会暨北京粘接学会学术年会, 2019.
[3]Do H S, Park J H, Kim H J. UV-curing behavior and adhesion performance of polymeric photoinitiators blended with hydrogenated rosin epoxy methacrylate for UV-crosslinkable acrylic pressure sensitive adhesives[J]. European Polymer Journal, 2008, 44(11):3871-3882.
[4]朱梦璐, 房宏伟, 李建武, 等. 压敏胶黏剂研究进展[J]. 塑料科技, 2019, 47(02): 103-107.
致 谢
首先十分感谢这段时间以来xxx老师和xxx师姐对我的帮助。2020年注定是不平凡的一年,受到新型冠状病毒疫情的影响,使得我无法按时返校进行毕业设计,原本对是否能够按时完成毕业设计,顺利毕业忧心忡忡,好在有老师的悉心指导,从选题到完成每一步都倾注了大量心血。与以往的毕业设计不同,这次的毕业设计由于不能走进实验室进行实践,需要在家中自主查阅大量资料完成论文,这期间xxx师姐十分耐心的解答了我遇到的诸多问题,帮助我完成了这篇论文。所以再次向xxx老师和xxx师姐道一声感谢!
新冠疫情限制了我们返校的脚步,在家进行毕业设计的这一段时间里,我必须要感谢父母对我的巨大包容与支持,没有他们的鼓励与帮助,我就不能走进理想的大学校门,不能顺利的完成毕业论文。在未来的日子里,我将会更加努力的学习和工作不辜负他们对我的栽培与期望。
时光匆匆,转眼间四年的大学生活接近了尾声,在这四年间,我在这里学到了专业的知识,增添了人生的阅历,丰富了实践的经验,这一切都与高分子系的全体老师的帮助与指导分不开。在这里我结交到了许多的良师益友,无论是学习还是生活都给予了我无私的关心和照顾。在这里要对那些曾将帮助过我的人们道一声感谢。
“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。”在此次开放性实验过程中,我深深的感觉到自己所学知识的肤浅和在实际运用中的专业知识的匮乏,刚开始的一段时间里,对一些工作感到无从下手,茫然不知所措,这让我感到非常难过。在课堂上总以为自己学的不错,一旦接触到实际,才发现自己知道的是多么少,这时才真正领悟到“学无止境”的含义。可见,扎实的理论基础是进行实践的第一步。
此次毕业设计是对我们专业课程知识综合应用的一次业末检测,是我们迈向社会,从事职业工作前的最后一个挑战。作为一次综合实践课,它还给了我许多专业知识和专业技能的提升。通过此次毕业设计,我对紫外光引发和固化这一课题有了更为深刻的印象。实践与知识的结合教会了我课本上没有的知识,也加深了我对本专业的热爱,更让我明白了终身学习的关键便是实践。
我从这次的试验中还感受到坚持的重要性。“千里之行始于足下”,我深深体会到这句千古名言的真正含义。做事情不能轻言谈放弃,虽然过程不顺利,与想象中相去甚远。但是只要我们能坚持,朝着自己既定的目标前进,就一定会走到终点。一点小小的挫折实际上是在为最后的美景做铺垫,当我们守得云开见月明的时候,就会发现,沿途的曲折其实是在考验我们的目标是否坚定。坚持下来,我们会收获丰硕的果实。
最后,希望自己在今后的学习中能够秉持“不忘初心”的信念继续前行。
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