SBS/SIS热熔压敏胶的制备和性能研究

前言

热熔压敏胶 (Hot-Melt Pressure-Sensitive Adhesive, 以下简称HMPSA) 是一类以热塑性聚合物为基体材料的胶粘剂[1], 它兼有热熔和压敏双重特性, 在熔融条件下进行涂布, 经硬化和结晶后施加轻微压力便可以快速粘接, 同时它容易被剥离, 不污染被粘结表面。近些年来, 热熔压敏胶产业得到了快速发展, 其广泛应用于妇女用品、双面胶带、标签、包装、医疗卫生、书籍包装、表面保护膜、木材加工、壁纸及制鞋等方面。[2,3,4]

SIS与SBS均属为苯乙烯类热塑性弹性体, 是苯乙烯与二烯烃的嵌段共聚物:SIS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物, SBS为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物, 两者可统称为SDS。SIS制备的胶粘剂具有粘结强度大、用途广、易涂布、低温粘结力强等特点, 这是SBS所无法相比的。

由于原材料的问题, 我国热熔压敏胶的研究和生产起步较晚。20世纪80年代中期, 岳阳石化总公司开始批量生产SBS, 为我国热熔压敏胶的发展奠定了基础, 1997年年产3万吨SIS的工业装置正式在岳阳投产, 预示着热熔压敏胶将在我国得到迅猛发展。[5]由于我国异戊二烯产量极低、价格高, 原料的不足限制了SIS的生产。为了降低热熔型压敏胶的成本, 本文选用廉价的SBS代替部分SIS制备热熔型压敏胶, 并对其软化点、旋转粘度、180°剥离强度、初粘力、持粘力进行研究。

一、试验部分

1. 试验原料

SBS:1201, 工业级, 岳阳巴陵石化有限公司;SIS:1105, 工业级, 岳阳巴陵石化有限公司;环烷油:4010, 工业级, 新疆克拉玛依石油化工有限公司;萜烯树脂, 803L, 工业级, 佛州市宝林化工有限公司;松香甘油酯:140, 工业级, 衢州鑫松树脂有限公司。

2. 试验制备

称量环烷油倒入自制容器, 加入弹性体, 置于恒温油浴中于160℃下进行高速搅拌, 并通氮气保护, 待弹性体完全熔融后依次加入松香改性树脂、萜烯树脂依次加入, 待完全熔融后继续搅拌2小时, 倒出并置于25℃恒温箱中恒温24h, 取出进行测试。

3. 试验设备

SNB-2-J型数字型选择粘度计, 上海地学仪器研究所;SD-0606T型自动软化点实验仪, 上海地学仪器研究所;CZY-G型初粘性测试仪, 济南兰光机电技术有限公司;CZY-6S持粘性测试仪, 济南兰光机电技术有限公司;KT-1065B型电脑式拉力试验机, 东莞科建检测仪器有限公司;。

4. 测试或表征

(1) 熔融粘度测试:按照HG/T 3660-99, 采用SNB-2-J型数字型选择粘度计测试样品的粘度。

(2) 软化点测试:按照GB/T 15332-94环球法, 采用SD-0606T型自动软化点实验仪测试材料软化点。

(3) 初粘性能测试:按照GB/T 4852-2002滚球法, 采用CZY-G型初粘性测试仪测试样品的初粘性。

(4) 持粘性能测试:按GB/T 4851-98, 采用CZY-6S型持粘性测试仪测试材料持粘性能。

(5) 180°剥离强度测试:按GB/T 2792-98, 采用KT-1065B型电脑式拉力试验机测试样品的180°剥离强度。

二、结果与讨论

1. 不同SBS/SIS含量比对材料旋转粘度的影响

图1是不同SBS/SIS含量比对材料旋转粘度的影响, 在180℃下进行测试。从图中可以看出随着SBS含量的增加, 体系的粘度先减小, 在SBS/SIS比值为20/80时, 达到最低值 (这是由于SBS相对分子质量比较小, 相当于向体系中加入小分子物质, 使得大分子缠结度降低, 粘度下降) ;随着SBS含量的继续增加, 体系的粘度开始增加 (SBS含量增加, 聚集并互相缠结, 此外SBS可能发生轻微交联, 使得体系粘度增加) 。

2. 不同SBS/SIS含量比对材料软化点的影响

图2是不同SBS/SIS含量比对材料软化点的影响。从图中可以看出, 随着SBS含量的增加, 材料软化点先减小, 在20/80时达到最低值, 为90.0℃;随着SBS含量继续增加, 软化点开始增加。这种现象是由于, 当添加SBS较少时, 大分子缠结度降低, 体系软化点减小;当添加至一定量以后, 由于所使用的SBS塑料相的含量比SIS的高, 相当于增加了体系的塑料相浓度, 聚物的硬度及热塑温度随之增加, 再加上SBS发生轻微交联, 使压敏热熔胶的软化点随之增高。

3. 不同SBS/SIS含量比对材料180°剥离强度的影响

图3是不同SBS/SIS含量比对材料180°剥离强度的影响。从图中可以看出, 随SBS含量增加, 材料的180°剥离强度呈上升趋势。这可能是受弹性体中的塑料相发生轻微交联影响, 但同时180°剥离强度也与涂布的厚度、停放时间等因素有关。

4. 不同SBS/SIS含量比对材料初粘性的影响

图4为不同SBS/SIS含量比对材料初粘性的影响。初粘性是热熔压敏胶一个很重要的性能。由图4可知, 加入少量SBS对体系的初粘性影响不大;当添加的SBS达到一定值后, 体系的初粘性得到显著提高。这是因为:材料的初粘力主要决定于材料的粘弹性, SBS的大量加入使得体系的粘性提高, 从而提高了热熔压敏胶的初粘性。同时, 初粘性的测试也受同一薄膜徒步不均匀和不同试样涂布厚度不一的影响。

2.4不同SBS/SIS含量比对材料持粘性的影响

在固定其它条件不变的情况下, 不同SBS/SIS含量比对材料持粘性的影响如表1所示。

由表1可以看出, 所有试样的持粘力均大于72h。证明SBS/SIS热熔压敏胶的持粘性很好。由于SIS大分子之间相互缠结, 作用力较强, 加入少量的SBS并不影响其持粘性;加入SBS量较多时, SBS又会发生轻微交联, 使得体系的持粘性更佳。

结论

⑴随着SBS含量的增加, 热熔压敏胶的粘度先减小后增加, 在SBS/SIS含量比为20/80时, 达到最低值;材料的软化点呈先减小后增加的趋势, 同样在20/80时达到最低值, 为90.0℃。

⑵SBS/SIS热熔压敏胶的180°剥离强度随SBS含量的增加而增大, 初粘性随SBS含量增加而增大, 从14号钢球变为28号钢球;材料的持粘力均大于72h。

⑶当SBS/SIS含量比为30/70时, 体系的粘度比不添加SBS时要低, 软化点相差不大, 初粘性和180°剥离强度都得到大幅提高。因此可以用SBS/SIS含量比为30/70的热熔压敏胶代替纯SIS热熔压敏胶。

摘要：以不同含量比SBS和SIS为主体聚合物, 配以环烷油、萜烯树脂和松香甘油酯制备了一种热熔压敏胶, 并对其性能进行研究。结果表明, 随着SBS含量增加, 材料的粘度和软化点均先减小后增加;材料的初粘力和180°剥离强度随SBS含量的增加而增大;材料的持粘力均大于72h。

关键词：热熔压敏胶,SBS/SIS弹性体,软化点

参考文献

[1] 张爱清.压敏胶粘剂[M].北京:化学工业出版社, 2002.167-182.

[2] 刘志娟.吕鸿.卫生用品用环保型热熔压敏胶的研制.中国胶粘剂, 2004, 4 (6) :23-26.

[3] 华向阳, 热熔压敏胶的研究与开发.中国胶粘剂, 2000, 9 (3) :1-4.

[4] 王德充.SIS国内外现状和发展趋势.石化技术, 2001, 3 (1) :1-4.

[5] 徐建波国产热塑橡胶SIS的性能和应用中国胶粘剂[MI, 1998, 7 (6) :20-24.