環(huán)保型熱熔壓敏膠的制備*

荊 鵬，劉 峰，王曉蕾，黃 瑋，叢玉鳳

（遼寧石油化工大學(xué) 環(huán)境與生物工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

環(huán)保型熱熔壓敏膠的制備*

荊 鵬，劉 峰，王曉蕾，黃 瑋*，叢玉鳳

（遼寧石油化工大學(xué) 環(huán)境與生物工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

實(shí)驗(yàn)采用加氫改性后的C5石油樹脂，即氫化C5石油樹脂作為熱熔壓敏膠(HMPSA)配方中的增黏劑，SBS熱塑性彈性體為增韌劑，同時(shí)還加入了增塑劑和少量的抗氧劑和防老劑等助劑，來(lái)制備環(huán)保型熱熔壓敏膠。并通過(guò)對(duì)壓敏膠產(chǎn)品初黏性、180℃熔融黏度、剝離強(qiáng)度等性能的測(cè)定，得到了一個(gè)最佳的熱熔壓敏膠配方。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)氫化C5石油樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，增塑劑為35%，SBS為20%，抗氧劑和防老劑等助劑為5%時(shí)，環(huán)保型熱熔壓敏膠的性能達(dá)到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

熱熔壓敏膠；氫化C5石油樹脂；初黏性；剝離強(qiáng)度

Abstract:The environment-friendly hot-melt pressure-sensitive adhesive(HMPSA)was prepared,with using hydrogenated C5petroleum resin as a tackifier,SBS thermoplastic elastomer as the toughener,and adding plasticizer and a small amount of antioxidant.By testing the initial adhesion,180℃melt viscosity and peeling strength of the product,a optimal formula for hot-melt pressure-sensitive adhesive was obtained.The results showed that the best formula was as follows:hydrogenated C5petroleum resin accounts for 40% (mass percentage,the same below),plasticizer 35%,SBS thermoplastic elastomer 20%,antioxidant 3%and anti-aging agent 2%.The products could meet the industrial standards.

Key words:Hot melt pressure sensitive adhesive;hydrogenated C5petroleum resin;initial adhesion;peeling strength

前 言

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們生活質(zhì)量正在不斷提高，對(duì)生活用品的需求也在不斷提升，除了對(duì)于產(chǎn)品性能的要求，安全和環(huán)保的理念也已經(jīng)深入人心。熱熔壓敏膠[1]具有熱熔及壓敏雙重性能，在熔融狀態(tài)下涂布，冷卻后施加輕壓即可快速粘合。由于熱熔壓敏膠不含有機(jī)溶劑，不污染環(huán)境，而且制造簡(jiǎn)單，使用方便，用途[2]廣泛，因此是今后壓敏膠的發(fā)展方向。C5石油樹脂[3]以其性能優(yōu)良、安全、環(huán)保等多方面優(yōu)勢(shì)，近些年來(lái)備受人們的青睞，其作為一種低相對(duì)分子質(zhì)量、熱塑性樹脂，具有降凝、增黏[4]和改善黏度的性能[5]，可做為SBS熱熔型壓敏膠配方中的增黏劑，起到提高膠體初黏性，改善膠體潤(rùn)濕性等作用。但在配方優(yōu)化和升級(jí)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)C5石油樹脂顏色較深(樹脂顏色呈黃色至淺褐色)，含有不飽和鍵[6]，在反應(yīng)過(guò)程中極易氧化，最終導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品色澤深，流動(dòng)性較差[7]，從而限制了其在熱熔壓敏膠這一領(lǐng)域中的應(yīng)用，所以實(shí)驗(yàn)采用了經(jīng)加氫改性后的石油樹脂[8]，即氫化C5石油樹脂做為配方中的增黏劑，制備出熱熔型壓敏膠產(chǎn)品，取得了較好的效果，其中外觀和流動(dòng)性都有明顯的改善，不僅進(jìn)一步擴(kuò)大了C5石油樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域[9]，而且為熱熔壓敏膠的生產(chǎn)提供新的途徑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

C5石油樹脂(撫順正川化工廠)，氫化C5石油樹脂(自制)，增塑劑，抗氧劑，SBS熱塑性彈性體(星型)等。

1.2 熱熔壓敏膠的合成工藝

向帶有回流裝置、電動(dòng)攪拌裝置和N2保護(hù)的四口瓶加入一定量的氫化C5石油樹脂，將恒溫油浴調(diào)至設(shè)定溫度，開始加熱，待試樣熔化后，再滴加增塑劑，同時(shí)開始攪拌，滴加完畢后，加入抗氧劑、防老劑等助劑，繼續(xù)攪拌，再加入SBS熱塑性彈性體，并快速攪拌，直至形成均勻穩(wěn)定的黏性液體，反應(yīng)結(jié)束，出膠、放入定型盒冷卻。

1.3 性能分析

壓敏膠的初黏性的測(cè)定方法是按照GB/T4852-2002進(jìn)行，180℃熔融黏度的測(cè)定方法是按照HG/T 3660-1999進(jìn)行，剝離強(qiáng)度的測(cè)定方法按照GB/T2791-1995進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)采用單因素考察法(在考察單一組分對(duì)熱熔壓敏膠性能影響時(shí)，固定其它組份的加入量不變)考察了氫化C5石油樹脂、SBS熱塑性彈性體、增塑劑等組份的加入量，對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響，從而確定壓敏膠的最佳配方。

2.1 氫化C5石油樹脂的用量對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響

氫化C5石油樹脂的用量直接影響壓敏膠的熔融黏度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，隨著氫化C5石油樹脂加入量的增加，熔融黏度值快速下降，當(dāng)氫化C5石油樹脂的加入量達(dá)到40%以后時(shí)，熔融黏度仍然下降，但下降的速度明顯變得平緩。主要是因?yàn)闅浠疌5石油樹脂能夠降低熱熔膠的熔融溫度，增加流動(dòng)性，從而降低了熔融黏度，但隨氫化C5石油樹脂用量的進(jìn)一步增加，熔融黏度的減小也就變得緩慢幾乎就保持不變。通過(guò)以上的分析，實(shí)驗(yàn)確定氫化C5石油樹脂加入量為40%較合適。

圖1 氫化樹脂用量對(duì)熔融黏度的影響Fig.1 The effect of hydrogenated resin amount on melt viscosity

氫化C5石油樹脂的用量直接影響壓敏膠的剝離強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，隨著氫化C5量的增加，剝離強(qiáng)度逐漸下降，加入量在30%～40%之間時(shí)剝離強(qiáng)度下降不明顯，當(dāng)加入量達(dá)到40%以后，剝離強(qiáng)度的下降趨勢(shì)變得明顯。出現(xiàn)此現(xiàn)象，是因?yàn)闅浠疌5石油樹脂做為增黏劑在熱熔壓敏膠的配方中的作用是降低黏度，使熱熔壓敏膠的內(nèi)聚力增強(qiáng)，粘附力下降，所以隨著其加入量的增加，剝離強(qiáng)度反而快速的下降。通過(guò)以上的分析，進(jìn)一步確定選擇氫化C5石油樹脂的加入量為40%最為合理。

圖2 氫化樹脂用量對(duì)剝離強(qiáng)度的影響Fig.2 The effect of hydrogenated resin amount on peeling strength

2.2 增塑劑加入量對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響

增塑劑對(duì)壓敏膠的熔融黏度和初黏性都有很大影響，其加入量對(duì)壓敏膠的熔融黏度的影響較大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，隨著加入量的增加，熔融黏度急劇下降，當(dāng)加入量達(dá)到35%后，熔融黏度下降的幅度逐漸變小。出現(xiàn)這樣的變化過(guò)程主要是由于增塑劑可以增加聚合物分子鏈的活動(dòng)性，消弱壓敏膠中聚合物的分子間力，提高伸長(zhǎng)率、屈撓性和柔韌性，進(jìn)而改善了膠的流動(dòng)性，從而降低了熔融黏度，但當(dāng)達(dá)到一定量后，作用明顯減弱。

圖3 增塑劑加入量對(duì)熔融黏度的影響Fig.3 The effect of plasticizer amount on melt viscosity

增塑劑加入量對(duì)壓敏膠的初黏性有較大影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。從表1可以看出，隨著增塑劑加入量的增加，初黏性先增加，然后有小幅的下降。出現(xiàn)這樣的變化，是因?yàn)樵鏊軇┛梢愿纳婆浞街芯酆衔锓肿娱g的作用力，增加黏附力，從而增加膠的初黏性。通過(guò)對(duì)圖3和表1中數(shù)據(jù)的分析，確定增塑劑的加入量為35%左右比較適宜。

表1 增塑劑加入量對(duì)初黏性的影響Table 1 The effect of plasticizer amount on initial adhesion

2.3 SBS的加入量對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響

SBS熱塑性彈性體主要影響壓敏膠的熔融黏度和剝離強(qiáng)度。SBS的加入量對(duì)壓敏膠的熔融黏度有較大的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。從圖4可以看出，隨著SBS的加入量的增加，熱熔膠的熔融黏度逐漸增大，并且當(dāng)SBS的加入量為20%以后，熔融黏度增大的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是由于，SBS主鏈上含有聚丁二烯鏈段，在一定的溫度下，丁二烯嵌段很容易發(fā)生交聯(lián)，再加上互溶性等問題的存在，從而使膠的硬度和黏度增加。

圖4 SBS加入量對(duì)熔融黏度的影響Fig.4 The effect of SBS amount on melt viscosity

SBS的加入量對(duì)壓敏膠的剝離強(qiáng)度也有影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。從圖5可以看出，隨著SBS的加入量的增加，剝離強(qiáng)度先有小幅的上升再逐漸下降，主要是由于SBS易發(fā)生交聯(lián)作用，導(dǎo)致膠的內(nèi)聚作用的增加，黏附力下降，進(jìn)而導(dǎo)致剝離強(qiáng)度有如此的變化趨勢(shì)。但由于SBS具有優(yōu)良的拉伸強(qiáng)度和彈性，永久變形性小，屈撓和回彈性好，表面摩擦力大，所以在不影響膠力學(xué)性能的前提下，選取合適的加入量，對(duì)膠性能的提升有很好的作用，實(shí)驗(yàn)選擇SBS的加入量20%較為合適。

為提高壓敏膠的抗氧化性，克服熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中還加入了少量抗氧劑和防老劑等助劑，取得了較好的效果，但要控制加入量在5%以下。按照實(shí)驗(yàn)結(jié)果制備熱熔壓敏膠，其性能見表2。從表2可以看出，研制的環(huán)保型熱熔壓敏膠的性能與同類產(chǎn)品相比性能較佳。

圖5 SBS加入量對(duì)剝離強(qiáng)度的影響Fig.5 The effect of SBS amount on peeling strength

表2 壓敏膠的性能與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)比較Table 2 The performance comparison between the pressure sensitive adhesive and the industrial standard

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)熱熔壓敏膠產(chǎn)品性能的測(cè)定，如初黏性、熔融黏度、剝離強(qiáng)度等，得到了最佳的熱熔壓敏膠配方，即氫化C5石油樹脂40%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），增塑劑35%，SBS熱塑性彈性體20%，抗氧劑和防老劑等助劑5%。利用此配方，制備出了熱熔壓敏膠產(chǎn)品，各方面性能都已經(jīng)達(dá)到了行業(yè)要求的水準(zhǔn)，可以很好的應(yīng)用在標(biāo)簽和衛(wèi)生用品等行業(yè)中。

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Preparation of the Environment-friendly Hot-melt Pressure-Sensitive Adhesive

JING Peng,LIU Feng,WANG Xiao-lei,HUANG Wei and CONG Yu-feng

(College of Environment&Biological Engineering,Liaoning Shihhua University,Fushun 113001,China)

TQ 436.3

B

1001-0017（2011）01-0067-04

2010-07-15 *基金項(xiàng)目：遼寧省教育廳資助項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)：PYF149）

荊鵬(1985-)，男，天津人，在讀碩士，主要從事石油樹脂機(jī)理及應(yīng)用的研究。

**通訊聯(lián)系人：黃瑋，(1962-），遼寧撫順市人，教授，從事石油化學(xué)品的研制與開發(fā)工作。