氫化C5石油樹脂/SBS對(duì)熱熔型壓敏膠的性能影響

王坤，康永

(陜西金泰氯堿化工有限公司, 陜西 榆林 718100)

氫化C5石油樹脂/SBS對(duì)熱熔型壓敏膠的性能影響

王坤，康永

(陜西金泰氯堿化工有限公司, 陜西 榆林 718100)

研究了改性C5石油樹脂在熱熔壓敏膠中的應(yīng)用。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，鄰苯二甲酸丁酯為增塑劑，同時(shí)還加入了少量的抗氧劑和防老劑，來(lái)制備環(huán)保型熱熔壓敏膠。實(shí)驗(yàn)通過單因素考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和攪拌速度對(duì)制備熱熔壓敏膠的影響，確定了制備壓敏膠的最佳工藝條件，即反應(yīng)溫度150℃，反應(yīng)時(shí)間2.5 h，攪拌速度600 r.min-1。在此條件下，通過改變各組分在配方中的含量，從而制備出了一系列熱熔壓敏膠產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)通過對(duì)這些壓敏膠產(chǎn)品性能的測(cè)定(如初黏性、180℃熔融黏度、剝離強(qiáng)度和破壞狀態(tài)等)，得到了一個(gè)最佳的熱熔壓敏膠配方，即氫化C5石油樹脂40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，鄰苯二甲酸丁酯35%，SBS熱塑性彈性體20%，抗氧劑3%，防老劑2%。

氫化C5石油樹脂；熱熔壓敏膠；初黏性；剝離強(qiáng)度

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量正在不斷提高，對(duì)于生活用品的要求也在不斷提升，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。其中C5石油樹脂以其性能優(yōu)良、環(huán)保等多方面優(yōu)勢(shì)，近些年來(lái)備受人們的青睞[1]。C5石油樹脂是裂解乙烯的C5餾分，經(jīng)熱聚合或催化聚合而成，一般平均分子量在1 000～3 000之間[2]。做為一種低分子量、熱塑性樹脂，其具有降凝、增黏和改善黏度的性能。在路標(biāo)漆、涂料、油墨等行業(yè)都得到了很好的應(yīng)用，尤其是在熱熔型壓敏膠中的應(yīng)用，更為突出。C5石油樹脂可做為SBS熱熔型壓敏膠配方中的增黏劑，可以有效的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)的過程中，漸漸發(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，在反應(yīng)過程中極易氧化，最終導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品色澤深，流動(dòng)性較差，從而限制了其在這一領(lǐng)域的應(yīng)用。所以實(shí)驗(yàn)采用了經(jīng)加氫改性后的石油樹脂，即氫化C5石油樹脂做為配方中的增黏劑，制備出的熱熔型壓敏膠產(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，因此進(jìn)一步提升了C5石油樹脂在壓敏膠這一行業(yè)的應(yīng)用價(jià)值。最終生產(chǎn)出的成品可應(yīng)用到標(biāo)簽，衛(wèi)生用品等領(lǐng)域。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

氫化C5石油樹脂工業(yè)級(jí)，濮陽(yáng)市恒豐石油化工有限公司；C5石油樹脂 工業(yè)級(jí)，濮陽(yáng)市恒豐石油化工有限公司；鄰苯二甲酸丁酯(DBP) 分析純，濟(jì)南塑邦精細(xì)化工有限公司；BHT 化學(xué)純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；SBS熱塑性彈性體(星型) 工業(yè)級(jí)，慈溪市佳華塑化有限公司。

1.2 主要設(shè)備

JJ-1型精密增力電動(dòng)攪拌器，江蘇省金壇市科學(xué)儀器廠；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，杭州惠創(chuàng)儀器設(shè)備有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

通過以上的介紹，C5石油樹脂因其本身具有的一些優(yōu)良的特性，在很多領(lǐng)域上都得到了廣泛的應(yīng)用，但其不飽和度過大，引起的熱穩(wěn)定性差、易氧化、耐候性較差等不利因素，嚴(yán)重制約了C5石油樹脂的應(yīng)用空間。通常情況下把C5石油樹脂作為熱熔壓敏膠配方中的增黏劑，開始取得了不錯(cuò)的效果，但正是因其的不利因素，C5石油樹脂的發(fā)展遇到了瓶頸。所以我們?yōu)榱诉M(jìn)一步挖掘C5石油樹脂的潛能，改性事在必行。所以本文采用了氫化C5石油樹脂來(lái)做為熱熔壓敏膠配方中的增黏劑，通過考察工藝條件和其他組分的加入量，來(lái)摸索出一個(gè)熱熔壓敏膠的制備工藝和最佳的配比，通過此配比最終制備除了熱熔壓敏膠產(chǎn)品。所以以上就是本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的初衷和基本的原理。

1.4 實(shí)驗(yàn)過程

將四口瓶固定在恒溫油浴裝置上，并安裝好回流裝置。將油浴調(diào)節(jié)至一定溫度下，開始加熱，同時(shí)將一定量的氫化C5石油樹脂加入到瓶中。帶試樣熔化后，在一段時(shí)間內(nèi)逐滴加入增塑劑(鄰苯二甲酸丁酯)，并開始啟動(dòng)攪拌。滴加完畢后，加入抗氧劑和防老劑，勻速攪拌一段時(shí)間后，開始分批量的加入SBS熱塑性體，并快速攪拌，直至形成均勻穩(wěn)定的溶液，出膠，放入至定型盒冷卻。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱熔壓敏膠的制備工藝

通過單因素考察反應(yīng)時(shí)間、溫度以及攪拌速度對(duì)壓敏膠性能的影響，從而得到以下數(shù)據(jù)和結(jié)論。

2.1.1 反應(yīng)時(shí)間的影響

如圖1和2所示，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，壓敏膠的初黏性和熔融黏度都有所增加，在反應(yīng)時(shí)間為2.5 h時(shí)，初黏性和熔融黏度的值都達(dá)到最大。出現(xiàn)此現(xiàn)象主要是因?yàn)?，反?yīng)時(shí)間增加時(shí)，各組分的互溶性逐漸變好，直到達(dá)到最佳水平。但隨著時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，反應(yīng)物的副反應(yīng)開始增加，所以膠的性能有所下降。根據(jù)以上的分析，實(shí)驗(yàn)最終確定反應(yīng)時(shí)間為2.5 h為最佳。

2.1.2 反應(yīng)溫度的影響

圖1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)初黏性的影響

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)熔融黏度的影響

圖3 反應(yīng)溫度對(duì)初黏性的影響

反應(yīng)溫度主要影響熱熔壓敏膠的初黏性和熔融黏度等性能，見圖3和4。如圖3和4所示，隨著反應(yīng)溫度的升高，壓敏膠的初黏性和熔融黏度都逐漸增加，在反應(yīng)溫度達(dá)到150℃時(shí)，出現(xiàn)最大值，溫度再升高后，初黏性和熔融黏度的值反而開始減小。之所以出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象主要是由于，隨著溫度升高時(shí)，SBS的逐漸熔化，并和其它組份互溶，形成穩(wěn)定均勻的體系，但溫度進(jìn)一步升高，SBS就很容易在高溫下發(fā)生氧化反應(yīng)，從而破壞了體系的穩(wěn)定性，進(jìn)而就影響了初黏性和熔融黏度的值。通過以上的討論，實(shí)驗(yàn)確定反應(yīng)溫度為150℃最為理想。

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)熔融黏度的影響

2.1.3 攪拌速度的影響

攪拌速度直接影響熱熔壓敏膠的剝離強(qiáng)度和初黏性，見圖5和6。

圖5 攪拌速度對(duì)剝離強(qiáng)度的影響

如圖5和6所示，隨著攪拌速度的加快，剝離強(qiáng)度和初黏性的值不斷增加，當(dāng)速度到達(dá)600 r.min-1后，剝離強(qiáng)度與初黏性的變化就趨于穩(wěn)定。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因時(shí)，在低攪拌速度下，各組份不能到達(dá)較好的互溶，當(dāng)速度達(dá)到600 r.min-1，體系就達(dá)到了平衡，剝離強(qiáng)度與初黏性的變化明趨于穩(wěn)定。通過以上的分析，再考慮到實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在安全低能耗的條件下進(jìn)行，所以實(shí)驗(yàn)確定攪拌速度為600 r.min-1比較適宜。

圖6 攪拌速度對(duì)初黏性的影響

2.1.4 最佳工藝條件

通過以上的數(shù)據(jù)和結(jié)論，最終確定的制備熱熔壓敏膠的工藝條件，見表1。

表1 最佳工藝條件

2.2 熱熔壓敏膠配方的確定

通過考察氫化C5石油樹脂、SBS熱塑性彈性體、鄰苯二甲酸丁酯等組份的加入量，對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響，從而確定最佳壓敏膠的配方。

2.2.1 氫化C5石油樹脂的加入量對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響

（1）氫化C5石油樹脂的加入量對(duì)熔融黏度的影響

氫化C5石油樹脂的加入量直接影響壓敏膠的熔融黏度，見表2。如表2所示，隨著氫化C5石油樹脂加入量的增加，熔融黏度的值快速的降低，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，從表中我們能很清楚的看到。之所以能出現(xiàn)這樣的變化過程，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，但隨著其量進(jìn)一步的增加，相容性漸漸變差，熔融黏度的減小也就變得緩慢幾乎就保持不變。通過以上的分析，實(shí)驗(yàn)決定氫化C5石油樹脂加入量為40%。

表2 氫化C5加入量對(duì)熔融黏度的影響

（2）氫化C5石油樹脂的加入量對(duì)剝離強(qiáng)度的影響

氫化C5石油樹脂的加入量直接影響壓敏膠的剝離強(qiáng)度，見表3。如表3所示，隨著氫化C5量的增加，剝離強(qiáng)度逐漸下降，當(dāng)加入量達(dá)到40%以后，剝離強(qiáng)度的下降趨勢(shì)更加明顯。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)，黏附力下降，所以隨著其加入量的增加，剝離強(qiáng)度反而快速的下降。

表3 氫化C5加入量對(duì)剝離強(qiáng)度的影響

通過以上的數(shù)據(jù)和分析，確定氫化C5石油樹脂的加入量為40%最為合理。

2.2.2 鄰苯二甲酸丁酯(增塑劑)加入量對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響

（1）鄰苯二甲酸丁酯的加入量對(duì)熔融黏度的影響

鄰苯二甲酸丁酯的加入量直接影響壓敏膠的熔融黏度，見表4。

表4 鄰苯二甲酸丁酯加入量對(duì)熔融黏度的影響

如表4所示，隨著其加入量的增加，熔融黏度逐漸下降，在鄰苯二甲酸丁酯的加入量達(dá)到35%后，熔融黏度下降的幅度逐漸變小。出現(xiàn)這樣的變化過程主要是由于，鄰苯二甲酸丁酯作為配方中的增塑劑，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。

（2）鄰苯二甲酸丁酯的加入量對(duì)初黏性的影響

鄰苯二甲酸丁酯的加入量對(duì)壓敏膠的初黏性有較大影響，見表5。如表5所示，隨著鄰苯二甲酸丁酯加入量的增加，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)猷彵蕉姿岫□タ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。通過以上的討論，確定鄰苯二甲酸丁酯的加入量為35%比較適宜。

表5 鄰苯二甲酸丁酯加入量對(duì)初黏性的影響

2.2.3 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，見表6。

表6 SBS加入量對(duì)熔融黏度的影響

如表6和所示，隨著SBS的加入量逐漸增多，熱熔膠的熔融黏度呈上升趨勢(shì)，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。

表7 SBS加入量對(duì)熔融黏度的影響

如表7所示，隨著SBS的加入量增多，剝離強(qiáng)度逐漸下降，也是由于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)度下降。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。所以加入SBS的量控制在20%較為合理。

2.2.4 其他組分的加入量對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響

為解決SBS易氧化，熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中還加入了少量抗氧劑(BHT)和防老劑為壓敏膠助劑，取得了較好的效果，但要控制加入量在5%以下。

2.2.5 最佳配方

通過以上的數(shù)據(jù)和結(jié)論，得到了熱熔壓敏膠的最佳配方，見表8。

表8 熱熔壓敏膠的最佳配方

利用此配方，制備出了熱熔壓敏膠產(chǎn)品，對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)定，見表9。

如表9所示，經(jīng)實(shí)驗(yàn)合成的熱熔壓敏膠產(chǎn)品，在各方面性能都已經(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。

表9 產(chǎn)品的性能指標(biāo)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 通過單因素考察反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度和攪拌速度對(duì)制備熱熔壓敏膠的影響，從而確定了最佳的工藝條件，即反應(yīng)溫度150℃，反應(yīng)時(shí)間2.5 h，攪拌速度600 r.min-1。

(2) 通過單因素考察配方中各組份的改變，對(duì)熱熔壓敏膠產(chǎn)品性能的影響，如初黏性、熔融黏度、剝離強(qiáng)度以及破壞狀態(tài)等，得到了最佳的熱熔壓敏膠配方，即氫化C5石油樹脂(增黏劑)40%，鄰苯二甲酸丁酯(增塑劑)35%，SBS熱塑性彈性體20%(增韌劑)，抗氧劑3%，防老劑2%。

[1] 侯長(zhǎng)利, 刑進(jìn), 趙春立. 裂解C5/C9共聚石油樹脂的研究[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào), 2000, 16(1): 7～9.

[2] 高棟華, 葛發(fā)祥. 橡膠用C5/C9共聚石油樹脂合成新工藝初探[J]. 安徽化工, 2004, 128(2): 21～22.

Effect of hydrogenated C5petroleum resin /SBS on the properties of hot melt pressure sensitive adhesive

Effect of hydrogenated C5petroleum resin /SBS on the properties of hot melt pressure sensitive adhesive

Wang Kun, Kang Yong
(Shaanxi Jintai Chlor Alkali Chemical Co., Ltd., Yulin 718100, Shaanxi, China)

This paper studies the application of modif ed C5petroleum resin in hot melt pressure sensitive adhesive. Take hydrogenated C5petroleum resin as thickening agent of hot melt pressure sensitive adhesive (HMPSA) formulation, SBS thermoplastic elastomer as toughening agent, dibutyl phthalate as plasticizer, and small amount of antioxidants for the preparation of environmental protection HMPSA. Through single factor inf uence of reaction temperature, reaction time and stirring speed on the preparation of HMPSA, the optimum process conditions of preparing pressure sensitive adhesive are determined. That is, the reaction temperature is 150℃, the reaction time is 2.5 h, and the stirring speed is 600 r.min-1. Under these conditions, a series of hot melt pressure sensitive adhesive products are prepared by changing the content of each component in the formula. Through the experiment on the determination of these properties of pressure sensitive adhesive (initial viscosity, 180℃ melt viscosity, peel strength and damage state, etc.), the best HMPSA formula is gained, hydrogenated C5petroleum resin 40% (mass fraction), dibutyl phthalate 35%, thermoplastic elastomer SBS 20%, antioxidant 3%, and antiager 2%.

hydrogenated C5petroleum resin; hot melt pressure sensitive adhesive; initial viscosity; peel strength

TQ326.82

1009-797X(2016)24-0042-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.24.010

(R-03)

王坤(1991-)，男，本科，工程師，現(xiàn)從事復(fù)合材料研究工作。

2016-10-09