KristalexTM和EndexTM碳?xì)錁?shù)脂對(duì)壓敏膠（PSA）性能的研究

康成武

【摘 要】熱熔壓敏膠配方體系中苯乙烯系熱塑性彈性體（SBC）為其提供了內(nèi)聚力、強(qiáng)度和耐熱性。室溫下苯乙烯相在膠粘劑中形成物理性交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)其結(jié)構(gòu)式，而伊士曼Kristalex和Endex碳?xì)錁?shù)脂作為增粘樹(shù)脂與之搭配使用，對(duì)壓敏膠性能的進(jìn)行改善。我們通多對(duì)壓敏膠中SBC結(jié)構(gòu)式的了解、樹(shù)脂結(jié)構(gòu)性能的描述，來(lái)有針對(duì)性的選擇不同的樹(shù)脂對(duì)壓敏膠性能改善，并作出對(duì)比測(cè)試，最終得出性能改善數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)有利于壓敏膠配方研究者根據(jù)不同性能需求，能快速、準(zhǔn)確的選擇合適樹(shù)脂搭配，為配方提供便利途徑。

【關(guān)鍵詞】壓敏膠;苯乙烯嵌段共聚物（SBC）;Kristalex和Endex碳?xì)錁?shù)脂

中圖分類(lèi)號(hào)： O631.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）24-0038-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.019

1 壓敏膠介紹

壓敏膠（PSA）在性質(zhì)上是獨(dú)一無(wú)二的，并且總是用于幾乎每天的日常生活中，作簽貼、塞子、膠帶和其他許多特殊用途。壓敏膠與一般膠黏劑不同之處在于它們可以通過(guò)一個(gè)輕微的壓力從物體表面黏貼或分離許多次，并不留殘余一類(lèi)具有對(duì)壓力有敏感性的膠粘劑。壓敏膠按照主體樹(shù)脂成分可分為橡膠型和樹(shù)脂型兩類(lèi)。橡膠型又可分為天然橡膠和合成橡膠類(lèi);樹(shù)脂型又主要包括丙烯酸類(lèi)、有機(jī)硅類(lèi)以及聚氨酯類(lèi)。橡膠類(lèi)壓敏膠又稱(chēng)為彈性體型壓敏膠，這類(lèi)壓敏膠所用的彈性體最早是天然橡膠，以后逐步擴(kuò)展到各種合成橡膠，熱塑性彈性體（熱熔壓敏膠）。

熱熔壓敏膠主要組成是由（1）苯乙烯嵌段共聚物（SBC）;（2）增黏劑;（3）增塑劑;（4）抗氧化劑。將這些組分在高溫條件下混合在一起時(shí)（一般為170-180℃），并沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)或交聯(lián)現(xiàn)象發(fā)生。我們可以將高分子視為溶質(zhì)，而將低分子量的添加劑，如増粘樹(shù)脂和礦物油，視為溶劑;整個(gè)混合物就成為一個(gè)「固態(tài)溶液」。固態(tài)溶液和一般習(xí)慣認(rèn)知的「流體溶液」有些不同。在流體溶液中，溶劑可以快速的揮發(fā)離開(kāi)溶質(zhì)母體;它只是被用來(lái)帶動(dòng)高分子的一個(gè)媒介物，而非用來(lái)調(diào)整膠粘劑配方物性的一個(gè)成分。而熱熔膠裡用來(lái)調(diào)整配方物性的低分子量添加劑則需要花很長(zhǎng)的時(shí)間或等待膠粘劑接觸到其他物質(zhì)后才會(huì)慢慢的離開(kāi)高分子溶質(zhì)母體。當(dāng)這些小分子逐漸離開(kāi)母體之后，整體配方的比例會(huì)產(chǎn)生變化。接著物性也因此隨著老化時(shí)間延長(zhǎng)或溫度上升而慢慢不斷的改變。最顯著的例子是，當(dāng)熱熔壓敏膠被應(yīng)用在商標(biāo)紙或膠帶時(shí)，會(huì)隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，壓力的上升，或溫度的提高;使得増粘樹(shù)脂或礦物油慢慢的離開(kāi)高分子母體，移行進(jìn)入所使用的面材中。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成標(biāo)籤或膠帶明顯滲油，失粘或翹邊的現(xiàn)象。解決此問(wèn)題的方法是選擇相容性較好的高分子和添加劑體系;同時(shí)盡量減少低分子量物質(zhì)的比例。

文章主要以主體苯乙烯系熱塑性彈性體（SBC）和增粘樹(shù)脂的相容性為主要方向進(jìn)行研究。SBC系列品種中主要有4種類(lèi)型，即：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）;苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS）;苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）;苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEPS），其中SEBS和SEPS分別是SBS和SIS的加氫共聚物。

2 碳?xì)錁?shù)脂在壓敏膠中引用探究

Kristalex和 Endex碳?xì)錁?shù)脂優(yōu)先改性SBC的苯乙烯段，并在PSA配方中可用來(lái)平衡內(nèi)聚力，粘度和耐溫性。Endex和Kristalex純單體樹(shù)脂具有水白色，高度穩(wěn)定性、極性、低分子量等特點(diǎn)。

·KristalexTM3070和KristalexTM3085碳?xì)錁?shù)脂

這些低軟化點(diǎn)，水白色樹(shù)脂可降低熔融粘度，增加PSA在環(huán)境溫度下硬度和內(nèi)聚力。

·KristalexTM3100碳?xì)錁?shù)脂

這款中間軟化點(diǎn)，水白色樹(shù)脂可降低熔融粘度，增加PSA在環(huán)境溫度下硬度和內(nèi)聚力。

·EndexTM155和KristalexTM5140 碳?xì)錁?shù)脂

這些非常高的軟化點(diǎn)，水白色樹(shù)脂可提高熔融粘度，提高PSA在室溫和高溫下的內(nèi)聚力。

3 碳?xì)錁?shù)脂應(yīng)用在SBC壓敏膠中的技術(shù)研討

文章從SBC熱塑性壓敏膠中主體SBC結(jié)構(gòu)參數(shù)出發(fā)研究，SBC中苯乙烯含量、偶聯(lián)度比例和熔體流動(dòng)速率（MFR）（或稱(chēng)為熔融指數(shù)，MI）是影響熱塑性壓敏膠黏性能和加工性能的三個(gè)關(guān)鍵分子結(jié)構(gòu)參數(shù)。每個(gè)單獨(dú)的SBC分子鏈都是由中間嵌段（橡膠相）和端嵌段（塑膠相）組成的。中間嵌段（橡膠相）提供黏性和附著力，兩端嵌段（塑膠相）影響膠黏劑的熔融粘度，并在冷卻后提供強(qiáng)度。塑膠相的含量和流變影響膠粘劑的粘結(jié)性能、耐熱性、以及應(yīng)用溫度。這些端嵌段結(jié)合在一起時(shí)就形成了物理性交聯(lián)相。當(dāng)周?chē)鷾囟雀哂谖锢硇越宦?lián)相的軟化點(diǎn)時(shí)，這些結(jié)合的相就會(huì)再熔融分開(kāi)。

由于本文研究采用Kristalex和Endex碳?xì)錁?shù)脂是由純芳香族單體制備的熱塑性樹(shù)脂，按照結(jié)構(gòu)來(lái)看，這些樹(shù)脂優(yōu)先改性SBC苯乙烯嵌段。實(shí)驗(yàn)采用固定SBC配方，跟換不同樹(shù)脂及比例，得出成品分別在70℃、40℃、室溫進(jìn)行粘度、耐剪切力試驗(yàn)，在不銹鋼上進(jìn)行180°剝離力和初粘力測(cè)試，并通過(guò)SAFT（剪切粘接失效溫度）來(lái)測(cè)試耐溫性。

配方采用：科騰SIS，KRATON D1161（15%苯乙烯）和科騰SIS，KRATON D1126（19%苯乙烯）嵌段共聚物配方中。配方以100 份 SIS、110 份 PiccotacTM1095、10 份 CalsolTM5550、克拉瑪依環(huán)烷油4010、抗氧劑1010和兩種配比KristalexTM或EndexTM碳?xì)錁?shù)脂為基礎(chǔ)，見(jiàn)表1。

樹(shù)脂優(yōu)先進(jìn)入SBC膠粘劑的苯乙烯域，在360°F時(shí)，較低分子量的Kristalex3078和3085樹(shù)脂軟化苯乙烯結(jié)構(gòu)域，并降低膠粘劑粘度。相比之下，分子量較高的Kristalex 5140和Endex 155樹(shù)脂在物理上增強(qiáng)了苯乙烯相，提高了膠粘劑粘度，如圖1所示。

膠粘劑粘度可通過(guò)改變端嵌段樹(shù)脂比重增加高分子量樹(shù)脂的用量，增加粘度，如添加到SBC中。增加低分子量樹(shù)脂的量會(huì)進(jìn)一步降低粘度，當(dāng)增加高分子量樹(shù)脂的量時(shí)，粘度會(huì)增加，如圖2所示。

通過(guò)改變不同分子量樹(shù)脂的用量來(lái)調(diào)節(jié)膠粘劑粘度的能力是膠粘劑配方的一個(gè)有用工具。值得注意的是，這些樹(shù)脂的加入也會(huì)影響膠粘劑的RBSP和SAFT。Kristalex 3070、3085和3100樹(shù)脂降低了苯乙烯段區(qū)域的軟化點(diǎn)，并且明顯降低了粘接劑RBSP和SAFT，如表2中KRATON？D1126配方所示。相反，Kristalex 5140和Endex 155樹(shù)脂增加了膠粘劑的RBSP和SAFT，即使在10 份的情況下。這種效應(yīng)在線性D1161和徑向D1126中都是相似的。

調(diào)整膠粘劑粘度必須與膠粘劑的粘接強(qiáng)度要求相平衡。所有的Kristalex和Endex樹(shù)脂都可增加膠粘劑的RT內(nèi)聚力，當(dāng)加入20份端嵌段樹(shù)脂時(shí)，在室溫下顯著提高，持粘力力從5000分鐘左右到10000分鐘以上。圖3表明，當(dāng)持粘力測(cè)試溫度提高到40℃時(shí)，含Kristalex 3070的PSA的內(nèi)聚強(qiáng)度沒(méi)有增加，但測(cè)試的其它端嵌段樹(shù)脂確實(shí)表現(xiàn)出增加了膠粘劑的內(nèi)聚力和持粘力。

如圖4所示，如果需要在70℃增加內(nèi)聚力，則可以使用Kristalex5140和Endex155來(lái)加強(qiáng)SBC的苯乙烯相，增加高溫內(nèi)聚力和70℃持粘力。在40℃對(duì)膠帶老化2周后，對(duì)膠粘劑的內(nèi)聚力和剪切力的效果依然保持。

低分子量端嵌段樹(shù)脂除了可以讓配方設(shè)計(jì)師調(diào)整SBC基PSA的粘度和內(nèi)聚強(qiáng)度外，還可以提高對(duì)不銹鋼的初粘力和180°剝離力，老化后性能保持良好。

4 結(jié)論

伊士曼化學(xué)公司的Kristalex和Endex碳?xì)錁?shù)脂優(yōu)先改性SBC粘合劑的苯乙烯嵌段。低分子量的Kristalex樹(shù)脂降低了360°F的膠粘劑粘度，提高了室溫和中等溫度的內(nèi)聚強(qiáng)度。相比之下，分子量較高的Kristalex 5140和Endex155樹(shù)脂在70℃時(shí)增加了膠粘劑粘度和內(nèi)聚強(qiáng)度。這些樹(shù)脂可用于平衡使用苯乙烯嵌段共聚物配制的熱熔壓敏膠（PSA）的內(nèi)聚力、粘度和耐溫性，給PSA配方調(diào)配者提供了有利數(shù)據(jù)，使得能快速、準(zhǔn)確的做出選擇。