SIS熱熔壓敏膠的制備

邢立江，張書(shū)會(huì)

(1.中國(guó)石化巴陵石化分公司合成橡膠部，湖南 岳陽(yáng) 414014; 2.中國(guó)石化巴陵石化分公司物資采購(gòu)中心，湖南 岳陽(yáng) 414014)

SIS(聚苯乙烯、聚異戊二烯嵌段共聚物)是一種性能優(yōu)異的熱塑性彈性體，適用于制備各種熱熔壓敏膠。由于SIS在中間軟段上具有甲基側(cè)鏈，用其制備的熱熔壓敏膠內(nèi)聚力較好、180°剝離強(qiáng)度較高、初粘性好、熔融黏度低[1]、使用方便、粘接范圍廣，廣泛應(yīng)用于防護(hù)服密封膠、醫(yī)用膠帶、婦女及嬰兒衛(wèi)生用品、高檔標(biāo)簽、快遞膠帶等行業(yè)。用SIS制備熱熔壓敏膠是在熔融狀態(tài)下涂布，冷卻后施壓粘合，便于自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)；制備過(guò)程不含溶劑，能耗小，設(shè)備緊湊，余膠可重復(fù)利用[2]，近年來(lái)發(fā)展較快。鑒于此，作者以國(guó)產(chǎn)SIS為主體材料，通過(guò)熔融混合制備熱熔壓敏膠，考察SIS牌號(hào)、增黏樹(shù)脂、增塑劑、抗氧劑、填料等組分對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

SIS(1105、1106、1209)，巴陵石化分公司合成橡膠部；環(huán)烷油、32#白油、液體石蠟、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)、酚醛樹(shù)脂、石油樹(shù)脂、C9石油樹(shù)脂、C5石油樹(shù)脂、松香樹(shù)脂、萜烯樹(shù)脂、抗氧劑1076、抗氧劑168、輕質(zhì)碳酸鈣等均為市售化工原料。

1.2 熱熔壓敏膠的制備

在燒杯中依次加入一定量的SIS、增塑劑及少量的抗氧化劑，浸泡進(jìn)行充油，加熱并不斷攪拌；待SIS完全熔融后，加入一定量的增黏樹(shù)脂，按需加入一定量的填料，不斷攪拌，控溫150～170 ℃，直至體系完全熔融變成均勻的黏稠液體，即為熱熔壓敏膠；停止攪拌，趁熱出料，涂布于聚酯膜上，備用。

1.3 熱熔壓敏膠的性能測(cè)試

黏度參照GB/T 2794-1995測(cè)試；初粘性測(cè)定：小球在一定傾角的斜面上固定位置滾下，以沿水平膠粘片滾動(dòng)的距離表示初粘性；持粘性參照GB 4851-1984測(cè)試；180°剝離強(qiáng)度參照GB 2792-1981測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 SIS牌號(hào)對(duì)熱熔壓敏膠的影響

將不同牌號(hào)的SIS配成25%的甲苯溶液，測(cè)定溶液黏度；固定配方(質(zhì)量份，下同)：SIS 30份、環(huán)烷油25份、萜烯樹(shù)脂50份、抗氧劑1.5份，制備熱熔壓敏膠，測(cè)定熱熔壓敏膠的性能，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，由于SIS(1209)的聚苯乙烯含量較高，其溶液黏度較低，持粘時(shí)間長(zhǎng)，適于制備對(duì)持粘性要求高的熱熔壓敏膠；SIS(1105)、SIS(1106)的聚苯乙烯含量低，則適于制備對(duì)初粘性及低溫性能要求較高的熱熔壓敏膠，此外，SIS(1106)含有一定量的兩嵌段SI(聚硅氧烷)，更適于制備標(biāo)簽用膠。根據(jù)熱熔壓敏膠的具體用途可以靈活選用SIS牌號(hào)，也可將不同牌號(hào)SIS混合使用。

表1 以不同牌號(hào)SIS制備的熱熔壓敏膠的性能

2.2 增黏樹(shù)脂對(duì)熱熔壓敏膠的影響

2.2.1 增黏樹(shù)脂種類的影響

為改善熱熔壓敏膠性能、提高黏附力等，需要加入增黏劑。SIS具有不同溶解度參數(shù)的兩相分離結(jié)構(gòu)，根據(jù)增黏劑與SIS分子結(jié)構(gòu)中橡膠相、塑料相相容性的差異，增黏劑可分為橡膠相增黏劑和塑料相增黏劑。制備SIS熱熔壓敏膠時(shí)，增黏樹(shù)脂可以根據(jù)具體的使用要求來(lái)靈活選擇。

固定配方：SIS(1105) 30份、環(huán)烷油25份、增黏樹(shù)脂50份、抗氧劑1.5份，制備熱熔壓敏膠，測(cè)定熱熔壓敏膠的性能，結(jié)果如表2所示。

表2 增黏樹(shù)脂種類對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響

由表2可知，以萜烯樹(shù)脂制備的熱熔壓敏膠的初粘性、180°剝離強(qiáng)度均較好；而以與塑料相相容的芳香族C9石油樹(shù)脂制備的熱熔壓敏膠的初粘性較差。因此，選擇與橡膠相相容性好的增黏樹(shù)脂制備熱熔壓敏膠，如石油樹(shù)脂和萜烯樹(shù)脂等。

2.2.2 增黏樹(shù)脂用量的影響

以萜烯樹(shù)脂為增黏劑，固定配方：SIS(1105) 30份、環(huán)烷油25份、抗氧劑1.5份，考察萜烯樹(shù)脂用量(以SIS用量計(jì))對(duì)熱熔壓敏膠180°剝離強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖1所示。樹(shù)脂用量為120%～150%。

由圖1可知，熱熔壓敏膠的180°剝離強(qiáng)度隨萜烯樹(shù)脂用量的增加快速上升，在萜烯樹(shù)脂用量超過(guò)120%后，180°剝離強(qiáng)度升幅趨緩。因此，適宜的萜烯樹(shù)脂用量為120%～150%。

圖1 萜烯樹(shù)脂用量對(duì)熱熔壓敏膠180°剝離強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of amount of terpene resin on 180° peel strength of hot-melt pressure-sensitive adhesive

2.2.3 復(fù)合增黏樹(shù)脂的影響

為了提高熱熔壓敏膠的性能，可以選用復(fù)合增黏樹(shù)脂。分別以C5石油樹(shù)脂+C9石油樹(shù)脂、萜烯樹(shù)脂+C9石油樹(shù)脂、萜烯樹(shù)脂+C5石油樹(shù)脂、萜烯樹(shù)脂+酚醛樹(shù)脂為復(fù)合增黏樹(shù)脂，固定配方：SIS(1105)30份、環(huán)烷油25份、復(fù)合增黏樹(shù)脂50份、抗氧劑1.5份，制備熱熔壓敏膠，考察復(fù)合增黏樹(shù)脂對(duì)熱熔壓敏膠180°剝離強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 復(fù)合增黏樹(shù)脂對(duì)熱熔壓敏膠180°剝離強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of composite tackifying resin on 180° peel strength of hot-melt pressure-sensitive adhesive

由圖2可知，C5石油樹(shù)脂與C9石油樹(shù)脂的最佳配比為8∶2；萜烯樹(shù)脂與C9石油樹(shù)脂的最佳配比為8∶2；萜烯樹(shù)脂與C5石油樹(shù)脂復(fù)配的效果和單一樹(shù)脂相差不大；酚醛樹(shù)脂含量在5%時(shí)可有效提高180°剝離強(qiáng)度。

2.3 增塑劑對(duì)熱熔壓敏膠的影響

2.3.1 單一增塑劑的影響

在制備熱熔壓敏膠時(shí)為了改善熱熔壓敏膠的性能，通常需要加入適量的填充油等小分子增塑劑，以有效降低膠粘劑的熔融黏度，便于大面積快速自動(dòng)涂布，提高生產(chǎn)效率。固定配方：SIS(1105) 30份、增塑劑25份、萜烯樹(shù)脂45份、抗氧劑1.5份，制備熱熔壓敏膠，考察增塑劑種類對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 增塑劑種類對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響

由表3可知，以增塑劑DOP制備的熱熔壓敏膠的初粘性具有明顯優(yōu)勢(shì)，但是其持粘時(shí)間、180°剝離強(qiáng)度均不滿足使用要求；以增塑劑環(huán)烷油制備的熱熔壓敏膠的持粘時(shí)間長(zhǎng)，180°剝離強(qiáng)度高，綜合性能較好。因此，選擇環(huán)烷油為增塑劑。

以環(huán)烷油為增塑劑，固定配方：SIS(1105) 30份、萜烯樹(shù)脂50份、抗氧劑1.5份，考察環(huán)烷油用量(以SIS用量計(jì))對(duì)熱熔壓敏膠初粘性、180°剝離強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 環(huán)烷油用量對(duì)熱熔壓敏膠初粘性和 180°剝離強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of amount of naphthenic oil on initial adhesion and 180° peel strength of hot-melt pressure-sensitive adhesive

由圖3可知，隨著環(huán)烷油用量的增加，熱熔壓敏膠的初粘性顯著改善，但180°剝離強(qiáng)度下降較快。綜合考慮，增塑劑用量控制在50%～70%較為適宜。

2.3.2 復(fù)合增塑劑的影響

為了提高熱熔壓敏膠的初粘性，可以選用復(fù)合增塑劑。以環(huán)烷油+DOP為復(fù)合增塑劑，固定配方：SIS(1105) 30份、復(fù)合增塑劑20份、萜烯樹(shù)脂50份、抗氧劑1.5份，制備熱熔壓敏膠，考察復(fù)合增塑劑對(duì)熱熔壓敏膠初粘性、180°剝離強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 復(fù)合增塑劑對(duì)熱熔壓敏膠初粘性和 180°剝離強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect of composite plasticizer on initial adhesion and 180° peel strength of hot-melt pressure-sensitive adhesive

比較圖3、4可知，使用復(fù)合增塑劑，熱熔壓敏膠的初粘性得到提高，但180°剝離強(qiáng)度明顯降低。由于DOP容易滲油，其在復(fù)合增塑劑中的含量應(yīng)不超過(guò)15%。

2.4 抗氧劑對(duì)熱熔壓敏膠的影響

SIS及其它各種組分在加熱熔融過(guò)程中受氧、熱、光等影響會(huì)發(fā)生氧化降解，導(dǎo)致熱熔壓敏膠性能降低。以抗氧劑1076+抗氧劑168為復(fù)合抗氧劑，固定配方：SIS(1105) 30份、環(huán)烷油20份、萜烯樹(shù)脂45份、復(fù)合抗氧劑1.5份，制備熱熔壓敏膠，考察復(fù)合抗氧劑對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響，結(jié)果如表4所示。

表4 復(fù)合抗氧劑對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響

由表4可知，未添加復(fù)合抗氧劑的熱熔壓敏膠經(jīng)3次熔融后，180°剝離強(qiáng)度降低了25%；而添加復(fù)合抗氧劑的熱熔壓敏膠經(jīng)3次熔融后，其180°剝離強(qiáng)度在誤差范圍內(nèi)幾乎沒(méi)有變化。因此，添加一定量的復(fù)合抗氧劑可有效防止膠料在共混熔融過(guò)程中的氧化和降解。

2.5 填料對(duì)熱熔壓敏膠的影響

加入填料可以降低熱熔壓敏膠的制備成本。以輕質(zhì)碳酸鈣為填料，固定配方：SIS(1105) 30份、環(huán)烷油20份、萜烯樹(shù)脂45份、復(fù)合抗氧劑1.5份，制備熱熔壓敏膠，考察輕質(zhì)碳酸鈣用量(質(zhì)量份)對(duì)熱熔壓敏膠180°剝離強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 輕質(zhì)碳酸鈣用量對(duì)熱熔壓敏膠180°剝離強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of amount of light calcium carbonate on 180° peel strength of hot-melt pressure-sensitive adhesive

由圖5可知，隨著輕質(zhì)碳酸鈣用量的增加，熱熔壓敏膠的180°剝離強(qiáng)度先升高后快速降低，在輕質(zhì)碳酸鈣用量為2.5份時(shí)，180°剝離強(qiáng)度達(dá)到最高。

3 結(jié)論

以國(guó)產(chǎn)SIS為主體材料，通過(guò)熔融混合制備了熱熔壓敏膠，考察了SIS牌號(hào)、增黏樹(shù)脂、增塑劑、抗氧劑、填料等組分對(duì)熱熔壓敏膠性能的影響。結(jié)果表明，可以根據(jù)具體用途靈活選用SIS牌號(hào)，也可將不同牌號(hào)SIS混合使用；增黏樹(shù)脂的種類和用量對(duì)熱熔壓敏膠的性能影響較大，增黏樹(shù)脂用量為SIS用量的120%～150%較為合適，適量加入極性樹(shù)脂可以提高熱熔壓敏膠的180°剝離強(qiáng)度；采用增塑劑環(huán)烷油，熱熔壓敏膠的綜合性能較好，也可使用復(fù)合增塑劑，其用量為SIS用量的50%～70%較為合適；采用復(fù)合抗氧劑(1076、168)能有效防止熱熔壓敏膠在制備和使用過(guò)程中的老化；加入填料輕質(zhì)碳酸鈣可以降低制備成本，在一定用量范圍內(nèi)可以提高熱熔壓敏膠的180°剝離強(qiáng)度。