無溶劑輻射固化丙烯酸壓敏膠的性能和制備*

邵康宸

（西安航空職業(yè)技術學院 航空材料工程學院，陜西 西安 710089）

化學在人們?nèi)粘Ｉ钪械牡匚辉絹碓街匾?，它帶給人們方便和好處的同時也引起了一系列的問題，最為嚴重的問題即對環(huán)境的污染和破壞。隨著人們環(huán)保意識的提高，對化學產(chǎn)品的要求也越來越高。無溶劑輻射固化型丙烯酸酯壓敏膠是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的新型膠粘劑[1,2]，所以它已成為膠粘劑行業(yè)的焦點。本研究希望以聚氨酯丙烯酸酯作為預聚體，二甲基丙烯酸酯作為稀釋劑，丙烯酸作為增粘樹脂，羥基環(huán)己基苯酮和二苯甲酮作為光引發(fā)劑，制備性能優(yōu)異的無溶劑輻射固化型丙烯酸壓敏膠。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

聚氨酯丙烯酸酯（UV-7605）（工業(yè)品 長興化學材料有限公司）；環(huán)氧樹脂（EP815）、乙氧化雙酚A二甲基丙烯酸酯（EM3260），工業(yè)品，國藥集團化學試劑有限公司；1-羥基環(huán)己基苯酮（184）（工業(yè)品 汽巴公司）；丙烯酸（工業(yè)品3M 公司）。

QC-300 型光固化機（河北保定勤誠電子設備廠）；DRL-2 型熱老化試驗箱（常州市國立試驗設備研究所）；QFH 型漆膜劃格儀（上海精密科學儀器有限公司）；FA1004N 型電子天平（上海精密科學儀器有限公司）。

1.2 制備

準備實驗所用小燒杯、玻璃棒以及所用試劑；稱取一定量EM3260 置于燒杯中；按一定比例稱取一定量光引發(fā)劑184，加入盛有EM3260 的燒杯中，攪拌使其完全溶解；按配方分別稱取預聚體、增粘樹脂丙烯酸，然后將其混合；攪拌至體系混合均勻，固化后觀察并記錄其表觀現(xiàn)象。

1.3 測試與表征

（1）壓敏膠的固化 將體系混合攪拌均勻后，用玻璃棒蘸取少量膠液均勻涂于PET 薄膜上，置于光固化機中，至完全固化，測試各自固化時間。

（2）初粘力測定將混合均勻的膠液涂于提前準備好的長 5cm、寬 2cm 的 PET 薄膜（25μm）上，涂膠部分長2cm、寬2cm，將兩片薄膜粘合后施加一定壓力，然后放入光固化機中，固化完全后，膠膜兩側(cè)施加拉力拉伸直至斷裂[3]。

（3）耐老化性測定將固化好的兩片PET 薄膜放入老化箱中，溫度設為70℃，放置7d 后取出，膠膜兩側(cè)施加拉力拉伸直至斷裂，記錄粘結(jié)強度。

（4）附著力測定 將膠液固化后，用漆膜劃格儀在膠膜上劃出一百個小方格，然后用膠帶粘貼，按90°或180°兩種方式用力迅速地撕掉，連續(xù)3 次，要求膠膜100%沒有脫落。如果全部脫落記為“差”，脫落了一部分記為“中”，脫落了一小部分記為“較好”，一點都沒脫落記為“好”。

2 結(jié)果與討論

2.1 預聚體對體系性能的影響

2.1.1 預聚物對成膜性的影響 選用UV-7605 和EP815 作為基體樹脂預聚物，當UV-7605 和EP815的配比不同時，壓敏膠成膜效果不同。

當預聚物為 UV-7605∶EP815=2∶1 時，固化后，膠膜的收縮率較大，成膜性差，膠膜脆性大。當預聚物為 UV-7605∶EP815=1∶1 時，輻射固化后，膠膜的收縮率與上相比，有所改善，但依然不是很理想。當預聚物僅為UV-7605∶EP815=1∶2 時，輻射固化后，成膜性很好，幾乎沒有收縮，且膠膜韌性好。當UV-7605 含量較多時，因為其分子中含有柔性基團，作用力較小，從而分子的柔韌性較好，保持了較好的柔韌性和良好的粘性[4,5]，而使膠液過粘，導致涂抹不均勻。當EP815 含量較多時，因其分子本身含有羥基和芳環(huán)，使膠膜有較高的剛性和強度，導致膠膜較脆很難成膜。

因此，將UV-7605 和EP815 按一定配比混合均勻，壓敏膠膜可以均勻涂布于離型膜上成膜性較好。

2.1.2 預聚物對初粘力的影響

表1 為不同預聚物配比與壓敏膠初粘力的關系。

表1 預聚物配比與壓敏膠初粘力的關系Tab.1 Relationship between prepolymer ratio and initial adhesion of pressure sensitive adhesive

由表1 可知，預聚物種類對丙烯酸壓敏膠的初粘力影響較大，隨著預聚物EP815 的含量增加，壓敏膠初粘力越來越大，單獨使用EP815 時，壓敏膠初粘力達到最高。這是因為EP815 分子中含有強極性-OH，而丙烯酸壓敏膠所用基材大部分為極性材料，所以接觸面能夠很好的被潤濕，因此初粘力得到提高。

綜合考慮，預聚物選擇 UV-7605∶EP815=1∶2 較為適宜。

2.2 丙烯酸含量對體系性能的影響

2.2.1 丙烯酸含量對體系黏度的影響

圖1 丙烯酸含量對體系黏度的影響Fig.1 Effect of acrylic acid content on viscosity of the system

由圖1 可知，體系的黏度隨增粘樹脂丙烯酸含量的增多而發(fā)生變化，隨著丙烯酸含量的增加，體系黏度越來越大，當丙烯酸含量超過體系的3%時，體系黏度達到最大，為8000MPa·s，繼續(xù)增加增粘樹脂丙烯酸的含量，體系黏度不再增加。

2.2.2 丙烯酸含量對初粘力的影響

圖2 丙烯酸含量對初粘力的影響Fig.2 Effect of acrylic acid content on initial adhesion

由圖2 可知，增粘樹脂丙烯酸含量的變化對體系初粘力的影響較小，隨著丙烯酸含量的增加，體系初粘力有所提高，當丙烯酸的含量大于2%時，初粘力幾乎保持不變。當丙烯酸用量較少時，體系單體反應不完全，氣味較大，內(nèi)聚能力較小，因此，初粘力較低。

綜合考慮，選擇增粘樹脂丙烯酸含量為3%時較為適宜。

2.3 光引發(fā)劑含量及固化時間對體系性能的影響

2.3.1 對粘結(jié)強度的影響 PET 薄膜（25μm）的撕裂強度為2N·mm-1，“>”代表固化后用力向兩側(cè)平行拉伸，薄膜未粘結(jié)處發(fā)生斷裂，而膠層處完好；“<”代表固化后用力向兩側(cè)平行拉伸，膠層破壞發(fā)生斷裂；“=”代表介于以上兩者之間。表中符號，前者代表未老化的粘結(jié)強度，后者代表老化后的粘結(jié)強度。

表2 光引發(fā)劑含量及固化時間對粘結(jié)強度的影響Tab.2 Effect of photoinitiator content and curing time on bond strength

由表2 可以看出，隨固化時間變長和光引發(fā)劑含量增大，壓敏膠的粘結(jié)強度增大。其粘結(jié)強度等于或大于PET 薄膜的撕裂強度。壓敏膠體系在沒有得到紫外光充分固化的情況下，經(jīng)熱老化后，其膠層的粘結(jié)強度有所提高。這主要是因為紫外光輻射固化時間不充足，體系膠層中的雙鍵沒有反應完全，而在相對較高的溫度下，會引起膠層中雙鍵的部分后固化交聯(lián)，從而導致體系交聯(lián)密度上升，內(nèi)聚強度升高，因此粘結(jié)強度提高。同時，老化前粘結(jié)強度較高的組分，經(jīng)老化后其粘結(jié)強度依然較高，說明該膠粘劑具有優(yōu)異的耐老化性能。當固化時間大于60s，光引發(fā)劑含量大于3.5%時，輻射固化后，壓敏膠粘劑的粘結(jié)強度很大，經(jīng)過耐老化性能測試后，其粘結(jié)強度依然很好。

2.3.2 對附著力的影響

表3 光引發(fā)劑含量及固化時間對附著力的影響Tab.3 Effect of photoinitiator content and curing time on adhesion

由表3 可以看出，當光引發(fā)劑含量為3.5%和4.0%，固化時間為60s 時，膠層在PET 薄膜沒有脫落，附著力最好。

綜合考慮，選擇光引發(fā)劑含量為3.5%、固化時間為60s 較為適宜。

3 結(jié)論

（1）以 UV-7605 和 EP815 作為預聚體，丙烯酸作為增粘樹脂，二甲基丙烯酸酯作為稀釋劑，羥基環(huán)己基苯酮作為光引發(fā)劑，制備了性能優(yōu)異的無溶劑輻射固化型丙烯酸壓敏膠。

（2）通過對丙烯酸壓敏膠的成膜性、固化時間、初粘力、粘結(jié)強度、附著力和耐老化性能測試，研究討論了預聚體、增粘樹脂、光引發(fā)劑等對其性能的影響。結(jié)果得出，各組分含量為:UV-7605∶EP815 為 1∶2，丙烯酸：3%；光引發(fā)劑：3.5%，輻射固化時間為60s時，可制得成膜性好，初粘力高，附著力和耐老化性優(yōu)良的輻射固化型丙烯酸壓敏膠。