乳液壓敏膠制備與涂布工藝性能影響研究

張鵬 項(xiàng)奎 羅道琦 尹文奇 王莉 王芬 劉遠(yuǎn)杰

摘 要：分析了丙烯酸乳液壓敏膠配方構(gòu)成及涂布工藝的特點(diǎn)，探討了在聚乙烯薄膜上連續(xù)涂布時(shí)，乳液壓敏膠的機(jī)械穩(wěn)定性、旋轉(zhuǎn)黏度、潤(rùn)濕性能等對(duì)涂布穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：乳液連續(xù)涂布后機(jī)械穩(wěn)定性下降，以及在旋轉(zhuǎn)黏度上導(dǎo)致的潤(rùn)濕性能不足、乳液轉(zhuǎn)移率偏低，是影響涂布穩(wěn)定性的主要因素。通過(guò)引入潤(rùn)濕劑SW-70及改用60°蜂巢型U底網(wǎng)紋輥，可有效提升乳液壓敏膠的機(jī)械穩(wěn)定性和乳液潤(rùn)濕性能，增強(qiáng)乳液涂布穩(wěn)定性，同時(shí)可進(jìn)一步提升乳液壓敏膠的應(yīng)用性能。

關(guān)鍵詞：乳液壓敏膠；潤(rùn)濕性；網(wǎng)紋輥；機(jī)械穩(wěn)定性；聚乙烯薄膜

中圖分類號(hào)：TQ427.2+4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）04-0021-04

Study on preparation of lotion pressure sensitive adhesive and influence of coating process

ZHANG Peng，XIANG Kui，LUO Daoqi，YIN Wenqi，WANG Li，WANG Fen，LIU Yuanjie

（

Hubei Aerospace Chemical new Material Technology Co.，Ltd.，Xiangyang 441003，Hubei China）

Abstract：The composition of acrylic acid lotion pressure sensitive adhesive and the characteristics of its coating process were analyzed，and the effects of mechanical stability，rotational viscosity，wetting property of lotion pressure-sensitive adhesive on the coating stability were discussed when it was continuously coated on polyethylene film.The results show that the main factors affecting the coating stability are the decrease of mechanical stability after continuous coating of glue，the insufficient wettability caused by rotational viscosity and the low glue transfer rate.The introduction of wetting agent SW-70 and the use of 60°honeycomb U-bottom anilox roll can effectively improve the mechanical stability and glue wetting performance of lotion pressure sensitive adhesive，enhance the stability of glue coating，and further improve the application performance of lotion pressure sensitive adhesive.

Key words：lotion pressure sensitive adhesive；wettability；anilox roll；mechanical stability；polyethylene film.

乳液型壓敏膠有成本低、使用安全、操作簡(jiǎn)便、聚合物（相對(duì)分子質(zhì)量）較高、無(wú)污染、適用期長(zhǎng)和固含量高等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而其市場(chǎng)份額越來(lái)越大（與溶劑型PSA相比）［1］。目前市場(chǎng)主流的涂布方式為網(wǎng)線逆轉(zhuǎn)涂布，采用凹版網(wǎng)線輥經(jīng)過(guò)逆轉(zhuǎn)方式將膠水轉(zhuǎn)移至基材上，但乳液涂布時(shí)因?yàn)榫W(wǎng)線逆轉(zhuǎn)剪切力度大，且乳液壓敏膠配方中乳化劑、兩性單體選型的傾向性，使得在連續(xù)涂過(guò)程中，乳液的旋轉(zhuǎn)粘度、機(jī)械穩(wěn)定性、潤(rùn)濕性、基材表面張力都會(huì)影響涂布產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性以及應(yīng)用效果。，故乳液型壓敏膠仍不能滿足某些領(lǐng)域（如電子產(chǎn)品領(lǐng)域）的高性能應(yīng)用需求。因此，解決乳液型壓敏膠的不足之處，已成為近年來(lái)壓敏膠領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一［2-4］。本文從網(wǎng)線涂布工藝特點(diǎn)、乳液連續(xù)剪切以后涂布性能的變化、不同網(wǎng)紋形狀乳液轉(zhuǎn)移率、潤(rùn)濕流平劑對(duì)乳液機(jī)械穩(wěn)定性的改善作用，以及基膜張力對(duì)基材的潤(rùn)濕性能的影響等5個(gè)方面進(jìn)行理論分析及實(shí)驗(yàn)研究，探求影響乳液壓敏膠涂布穩(wěn)定性的原因，為提升乳液壓敏膠涂布產(chǎn)品性能奠定一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 主要實(shí)驗(yàn)原料

丙烯酸乳液壓敏膠A、B、C：工業(yè)級(jí)，襄陽(yáng)三沃航天薄膜材料有限公司；聚乙烯薄膜：工業(yè)級(jí)，襄陽(yáng)三沃航天薄膜材料有限公司；潤(rùn)濕劑SW-70：工業(yè)級(jí)，襄陽(yáng)三沃航天薄膜材料有限公司。

1.1.2 主要設(shè)備儀器

45°菱型底12目網(wǎng)線輥、60°蜂巢U型底12目網(wǎng)線輥，張家港菲沃包裝印刷材料有限公司；T-600型實(shí)驗(yàn)涂布機(jī)，襄陽(yáng)三沃航天薄膜材料有限公司；CH-1-S型塑料薄膜薄片測(cè)厚儀，上海六

菱儀器廠；SNB-1旋轉(zhuǎn)式黏度劑，上海倪潤(rùn)有限公司；DGG-9076A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，蘇州江東精密儀器有限公司；GL822-1SCN型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司。

1.2 試樣制備

將不同工藝配比的丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸羥丙酯（HPA）、丙烯酸（AA）、過(guò)硫酸銨工業(yè)級(jí)、胺中和劑、緩沖劑、特殊功能單體、乳化劑P、乳化劑T，加入乳化釜中制備預(yù)乳液，在反應(yīng)釜中進(jìn)行自由基聚合，制備不同性能的乳液壓敏膠A、B、C。將制備好的乳液壓敏膠在聚乙烯薄膜采用不同網(wǎng)紋形狀的網(wǎng)線輥，連續(xù)涂布、規(guī)定時(shí)間，分析不同因素對(duì)于乳液壓敏膠涂布性能的影響。

1.3 性能測(cè)試

（1）乳液旋轉(zhuǎn)黏度檢測(cè)：按照GB/T 2794—1995膠粘劑黏度測(cè)定；

（2）涂膠量檢測(cè)：采用膠層厚度差的方法測(cè)量，按公式計(jì)算：涂布產(chǎn)品帶膠厚度-聚乙烯基膜厚度=涂膠厚度；

（3）固含量檢測(cè)：按照GB/T 2793—1995膠粘劑不揮發(fā)物含量的測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 旋轉(zhuǎn)黏度變化對(duì)涂布穩(wěn)定性的影響

選用相同目數(shù)網(wǎng)線輥和聚乙烯薄膜，用不同型號(hào)的乳液壓敏膠進(jìn)行連續(xù)時(shí)涂布，分別在8、12 h監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)黏度變化情況，進(jìn)行涂膠量穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，具體結(jié)果如表1所示。

由表1可知，隨著網(wǎng)線涂布時(shí)間的加長(zhǎng)，乳液的旋轉(zhuǎn)黏度逐漸上升，且乳液固含量越高膠體黏度變化越明顯，涂布時(shí)的泡沫堆積越嚴(yán)重，涂膠量穩(wěn)定性下降。

形成原因是乳液壓敏膠因其合成工藝及應(yīng)用性能要求，其在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)添加乳化劑、潤(rùn)濕劑和保護(hù)膠體，尤其是當(dāng)乳液固含增大時(shí)，為了提供更好乳液穩(wěn)定性，乳化劑的用量就會(huì)增加，乳液的分子量增大，粒徑減小本體黏度上升，而乳液被網(wǎng)線輥剪切或循環(huán)強(qiáng)烈攪拌產(chǎn)生大量的泡沫就會(huì)被高粘度乳液包裹難以消除，在膠槽內(nèi)形成堆積［5］，降低乳液的流動(dòng)性，同時(shí)網(wǎng)線輥網(wǎng)紋的邊緣溢膠性能下降，乳液轉(zhuǎn)移率偏低，整體涂膠量出現(xiàn)較大波動(dòng)，涂布外觀、性能下降。

2.2 乳液壓敏膠機(jī)械穩(wěn)定性對(duì)涂布穩(wěn)定性的影響

選用相同目數(shù)網(wǎng)線輥和聚乙烯薄膜，用不同型號(hào)的乳液壓敏膠進(jìn)行連續(xù)12 h涂布后，分別取樣稀釋過(guò)濾監(jiān)測(cè)固含量變化情況，進(jìn)行機(jī)械穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，隨著乳液涂布時(shí)間的加長(zhǎng)，乳液膠粒增加，且隨著固含量的增加膠粒情況明顯好轉(zhuǎn)，但涂膠量都明顯的下降，乳液黏度也明顯上升。

形成原因是丙烯酸乳液壓敏膠聚合時(shí)，為了將聚合物中的羧基解離，都會(huì)通過(guò)pH值調(diào)節(jié)劑將乳液調(diào)節(jié)至堿性環(huán)境，使得聚合物鏈上的羧基被離子化，產(chǎn)生了電荷形成斥力，聚合物粒子之間互相排斥，保持乳液系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了機(jī)械性能［5］。在網(wǎng)線涂布時(shí)，因乳液中的pH值調(diào)節(jié)劑屬于揮發(fā)性較大的溶劑，在連續(xù)涂布過(guò)程中會(huì)快速揮發(fā)，導(dǎo)致乳液pH值降低成酸性，機(jī)械性能和乳液穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)為破乳現(xiàn)象產(chǎn)生膠粒，堵塞網(wǎng)孔影響乳液轉(zhuǎn)移率［6］。但由表中可見高固含乳液整體膠粒產(chǎn)生情況要好，原因?yàn)楦吖毯橐喝榛瘎┖枯^高，乳液穩(wěn)定性好在連續(xù)剪切后機(jī)械穩(wěn)定性高，膠粒產(chǎn)生小，但因其乳液黏度偏高的問(wèn)題導(dǎo)致其在連續(xù)涂布后黏度上升較大，膠水轉(zhuǎn)移率受到干擾出現(xiàn)了涂布性能下降的現(xiàn)象。

2.3 網(wǎng)線輥網(wǎng)紋形狀對(duì)涂布穩(wěn)定性的影響

選用相同目數(shù)，不同網(wǎng)紋形狀的網(wǎng)線輥和聚乙烯薄膜，用不同型號(hào)的乳液壓敏膠進(jìn)行連續(xù)12 h涂布，分別在8、12 h跟蹤測(cè)試涂布性能，具體結(jié)果如表3所示。

由表3可見，60°蜂巢型U底網(wǎng)線，在膠水轉(zhuǎn)移率和膠面流平性能方面明顯優(yōu)于45°菱形網(wǎng)線。

形成原因是現(xiàn)用的傳統(tǒng)擠壓式45°菱形網(wǎng)線，因其網(wǎng)紋底部為尖狀，乳液剪切時(shí)產(chǎn)生的細(xì)小膠粒和泡沫極易堵塞網(wǎng)孔出現(xiàn)堵板影響涂膠量，且當(dāng)乳液剪切黏度增大時(shí)，乳液的轉(zhuǎn)移率明顯不足，從而出現(xiàn)涂膠量不足和膠面流平的問(wèn)題。而60°蜂巢形網(wǎng)紋輥，因其網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)排列最緊湊，貯膠量最大，且其U型的網(wǎng)底釋膠量也更好，可以減少邊角效應(yīng)，提高網(wǎng)紋輥釋膠率；當(dāng)乳液旋轉(zhuǎn)黏度增大時(shí)，更可以保證很好的乳液轉(zhuǎn)移率，穩(wěn)定涂膠量，且更大的開角提供了更好的溢膠性能，膠面的流平性提升明顯。

2.4 潤(rùn)濕劑對(duì)涂布穩(wěn)定性的影響

用相同目數(shù)網(wǎng)線輥和聚乙烯薄膜，用不同型號(hào)的乳液壓敏膠，按照不同比例添加潤(rùn)濕流平劑SW-70進(jìn)行連續(xù)時(shí)涂布12 h，進(jìn)行涂膠量穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，隨著潤(rùn)濕流平劑SW-70的加入，得益于流平性的提升，膠面外觀提升明顯，膠水成膜性良好，但隨著潤(rùn)濕劑的增加，乳液黏度上升，涂膠量和涂布性能明顯下降。

形成原因是潤(rùn)濕流平劑屬于乳化劑的一種，在乳液體系中乳化劑形成膠束將單體包裹，親水端溶入水中，親油端與單體相溶，從而降低了界面張力，促進(jìn)了乳液的穩(wěn)定性。適量補(bǔ)加可以使乳液表面張力始終與被潤(rùn)濕表面張力相同，避免涂布弊端的產(chǎn)生，提升乳液在聚乙烯薄膜上快速潤(rùn)濕性能，提高乳液轉(zhuǎn)移率和均勻性［7］。同時(shí)作為兩親性表面活性劑可以在乳液進(jìn)行連續(xù)剪切時(shí)，提升乳液的乳液穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性，減少膠粒的出現(xiàn)，從而防止堵板現(xiàn)象穩(wěn)定固含量和涂膠量［8］。潤(rùn)濕劑作為乳化劑的一種，而乳液聚合為作為非牛頓流體，隨著乳化劑的增加，乳液的抗流動(dòng)性增加黏度增大；另一方面也會(huì)加劇泡沫的產(chǎn)生，影響涂膠量和涂布性能。

2.5 基材表面張力對(duì)涂布性能的影響

采用相不同表面張力聚乙烯基膜，分別涂布相同涂膠量的乳液壓敏膠A、B、C，觀察膠水涂布性能和成膜性能，結(jié)果如表5所示。

由表5可知，隨著基材表面張力的提升，膠水的成膜性和涂布性能都得到較好的提升，在表面張力達(dá)到38×10-5 N時(shí)涂布性能明顯提升，當(dāng)達(dá)到40 mN/m時(shí)涂布性能膠面外觀優(yōu)異。

形成原因是乳液壓敏膠的表面張力和被粘基材的表面能最接近時(shí)，前者對(duì)后者的潤(rùn)濕性相對(duì)最好，本研究采用的基材為聚乙烯薄膜，在未電暈處理前其表面張力小于32 mN/m，通過(guò)電暈后其表面的C—H鍵被空氣中的O3，氧化成羧基、羥基和羰基等極性基團(tuán)，故薄膜從非極性變成極性，其表面張力也升至38～40 mN／m［9］。乳液的潤(rùn)濕性能也逐漸提升，涂布性能和成膜性能得到提升。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）乳液壓敏膠網(wǎng)線涂布時(shí)旋轉(zhuǎn)粘度的上升、潤(rùn)濕流平性能的下降以及機(jī)械穩(wěn)定性下降是影響乳液壓敏膠涂布穩(wěn)定性的主要原因；

（2）乳液壓敏膠隨著剪切時(shí)間的延長(zhǎng)膠槽內(nèi)的膠水的pH值會(huì)出下降，膠水的機(jī)械穩(wěn)定性出現(xiàn)下降，影響乳液涂布性能；

（3）采用60°蜂巢型U底網(wǎng)線可以有效提升乳液剪切后黏度上升帶來(lái)的乳液轉(zhuǎn)移率問(wèn)題，和提升涂布性能；

（4）在涂布過(guò)程中適量添加的潤(rùn)濕劑，可以有效提升乳液連續(xù)剪切時(shí)機(jī)械穩(wěn)定性和乳液穩(wěn)定性，減少膠粒的產(chǎn)生，提升膠面流平性和成膜性，但添加比例偏大時(shí)會(huì)出現(xiàn)乳液黏度增大和泡沫問(wèn)題，對(duì)涂布性能帶來(lái)負(fù)面影響添加比例控制在0.1%以內(nèi)；

（5）基膜的表面張力是影響乳液壓敏膠潤(rùn)濕、流平的關(guān)鍵因素，乳液壓敏膠涂布時(shí)為達(dá)到更加優(yōu)異的涂布性能，基材的表面張力應(yīng)大于等于40 mN/m。

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