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第九章 弹性体基胶粘剂的化学性质及物理性能

1、压敏胶粘剂(PSA-Pressure Sensitive Adhesive)的定义:
a. 粘性强力且持久;b.仅用指压即可粘附;c.不需要任何能量源来激活;
d. 具有足够的能力束缚被粘物;e.具有足够的内聚强度,使其能够从被粘物上干净的去除。
初粘性-tack  增粘剂-tackifier  压敏胶带-PSATs
2、PSAs基体树脂的化学性质:
a.天然橡胶基PSA:多用于PSAT中(覆膜胶带 masking tape),长期暴露环境中不稳定;
b.丙烯酸酯基PSA:2-乙基己基丙烯酸酯和丙烯酸异辛酯+丙烯酸,优异的的耐老化性能;
c.嵌段共聚物弹性体:通过相分离来满足PSA的要求,由异戊二烯或丁二烯与苯乙烯形成A-B-A嵌段共聚物可以产生相分离结构
d.硅氧烷类PSA:聚二甲基硅氧烷+二苯基硅氧烷单元经过增粘和交联;
e.聚异丁烯、聚乙烯醚和聚丁二烯也可用于制备PSAs。
3、增粘剂的化学性质
增粘剂是一类独特的物质,它们通常是一些低分子量树脂,但其玻璃化转变温度和软化温度通常远远高于室温。
a.天然产物类增粘剂:松香酸衍生物、α-蒎烯和β-蒎烯(萜烯);
b.石油类增粘剂:由石油裂解产物得到,广义上分为两类-芳香族树脂(香豆酮-茚树脂、芳香类石油树脂和热活化树脂)和脂肪类树脂(“C-5”树脂);
c.其它增粘剂:一类是专门用于硅氧烷PSAs的MQ树脂,一类是叔丁基酚醛树脂;
4、压敏胶粘剂的测试:
a.初粘性测试
初粘性:PSTC(压敏胶带协会)定义为“胶粘剂在感觉上发粘或具有很高粘附性的状况,有时它也用来表示压敏性的含义”,ASTM定义为“胶粘剂和被粘物在很低的压力下接触后,胶粘剂能够使胶接件立即产生一定强度的性能”
测试方法:快粘测试(PSTC-5)、滚珠初粘性测试(PSTC-6   ASTMD3121)、环形初粘性测试法(未公布)、探头初粘性测试法(ASTMD2979)、特征分析仪(texture analyzer)。
b.剥离测试(轧制 roll down):90°和180°剥离试验
c.剪切测定:一般来说PSA不以其剪切强度进行判定,而是以它在承受低载荷情况下的使用时间来衡量。剪切保持率(持剪力)-恒载蠕变测试
5、压敏胶其他相关要求:
a.各项性能的均衡:初粘性、剥离力和剪切力的同时最大化;
b.粘弹性响应时间范围内的PSA性能:希望PSA表现为液体的时间范围为几秒或更长,而表现为固体的时间范围为零点几秒或更短,在特定温度下只有粘弹性材料才能获得这些特性-在使用温度下以较长的时间进行润湿,而以很短的时间来抵抗剥离破坏;
c.PSA的初粘性与粘弹性:Dahlquist初粘性标准
d.PSA的剥离特性和粘弹性:树脂(增粘剂)含量的变化、基材的临界润湿张力以及剥离速率等对剥离特性均有影响;
e.PSA的剪切特性与蠕变行为:有两种方法可以用来提高PSA的剪切性能,一种是通过交联提高分子量,第二种是在PSA基体聚合物的合成过程中还可以加入特殊的丙烯酸酯单体。
6、橡胶基、触压类和其他弹性体基胶粘剂
非PSA弹性体胶粘剂可称为橡胶基胶粘剂或RBAs,其承载时间必须明显长于PSAs,其剪切强度也必须达到半结构胶粘剂的要求。在工业上上广泛应用于家具制造、粘结织物与泡沫芯材、制鞋工业、建筑结构胶和胶合板贴面等等
7、RBAs的配方设计:广义上分为三类,溶剂型、乳液型和100%固体体系。也可分为固化型和非固化型。
a.聚合物基体:氯丁橡胶(Neoprene)-是2-氯-1,3-丁二烯的均聚物;丁腈橡胶-是1,3-丁二烯和丙烯腈的共聚物;丁苯橡胶(SBR)-是有苯乙烯和丁二烯通过乳液聚合形成的无规共聚物;丁基橡胶-是丁烯和少量异戊二烯的共聚物(溶液型、固体型和离子稳定型乳液);
b.增粘剂:PSAs所用的增粘剂同样适用于RBAs,选择原则也与PSA类似;氯丁橡胶基RBAs-叔丁基酚醛树脂;丁腈橡胶RBAs-松香酯和古马隆-茚树脂;
c.颜料和填料:降低成本、调节粘度和触变性、改善稳定性(氧化锌和氧化镁)
d.RBAs的交联/硫化(vulcanization):用硫磺使天然橡胶和弹性体基交联。常见的硫化体系包括硫磺和硫化促进剂; 粘性开放时间(tack open time)
e.溶剂:触压胶粘剂-contact bond adhesive;粘合力-knitting ability;初强度-green strength;凝聚助剂-coalescing aide
8、基于硅氧烷化学性质的弹性体基胶粘剂、密封剂和隔离涂层
a.由于其特有的耐化学性和耐候性,硅氧烷在密封胶方面也得到了重大应用,第一密封胶必须能够对众多不同的基材都产生良好的粘附,第二密封胶必须具有显著的形变能力,第三密封胶不能出现永久固化或者显著的特性滞变,在使用寿命的大部分时间均应保持弹性。
b.隔离涂层-release coating 脱粘-abhesive 隔离纸-release liner 转移胶带-transfer type
c.硅氧烷的硫化(交联)类型:缩聚交联和加成交联,典型的缩聚交联是RTV硅氧烷(室温硫化硅氧烷 room temperature vulcanizing silicones)
9、总结:
弹性体基胶粘剂主要分为两大类:压敏胶粘剂PSA和橡胶基胶粘剂RBA,这两类胶粘剂的配方非常相似,这是因为它们均是由弹性体基提供主要性能,并通过加入增粘剂和交联剂对其性能进行改进。这两类胶粘剂的主要区别是:PSA是干性的,并且随时可以商品形式进行使用;而RBA通常存在于载体(溶剂或水)中,必须将其载体排除后,方能形成有效的胶接件。另外还讨论了一种特殊形式的弹性体胶粘剂-硅氧烷胶粘剂,这种100%的 固体材料经过适当固化后可形成一种弹性体。

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