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读懂压敏胶,选对压敏胶

读懂压敏胶,选对压敏胶

  • 分类:行业动态
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  • 发布时间:2022-02-10
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      压敏胶粘剂,英文名称:pressure sensitive adhesives (简称:PSA),它的粘接过程对压力非常敏感故全称称为压力敏感型胶粘剂,压敏胶一般不直接使用于被粘物的粘接,通过各种材料制成压敏胶制品(胶带和胶粘标签)。

      压敏胶是一种同时具备着液体的粘性性质和固体的弹性性质的粘弹性体;这种粘弹性体同时具备着能够承受粘接的接触过程和破坏过程两方面的影响因素和性质。

一.压敏胶分类:

1.按压敏胶粘剂的主体成分分类

①弹性体型压敏胶

这类压敏胶所用的弹性体最早是天然橡胶,以后逐步扩展到各种合成橡胶、热塑性弹性体。按所用弹性体,可将这类压敏胶进一步分为天然橡胶压敏胶、合成橡胶压敏胶、热塑性弹性体压敏胶。

a.天然橡胶压敏胶

这是开发最早、至今产量仍然很大的一类橡胶型压敏胶粘剂。它们是以天然橡胶弹性体为主体,配合以增粘树脂、软化剂、防老剂、颜填料和交联(硫化)剂等添加剂的复杂混合物,由于天然橡胶既有很高的内聚强度和弹性,又能与许多增粘树脂很好混溶,得到高度的粘性和对被粘材料良好的湿润性,所以天然橡胶是比较理想的一类压敏胶粘剂主体材料。其主要缺点是分子中存在着不饱和双键,耐光和氧的老化性能较差。但通过交联和使用防老剂等措施后,可使它的耐候性和耐热性得到改善。用天然橡胶压敏胶粘剂几乎可以制成各种类型的压敏胶粘制品。

b.合成橡胶和再生橡胶压敏胶

以丁苯橡胶、聚异戊二烯橡胶、聚异丁烯和丁基橡胶以及氯丁橡胶、丁腈橡胶等合成橡胶为主体,配以增粘树脂、软化剂、防老剂等添加剂制成的压敏胶粘剂都有它们各自的特点。但它们都没有天然橡胶压敏胶粘剂重要。再生橡胶,尤其是由再生天然橡胶制成的压敏胶粘剂也具有不错的性能,价格也比较低廉,因而也受到重视。

c.热塑性弹性体压敏胶粘剂

以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共物(SBS)和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共物(SIS)为代表的热塑性弹性体是制造热熔压敏胶粘剂的主要原料。热熔压敏胶由于不使用溶剂,不会产生环境污染,生产效率高,在当今对节能和消除环境污染的呼声日益增高的社会,此类压敏胶粘剂的重要性也日益提高。

②树脂型压敏胶 

这类压敏胶所用的树脂有聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯基醚等。其中聚丙烯酸酯是用得最多的,其产量已经超过天然橡胶压敏胶。

a.丙烯酸酯压敏胶粘剂

由各种丙烯酸酯单体共聚而得的丙烯酸酯共聚物是最重要的一类树脂型压敏胶粘剂。与上述橡胶型压敏胶粘剂相比,它们具有很多优点:外观无色透明并有很好的耐候性;一般不必使用增粘树脂、软化剂和防老剂等添加剂就能得到很好的压敏粘接性能,故配方简单;利用共聚和交联可以制得满足各种不同性能要求的压敏胶粘剂来。因此,近20年来,这类压敏胶粘剂发展非常迅速,并已经取代了天然橡胶压敏胶的霸主地位。

b.有机硅及其他树脂型压敏胶粘剂 

由有机硅树脂和有机硅橡胶混合组成的压敏胶粘剂,具有优异的耐高温和耐老化性能,是一类比较重要的特种压敏胶粘剂,它的主要用途是制造各种高档的压敏胶粘制品。

聚乙烯基醚是发展较早的一类树脂型压敏胶粘剂,但它的重要性已逐渐为丙烯酸酯压敏胶所取代。

此外,乙烯.乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚氨酯、聚酯、聚氯乙烯等树脂也能配成各种压敏胶粘剂。

2.按压敏胶的形态分类

压敏胶粘剂可以分为溶剂型压敏胶、水溶液型压敏胶、乳液型压敏胶、热熔型压敏胶以及压延型压敏胶等五种类型。

乳液型、溶剂型和热熔型压敏胶粘剂占主要地位。

3.按压敏胶主体聚合物是否交联

可将压敏胶分为交联型和非交联型压敏胶。交联型压敏胶按其交联方式可分为加热交联型、室温交联型、光交联型等。交联型压敏胶具有很好的粘接强度,特别适合于制作永久性压敏标签。

二.压敏胶的粘接原理

压敏胶与基材之间并不发生任何化学反应,因此它与基材之间的粘结力主要是通过胶的高分子与基材之间的分子间作用力(即范德华力)来实现的。

然而,范德华力是一种短程力,其作用力随距离的6 次方快速衰减。要获得高强度的胶接界面,在界面处要能建立分子级的紧密接触,分子间距一般应小于0.5 nm。

然而,固体表面通常无法达到1 nm 级别的平整度,这意味着压敏胶需要具备充分的润湿性能,才可以很好地在基材表面铺展,起填平峰谷的作用,促使两个被粘物表面通过胶粘剂而增大接触面积,并达到产生分子作用力的0.5 nm 以下的近程距离,从而实现较强的粘接力。

 

三. 应用性能与结构物理性能的关系

压敏胶在使用中,主要表现的性能包括粘接性和脱粘性,通常用以下指标来评价:初粘性、持粘性、剥离强度和破坏方式。

3.1 初粘性

初粘性,指压敏胶受压力后,在极短时间内所产生的粘接力。良好的初粘力要求胶粘剂链段的活动性很强,对基材有很好的润湿性,在较小的外界压力下,即可迅速润湿基材粗糙的表面,达到分子级的接触,从而让无数的分子间作用力产生足够的胶结强度。

反之,链段活动能力较差的聚合物,其粘结滞后作用减弱,初粘性则较低。

从动力学角度看,压敏胶必须在低频(约为0.01 Hz)外压力的作用下,产生类液体的流动,以提高对基材粗糙表面的接触面积,从而提高粘结强度,所以,只有当聚合物的储能模量较低时,才会产生初粘性。

3.2 持粘性

持粘性,指压敏胶粘住物体后,继续抵抗持久性剪切蠕变破坏的能力。

日常使用中,你会发现粘接材料双面胶带随作用时间长后,会自动脱落,并在粘接的材料表面残留胶痕,也就意味着胶带的失效模式主要表现为压敏胶的内聚破坏,间接说明了胶带持粘性能主要由压敏胶的内聚强度所决定。

因此,提高聚合物在低频下(载荷作用频率)的储能模量,能改善压敏胶的持粘性能。

3.3 剥离强度

剥离强度,指胶层从一个标准基材上以恒定的速率和角度剥离下来所需要的力,主要反映压敏胶与被粘物表面粘合力的大小。

有研究者发现所有压敏胶剥离强度都与(频率为435 Hz)和(频率为1 Hz)之比成正比,认为压敏胶的质量可以用0.1 和100 Hz 下的大小(25 ℃)以及玻璃化转变温度来描述,其中频率0.1 Hz 与胶结的形成相对应,而100 Hz 则与脱粘相对应。一个好的压敏胶,其在低频率下较低,说明胶结容易形成,而在高频率下较高,代表其对剥离有更好的抵抗。

3.4 失效模式

失效模式,指压敏胶的破坏主要有界面破坏和胶层破坏两种形式,其中界面破坏是由基材的“可粘性”差造成的,主要取决于胶粘剂与基材之间的粘附强度,而胶层破坏主要是由胶粘剂自身的内聚强度低所造成的。

一般情况下,剥离时希望发生的是界面破坏(不会留下残胶),而应该尽量避免胶层破坏(内聚破坏),所以在考虑剥离强度的时候,往往需要考虑压敏胶失效模式的转变。

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