壓敏膠( PSA)是一類無需借助于溶劑、熱或其它手段,只需施加輕度壓力,即可與被粘接物黏合的膠黏劑。其特點是粘之容易,揭之不難,在較長時間內(nèi)膠層不會干固,所以PSA也稱不干膠。由于壓敏膠具有任意條件下的粘接性,一般壓敏膠都制成膠帶、膠貼、膠膜、膠片等壓敏膠制品。壓敏膠制品由壓敏膠層、基材和隔離紙(膜)三部分組成。
壓敏膠制品的黏附特性分別為初粘力、粘接力、內(nèi)聚力和粘基力。
初粘力是指當PSA制品和被粘接物以很輕的壓力接觸后立即快速分離所表現(xiàn)出的抗分離力,主要與潤濕能力有關。
粘接力是指用適當?shù)膲毫蜁r間進行黏合后,PSA制品和被粘接表面之間所表現(xiàn)出來的抵抗界面分離的能力。
內(nèi)聚力是指膠黏劑層本身的強度;粘基力是指膠黏劑與基材或者膠黏劑和底涂劑及底涂劑和基材之間的粘接力。
作為一個好的PSA必須滿足四大黏合力之間的平衡,即初粘力<粘接力<內(nèi)聚力≤粘基力。粘接力大于初粘力時,如果發(fā)現(xiàn)粘接位置不合適時,可以再剝離和貼合;內(nèi)聚力大于粘接力,揭除膠帶會出現(xiàn)膠層破壞,導致膠黏劑污染被粘接物;粘接力大于內(nèi)聚力,否則會產(chǎn)生膠層脫落基材的現(xiàn)象。
PSA種類繁多,按照 PSA主體材料的成分將其分為橡膠系列和樹脂系列兩大類,進一步可以分為橡膠型PSA、熱塑性彈性體PSA、丙烯酸酯PSA、有機硅 PSA及聚氨酯PSA 等,其中,丙烯酸酯PSA是目前品種最多、應用最廣的一類。
一、橡膠型PSA
天然橡膠和合成橡膠是組成橡膠型PSA的主體聚合物。它的主要作用是賦予PSA以必要的黏彈性、內(nèi)聚強度以及耐介質(zhì)等性能。如今使用較多的有天然橡膠(NR)、合成橡膠包括丁苯橡膠( SBR)、丁基橡膠(BR)以及聚異丁烯橡膠(PIB)等以及它們的再生橡膠等幾個主要品種,但由于分子鏈上含有大量不飽和鍵而易老化。
二、熱塑性彈性體類PSA
熱塑性彈性體類PSA是由熱塑性聚合物、增黏樹脂、增塑劑、抗氧劑以及填料等組成的。其中,最主要的成分就是熱塑性彈性體,主要有苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物( SIS)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物( SBS)等。它們都是嵌段共聚物,具有良好的熱塑性、彈性和蠕變性能,適用于制備PSA,但是由于SBS、SIS的分子極性小,而且在分子中存在不飽和雙鍵,以此制備的PSA具有對極性材料的粘接強度較低、耐溶劑性差和耐熱氧老化性能欠佳等缺點。通過中間橡膠相的改性,如SEBS和SIBS制備的壓敏膠,耐老化性能明顯得到提高。
三、丙烯酸酯類PSA
丙烯酸酯類PSA是由丙烯酸酯單體和其它乙烯類單體共聚而成的。丙烯酸酯類PSA配方簡單、粘接范圍廣、耐候性佳、耐光性強、耐油性優(yōu)、耐水性好、不存在相分離和遷移等現(xiàn)象,因而在各個領域中的應用廣泛。丙烯酸酯類PSA按照不同類型可分為溶劑型、乳液型、熱熔型、水溶膠型和輻射固化型五種。
(1)溶劑型丙烯酸酯類PSA是由丙烯酸酯單體在有機溶劑中進行自由基聚合而得的黏稠狀液體,加或不加其它添加劑所構成的(分為非交聯(lián)型、交聯(lián)型和非水分散型三種)。溶劑型丙烯酸酯類PSA具有平均相對分子質(zhì)量較低、潤濕性好、初粘力大、干燥速率快和耐水性好等諸多優(yōu)點,至今仍被廣泛用于高強度、壓敏標簽和雙面膠帶等領域。溶劑型丙烯酸酯類PSA的主要缺點是高溫下持粘力不高,通常可采用交聯(lián)的方法提高其耐高溫性能。
(2)乳液型丙烯酸酯類PSA是丙烯酸酯類PSA中最重要的一類,由丙烯酸丁酯 (BA)、丙烯酸異辛酯(2-EHA)等軟單體與AA、丙烯酸羥基乙(丙)酯等功能單體以及MMA、VAc等硬單體經(jīng)乳液共聚法制備而得。
(3)乳液型丙烯酸酯類PSA具有成本低、使用安全、無污染、聚合時間短、對各種材料都有良好的粘接性和涂膜無色透明等優(yōu)點,但其還存在著耐水性較差、干燥速率較慢等缺點。
(4)熱熔型丙烯酸酯類PSA是繼溶液型PSA和乳液型PSA之后的第三代 PSA產(chǎn)品。該類PSA在熔融狀態(tài)下進行涂布,冷卻硬化后施加輕壓便能快速黏合。熱熔型丙烯酸酯類PSA生產(chǎn)中不使用溶劑,故具有無毒、無廢液(有利于環(huán)保)、制備簡單、使用方便且用途廣泛等諸多優(yōu)點,但其對溫度變化的適應性較差。
(5)輻射固化型丙烯酸酯類PSA是目前國內(nèi)外研究的重點方向之一,包括紫外光或電子束固化型膠黏劑。
這類PSA一般含有單體、光聚合性低聚物、光引發(fā)劑、活化劑、鏈轉(zhuǎn)移劑和增黏樹脂等組分。它們在高溫下呈適于涂布的黏稠狀液體;使用時將其涂布于基材上,經(jīng)紫外線或電子束照射后固化成具有實用性能的PSA膠黏制品。
四、有機硅類PSA
有機硅類PSA可分為過氧化物硫化型和加成型兩種。有機硅類PSA不僅像其它PSA一樣對金屬、紙、玻璃、織物和塑料等表面有黏附性,而且對聚四氟乙烯、硅橡膠等低表面能也有很好的黏附性,是唯一能在一65~260℃的溫度范圍內(nèi)使用的 PSA。
優(yōu)點:它具有優(yōu)異的電性能、對金屬無腐蝕、耐冷(熱)交變性優(yōu)、耐腐蝕性佳、耐候性好且對皮膚無刺激等特點。有機硅類PSA可用于制造耐熱膠帶、耐低溫膠帶、醫(yī)用膠帶和電絕緣膠帶等,能廣泛應用于醫(yī)療及各工業(yè)領域。
缺點:有機硅壓敏膠與其它壓敏膠相比又有許多不足之處:粘接力小,基材的處理技術非??量?;工藝復雜,成本較高;且多數(shù)有機硅壓敏膠是溶劑型的,干燥和熱處理溫度比較高(一般在100~180℃之間);對于甲基型有機硅壓敏膠,除價格很高的聚四氟乙烯等氟化物外,還沒有找到合適的隔離紙。
五、聚氨酯PSA
PU類PSA屬于線型多嵌段共聚物,嵌段中包括交替的軟段和硬段。軟段―般為聚醚、聚酯或聚烯豎等;硬段一般由異氰酸酯和擴鏈劑等組成。PU類PSA具有很好的粘接性和耐熱性,因而廣泛用于織物整理、膠黏劑、涂料和皮革涂飾等行業(yè),并且已成為人們研究和關注的焦點。另外,PU類PSA具有良好的物理力學性能、耐磨性和耐有機溶劑等特點,是具有較大發(fā)展前途的綠色環(huán)保型材料。