UV固化型壓敏膠按主粘料的成分可分為橡膠和樹脂2大類,進(jìn)一步還可分為天然橡膠或合成橡膠、熱塑彈性體、丙烯酸酯類和聚氨酯樹脂類壓敏膠等。
橡膠型壓敏膠是以天然橡膠(NBR)、合成橡膠或2者并用作為主粘料,并配以合適的增粘樹脂、軟化劑、溶劑、交聯(lián)劑、防老劑和填充劑等制成。生產(chǎn)中多采用天然橡膠,但一般用丁苯橡膠及聚異丁烯共混的方法進(jìn)行改性。以天然橡膠為基體的壓敏膠常用于醫(yī)用橡皮膏和電工絕緣膠帶。其優(yōu)點(diǎn)是粘附力強(qiáng)、耐低溫性能好、價(jià)格低廉,缺點(diǎn)是存在未反應(yīng)的雙鍵,在光和熱的作用下易老化。所以一般通過部分交聯(lián)改性或接枝改性的方法提高其性能,尤其是通過加入光敏劑,可以實(shí)現(xiàn)快速UV固化交聯(lián),獲得良好的耐熱性和力學(xué)性能。
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)和苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)等熱塑彈性體在室溫下具有硫化橡膠的性質(zhì),在高溫下又具有可塑性,因此兼具有良好的彈性和粘接性能。由于其分子結(jié)構(gòu)中只存在物理交聯(lián)而沒有化學(xué)交聯(lián),可利用紫外光輻照此類壓敏膠,打開嵌段共聚物中的雙鍵,使其進(jìn)行化學(xué)交聯(lián),從而提高壓敏膠的粘接性能。
UV固化技術(shù)目前常用的方法是采用光引發(fā)劑與SBS共混,此方法存在著很多的弊端。首先,光引發(fā)劑與聚合物相容性不很好;其次,在某些特殊場合,如醫(yī)療、食品包裝和婦女衛(wèi)生用品等,殘留的光引發(fā)劑小分子容易光解產(chǎn)生揮發(fā)性碎片,使產(chǎn)物老化變黃,出現(xiàn)氣味和毒性。
丙烯酸酯類壓敏膠是目前應(yīng)用最為廣泛的壓敏膠,與其他壓敏膠相比具有以下特點(diǎn):
1、幾乎不用加防老劑便具有優(yōu)異的耐候性和耐熱性;
2、無相分離和遷移現(xiàn)象,透明性好,耐油性佳;
3、對皮膚無影響,適用于醫(yī)用領(lǐng)域。
其中,UV固化型丙烯酸酯壓敏膠不含溶劑,在高溫下呈黏稠液態(tài),使用時(shí)涂布于基材上,經(jīng)UV照射后固化成具有實(shí)用性能的壓敏膠粘制品。
UV固化型壓敏膠一般含有光聚合性齊聚物、單體、光引發(fā)劑、活化劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、增粘樹脂等組分,主要有以下3種搭配體系:1、增粘樹脂和/或某些無機(jī)填料如粉末狀硅膠、細(xì)微的中空玻璃纖維等與丙烯酸酯單體組成混合物;
2、將丙烯酸酯聚合物溶解在一定配比的丙烯酸酯單體中,或者將丙烯酸酯單體的混合物聚合到轉(zhuǎn)化率約為10%左右得到黏稠液體。為了提高性能,一般還要加入雙丙烯酸乙二醇酯、三丙烯酸三羥甲基丙酯等交聯(lián)劑;
3、反應(yīng)性丙烯酸酯預(yù)聚物及其丙烯酸酯單體的混合物。這類反應(yīng)性預(yù)聚物包括帶有羧基、羥基或環(huán)氧基的丙烯酸酯共聚物,以及聚酯、聚醚、環(huán)氧樹脂和聚氨酯等的丙烯酸雙酯。
對于光固化體系來說,光引發(fā)劑對固化速度起決定作用。自由基光引發(fā)劑一般分為裂解型(Ⅰ型)和奪氫型(Ⅱ型)2種。其中奪氫型自由基光引發(fā)劑都是二苯酮或雜環(huán)芳酮類化合物,為提高其光引發(fā)活性,常與胺類助引發(fā)劑復(fù)配使用。奪氫型光引發(fā)劑一般只跟聚合物側(cè)鏈的叔碳?xì)湓臃磻?yīng)(如壓敏膠配方中常用的丙烯酸異辛酯側(cè)鏈等)。
一般來說,在UV固化型壓敏膠配方中添加的光引發(fā)劑最大吸收波長均位于200~400nm的紫外區(qū),但在以下情況下這種單一光引發(fā)劑往往存在不足:2、當(dāng)使用激光作光源時(shí)發(fā)射光譜與樣品的吸收光譜不能很好地匹配;3、當(dāng)壓敏膠中使用填料時(shí)難以獲取有效的光譜窗口;4、戶外使用的壓敏膠無法有效利用日光進(jìn)行固化。因此,有必要使用一種多組分光引發(fā)體系來提高其引發(fā)效率。
無溶劑型丙烯酸酯類UV固化壓敏膠的合成一般采取3種方法:1、先在擠出機(jī)中進(jìn)行本體聚合,然后擠出涂布,進(jìn)行UV交聯(lián)固化;
2、先在反應(yīng)器中進(jìn)行溶液聚合,然后減壓脫除溶劑,并在高溫下熔融涂布和UV交聯(lián)固化;3、先制備丙烯酸酯單體漿料,然后涂布在基材上直接進(jìn)行UV聚合和交聯(lián)固化。在第3種合成方法中,由于單體漿料的UV聚合極易受到表面氧的阻聚,壓敏膠涂布時(shí)應(yīng)在表面覆蓋聚酯或其他隔離膜,或者通過充氮等措施來降低氣氛中的氧含量至1%以下,才可以獲得較高的單體轉(zhuǎn)化率和聚合物分子質(zhì)量。
聚氨酯丙烯酸酯(PUA)是另一類比較重要的光固化低聚物。PUA綜合性能優(yōu)良,具有較高的光固化速度,與其他樹脂混溶性好,固化后涂層的柔韌性、內(nèi)聚強(qiáng)度和耐化學(xué)性優(yōu)良,而且可通過分子設(shè)計(jì)對樹脂性能進(jìn)行靈活調(diào)節(jié),非常適宜于制作UV固化型壓敏膠。
國際膠粘劑會議曾將UV固化型膠粘劑定為重點(diǎn)發(fā)展品種。UV固化壓敏膠的發(fā)展,一方面要解決基本原料問題,如有些原料帶有顏色,影響制品的色澤;有些原料有異味甚至毒性,影響壓敏膠的應(yīng)用,尤其是在醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面,應(yīng)研究開發(fā)具有特殊性能、能滿足特殊要求的UV固化壓敏膠,例如對固化收縮率、熱線脹系數(shù)、耐熱性、折射率、強(qiáng)度等有特殊要求的壓敏膠。原料的分子結(jié)構(gòu)對膠粘劑性能有巨大影響,研究壓敏膠主體材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系是非常有必要的。此外,高分子負(fù)載的新型光引發(fā)劑可以提高引發(fā)劑與體系的相容性,減少涂層泛黃、老化等現(xiàn)象,開展光引發(fā)劑高分子化的研究意義重大。總的來說,由于各行業(yè)對壓敏膠需求量的不斷增加,進(jìn)一步深化了對新型壓敏膠的研究。展望未來,UV固化型壓敏膠將朝著更環(huán)保、更快捷和更高性能的方向發(fā)展。