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聚丙烯酸酯乳液型壓敏膠在包裝中的應用及發展
時間:2013-05-06   來源: 包裝前沿   閱讀:11158次

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??? 壓敏膠粘劑是一類無需借助于溶劑或熱,只需施加輕度壓力,即可與被粘物粘合牢固的膠粘劑,通常在粘結過程中對壓力是敏感的,而粘結面形成后,壓敏膠對壓力不敏感。主要用于制造壓敏膠帶、膠粘片和壓敏標簽等。其特點是粘之容易,揭之不難,剝而不損,在較長時間內膠層不會干固,所以壓敏膠也稱為不干膠。
??? 由于使用方便,揭開后一般又不影響被粘物表面,因此用途非常廣泛。它是以長鏈聚合物為基料,加入增粘樹脂和軟化劑制得。為了改善流動性能、提高內聚力、穩定性和抗氧化性,常需加入各種填充劑和防老化劑等。
??? 壓敏膠的粘附特性由四個粘附要素,即快粘力、粘附力、內聚力和粘基力所決定。這四個力如圖1所示:它們之間必須滿足T<A<C<K。若T≮A就沒有壓敏性;若A≮C則揭除膠帶就會出現膠層破壞,導致膠粘劑沾污被粘表面、拉絲等弊病;若C≮K就會產生膠層脫離基材的現象。
???? 1、丙烯酸酯乳液型壓敏膠簡介
??? 從化學成分來分,壓敏膠可分為橡膠型壓敏膠、熱塑彈性體壓敏膠、聚丙烯酸酯壓敏膠、聚乙烯基醚壓敏膠和有機硅壓敏膠等,其中丙烯酸酯壓敏膠是目前研究和發展的重點,從形態上分為溶劑型壓敏膠、乳液型壓敏膠、熱熔型壓敏膠和輻射固化型壓敏膠。隨著全世界對環保問題的日益重視,溶劑型壓敏膠的發展受到限制,而污染小的乳液型壓敏膠備受重視。近年來,各國都在大力發展丙烯酸酯乳液型壓敏膠。
??? 據統計,中國生產的各類壓敏膠中,丙烯酸酯乳液型壓敏膠已占約65%。在美國和歐洲,丙烯酸酯乳液型壓敏膠在衛生、標帖、日用品等方面占很大比例。聚丙烯酸酯乳液型壓敏膠由于環境、安全的壓力,技術水平不斷發展,但在一些高質量的膠帶方面,仍難以取代溶劑型膠,所以其增長最快的領域是標簽、膠帶、醫藥用品和一次性用品等方面。
??? 丙烯酸酯壓敏膠黏劑經近二、三十年的迅速發展,其制造技術、應用技術已相對成熟,已被廣泛用于各種包裝膠帶、壓敏標簽、醫用材料、一次性用品等。近年來,通過各種方法進行改性,聚丙烯酸酯壓敏膠的性能進一步提高,應用領域更加廣泛。未來的發展趨勢總的來說是產品性能更高、原材料更廉、生產速度更快、應用領域更廣。這主要表現在壓敏膠粘劑形態的不斷更迭,總的發展趨勢是乳液型,熱熔型偏重于通用產品。
??? 2、丙烯酸酯乳液型壓敏膠的性能改進
??? 聚丙烯酸酯乳液型壓敏膠還存在耐水性差、耐高溫高濕性差、涂布干燥慢等缺點,近年來,科學家們多方面進行改進和研究,使丙烯酸酯乳液型壓敏膠的性能大為改觀,應用范圍更廣,主要通過以下五種方法進行性能改進。
??? 2.1 加入增粘樹脂提高粘接強度
??? 一般來說,聚丙烯酸酯乳液型壓敏膠可以通過調節單體種類和數量控制其粘性,但加入分子極性較低、分子量較小而剝離化溫度較高的增粘樹脂,可以降低基體聚合物與被粘表面的界面張力,增加壓敏膠的1800剝離強度和初粘力。
??? 通常加入的方式有兩種,第一種是共混,即先將增粘樹脂制成乳液再進行混合。另一種是在乳液聚合之前,先把增粘樹脂溶解于丙烯酸酯單體中,然后再進行乳液共聚合。前一種方法容易造成共混乳液不均勻,甚至破壞原有乳液的穩定性。后一種很有效,可省去制造增粘樹脂乳液這一步驟。
??? 2.2 有機硅改性聚丙烯酸酯乳液型壓敏膠
??? 聚丙烯酸酯乳液型壓敏膠的低溫柔韌性和高溫穩定性較差,難以粘接在低表面能的材料上。把有機硅單體與丙烯酸酯乳液共混,或者用含雙鍵的有機硅單體與丙烯酸酯單體進行乳液共聚合,可制得有機硅改性的丙烯酸酯乳液型壓敏膠,具有良好固化性、粘接性、低溫柔韌性和高溫穩定性,被認為是膠粘劑中的高檔產品。
??? 常用的有機硅單體有:甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷等等。
??? 2.3 采用反應性乳化劑提高耐水性
??? 聚丙烯酸酯乳液型壓敏膠中一般含有1%—2%的乳化劑,通常是陰離子型和非離子型的表面活性劑。這些乳化劑的存在使壓敏膠容易吸水變白,使膠層的透明性和內聚強度下降;乳化劑還可能遷移到膠接界面并在那里富集,引起界面粘接性能下降,尤其是耐水性的下降。因此減少乳化劑的用量或采用特殊的乳化劑可提高壓敏膠的耐水性。現在多用無皂乳液聚合或反應性乳化劑來改善。
??? 反應性乳化劑也稱為聚合型乳化劑,分子結構中含有反應性的基團如雙鍵、梭基、經基、磺酸基等,可作為單體加入到反應體系中與其他單體進行共聚反應。
?? 2.4 通過聚合方式進行改性
??? 為了提高壓敏膠的內聚強度,且又希望壓敏膠聚合物的分子量較大,Tg較高,采用核殼乳液聚合的方式,可以取得良好的改性效果,所制得的壓敏膠能在更寬的溫度范圍尤其是低溫地區取得更好的粘接效果。
??? 核殼乳液聚合方法體現了“粒子設計”的新觀念,通過它可以方便地設計與控制乳膠粒的結構,從而達到設計與控制聚合物性能的目的。通常聚合物的核用較硬的單體,如苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸酯等,殼則使用較軟的丙烯酸烷基酯等單體。
??? 2.5 高固含量聚丙烯酸酯乳液壓敏膠
??? 目前工業上所用的丙烯酸酯壓敏膠的固含量一般在55%以下,存在涂布干燥、速度慢、能耗高等缺點。如果將其固含量提高到60%左右,干燥速度就能顯著提高,同時產品成本低、操作安全、不污染環境。因此,研制開發高固含量的聚丙烯酸酯壓敏膠能夠適應高速涂布的要求,是重要的技術發展之一。
??? 通過各種改性方式的運用,聚丙烯酸酯乳液壓敏膠的發展日新月異。隨著各種新型丙烯酸酯單體的合成,同時將具有特殊功能的組分引入聚丙烯酸酯乳液壓敏膠體系,得到不同性能的產品,必將拓寬其應用領域,使其朝功能化、多樣化方向發展。
??? 就整個壓敏膠市場而言,目前我國壓敏膠粘劑及其制品工業與歐洲國家相比在技術水平上存在較大的差距。主要表現在以下幾個方面:(1)壓敏膠粘劑的膠種單一,僅為丙烯酸酯乳液。而歐美國家則是溶劑型、水乳型、熱熔型、輻射固化型競相發展,橡膠類、丙烯酸酯類等各類壓敏膠粘劑并存。(2)國內采用的多是適用于水乳型壓敏膠黏劑涂布的涂布生產線,歐美國家采用的涂布生產線往往是同時適應于溶劑型與水乳型涂布的輻射固化涂布生產線,并處在向商品化過度的進程之中。(3)壓敏膠粘帶種類缺乏,BOPP及牛皮紙封箱占了產品總量的80%。(4)缺乏壓敏膠粘劑及其制品領域的超前研究,對該領域的熱門課題如專用乳液的制備,熱熔壓敏膠的耐老化、水溶性壓敏膠粘劑、球狀壓敏膠粘劑,以及該領域的前沿課題如可硬化壓敏膠粘劑、壓敏膠粘劑的輻射涂布技術等的研究幾乎是空白。
??? 為了縮短我國壓敏膠粘劑及其制品工業與歐美國家的差距,促進丙烯酸酯壓敏膠粘劑的進一步發展,以下幾個方面應引起我們的重視:(1)增加科研投入,建立壓敏膠粘劑及其制品的行業同業會組織,協調壓敏膠粘劑及其制品的生產與銷售,避免惡性競爭。(2)膠種多元化。(3)加強企業與科研機構的結合。(4)加強壓敏膠粘劑用丙烯酸酯專用單體的開發,尤其是活性官能團單體的開發。(5)加強壓敏膠粘劑涂布設備的研究與開發以適應壓敏膠粘劑及其制品工業的發展。
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