壓敏膠作為一種在室溫下具備持久黏著性,輕壓即可黏附於物體表面,且剝離後無殘留的高分子材料,在眾多領域有著極為廣泛的應用。近年來,全球壓敏膠市場需求呈穩定增長態勢,2021年市場需求已達約350萬 t,預計到2025年,全球壓敏膠市場規模將飆升至100億美元。隨著技術的進步與應用需求的持續攀升,功能改性壓敏膠已成為該領域發展的顯著趨勢。丙烯酸酯壓敏膠憑藉自身優勢,在市場上應用極為廣泛,然而,其在改性過程中也暴露出污染環境、資源利用率低等弊端。在此背景下,橡膠以其成本低、力學性能佳、耐高低溫、環保等諸多優勢,成為改性丙烯酸酯壓敏膠的理想材料,橡膠改性丙烯酸酯壓敏膠也順勢成為行業發展的新方向。
壓敏膠作為一種非反應性黏彈性材料,在日常生活中隨處可見,像膠帶、便利貼、食品包裝標籤,乃至汽車、建築和醫療領域的結構材料等都有它的身影。而丙烯酸酯壓敏膠更是其中應用最為廣泛的一種。在製備壓敏膠的單體裡,丙烯酸酯單體品種豐富、抗氧化性能良好、無色透明,因而在眾多領域得到了廣泛應用且發展迅速。不過,不同類型的丙烯酸酯壓敏膠也存在各自的問題。溶劑型丙烯酸酯壓敏膠耐熱性能欠佳,這在一定程度上限制了其應用範圍;乳液型丙烯酸酯壓敏膠雖具有環境友好、無污染、使用安全和成本低等優點,卻存在粘接強度和耐水性差、乾燥速率較慢等問題,極大地制約了其適用場景。此外,丙烯酸酯壓敏膠還普遍存在塗布溫度較高、使用壽命短、高溫下內聚強度差以及易受熱老化等缺點。針對這些不足,不少研究致力於改進,如開發出部分交聯、膠接強度高、耐熱性好且高溫熱壓不溢膠的丙烯酸酯壓敏膠組合物,或是提升其貯存穩定性、耐候性,解決塗布基材附著力高和膠轉移等問題,還有通過紫外光技術製備固化速度快、溫度低、耗能少的 UV 聚合型丙烯酸酯壓敏膠等。
可用於改性壓敏膠的橡膠彈性體種類繁多,包括天然橡膠、異丁烯橡膠、丁苯橡膠、丁苯熱塑性彈性體、苯乙烯異戊二烯熱塑性彈性體、丁基橡膠、矽橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、液體異戊二烯橡膠、接枝橡膠等,其中天然橡膠應用最為普遍。為彌補單一天然橡膠基體製備壓敏膠時存在的性能缺陷,常將兩種或多種橡膠並用,如與丁基橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、液體異戊二烯橡膠和三元乙丙橡膠等混合,以實現優勢互補。
天然橡膠接枝共聚研究由來已久。以天然橡膠和丁苯橡膠為主體製備的橡膠型壓敏膠黏劑,其性能會隨增黏劑用量而變化,當天然橡膠與 α - 菇烯樹脂質量比為 100∶85 時性能最佳,可用於製備優質特殊規格的 PVC 壓敏膠黏帶。天然橡膠具備環保無害、來源廣泛、彈性大等優點,以其為主要膠料製成的壓敏膠黏製品柔軟、彈性好、低溫性能佳且易於潤濕。通過光引發等方法對天然橡膠進行接枝共聚改性,可提高其親水性和剝離強度,增強與丙烯酸酯類混合單體的相容性,進而提升樹脂的力學性能。但天然橡膠本身難以單獨為壓敏膠提供足夠黏性,需與特定比例的黏接樹脂共混,不過若共混比例不當,就無法充分發揮膠黏性能。
丁基橡膠具有熱穩定性、耐臭氧性、耐天候老化性、減震性、耐化學腐蝕和耐水汽侵蝕性能好以及透氣率低等特點,分子質量和交聯度可控。《2025-2030年中國壓敏膠行業項目調研及市場前景預測評估報告》研究表明,丁基橡膠可改善 SIS 型熱熔壓敏膠的軟化點、耐熱性、老化性能,對剝離性能也有顯著提升。例如,以丁基橡膠和相對分子質量較高的聚異丁烯作為壓敏膠的基體樹脂,能製備出性能優異的防水絕緣電子通訊器材用壓敏膠。通過常壓等離子接枝聚合法,還能使丁基橡膠與丙烯酸反應,增強壓敏膠的極性及黏性,獲得具有良好親水性的聚合物。然而,在丙烯酸酯壓敏膠體系中,隨著丁基橡膠質量分數增加,拉伸強度會下降,所以控制適宜的丁基橡膠添加量對提升丙烯酸酯壓敏膠綜合性能至關重要。
丁苯橡膠的耐熱性能優於天然橡膠型壓敏膠,且具有生物降解性能好、耐硬水、顏色淺等特點。在環氧樹脂膠黏劑中加入丁苯橡膠,隨著其質量分數增加,環氧樹脂膠黏劑的黏度升高,爬絲高度和硬度下降,固化速率基本不變,但能有效提高環氧樹脂的斷裂伸長率和衝擊強度。通過自由基聚合將丙烯酸接枝共聚到丁苯橡膠上,可提高其與半結晶聚氨酯基質的相容性,同時提升拉伸強度、儲能模量、斷裂伸長率和韌性。此外,以丁苯橡膠和熱塑性聚甲基丙烯酸甲酯合成的複合材料,具有出色的熱穩定性、力學性能和最佳儲能模量,拉伸韌性會隨聚甲基丙烯酸甲酯載荷增加而增強,可作為振動阻尼器的潛在材料。丁苯橡膠與丙烯酸酯類單體共聚還有利於提高共混物的熱穩定性,儘管目前對該共聚反應的研究較少,但市場潛力巨大。
丁腈橡膠具有耐油性佳、耐熱性好的特點。將丁腈橡膠溶於丙烯酸酯類混合單體中,經 UV 輻照製備的壓敏膠帶,在 UV 輻照下主要發生不飽和碳碳雙鍵的加成反應,可改善壓敏膠的熱老化性能,並在膠層中形成一定交聯結構。丁腈橡膠改性壓敏膠的綜合性能受光引發劑用量、UV 輻照劑量、功能單體用量及鏈轉移劑等多種因素影響。同時,丁腈橡膠可與其他材料協同作用,如與氣相二氧化矽配合,能降低固化膠層的內應力,抑制微裂紋擴展,從而改善丙烯酸酯膠液熱老化性能。不過,丁腈橡膠自身性能較為單一,與丙烯酸酯壓敏膠共混可提升綜合性能。
液體異戊二烯橡膠是一種結構可控、流動性好、顏色淺、易於加工的低分子質量均聚物,廣泛應用於橡膠輪胎、改性聚氨酯、改性樹脂、生物燃料、增塑劑、黏合劑、密封材料等領域。在壓敏膠方面,將其與丙烯酸酯類單體共混,可製備用於光學功能片的丙烯酸酯壓敏膠,降低膠黏劑轉移率。但由於其缺少極性基團,與底物難以發生二次成鍵,且光引發劑用量和光照射時間對剝離強度和膠黏劑轉移率有一定影響,目前還存在黏接轉移和成鍵方面的問題,有待進一步解決。
橡膠型壓敏膠憑藉成本和性能優勢,在印刷、包裝、醫療衛生及日常生活等領域應用廣泛。利用橡膠改性壓敏膠,能賦予其特殊性能,推動壓敏膠向多樣化、功能化、社會化方向發展。例如,研究聚乳酸與丙烯酸橡膠共混物的冷結晶行為發現,丙烯酸橡膠質量分數會影響共混物的冷結晶;接枝丙烯酸橡膠上的苯乙烯和丙烯腈共聚物的機械性能與橡膠組成、特性黏度以及剛性基體中的丙烯腈質量分數有關;橡膠粒度對以苯乙烯 - 丙烯腈為基質的材料的斷裂韌性和拉伸性能也有影響。此外,通過多種橡膠合成複合型壓敏膠黏劑,或添加天然橡膠、丁苯橡膠製備具有良好持黏性、初黏性和剝離性能的壓敏膠,還有以丁腈橡膠為主體製備橡膠 / 丙烯酸酯複合物,以及將聚氨酯材料與丙烯酸酯膠液複合提高壓敏膠黏接力和強度等研究,都在不斷拓展橡膠改性壓敏膠的應用範圍。
隨著國家 「十四五」 規劃的推進以及人們對綠色環保的日益重視,丙烯酸酯壓敏膠正朝著環境友好型、高性能和高智能方向邁進。橡膠基丙烯酸酯壓敏膠作為新的工業發展方向,其整體性能受橡膠結構、增黏劑類型及其含量、軟化點、相結構以及組分之間相容性等多種因素影響。儘管目前橡膠基壓敏膠在應用範圍上仍存在一定局限,流變性和黏彈性也存在缺陷,對部分材料如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚醯亞胺膜的黏接效果有待提高,但未來可通過提高加工溫度、適當增加壓力、添加軟化劑、增黏樹脂和低分子質量聚異丁烯等方式,改善膠料流動性,提升壓敏膠的初黏性、剝離強度、黏度和內聚強度;還可對相關膜材料進行電暈處理,並塗覆底塗劑、助黏劑,以增強壓敏膠的黏接性能。相信在不斷的研究與探索下,橡膠改性丙烯酸酯壓敏膠將在更多領域發揮重要作用,推動壓敏膠行業邁向新的高度。
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