2020年第10期广东化工
第47卷总第420期www.gdchem · 53 ·
李自夏1，冉印2*
(1．重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆400067；2．西南大学化学化工学院，重庆400715)
[摘要]压敏胶作为一类非常重要的化工产品，有着广泛的应用。本文综述了压敏胶的各种应用，解释了压敏胶的原理，并且通过对比石油基压敏胶和生物基压敏胶，阐述了压敏胶行业未来的发展方向，并进一步介绍了环氧大豆油和蓖麻油可能的工业化前景。
[关键词]压敏胶；环氧大豆油；蓖麻油
[中图分类号]TQ436.3 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2020)10-0053-02
Review of Pressure Sensitive Adhesive
Li Zixia1, Ran Yin2
(1. Engineering Research Center for Waste Oil recovery Technology and Equipment Chongqing Techonogy and Business University, Chongqing
400067；2. School of chemistry and chemical engineering Southwest University, Chongqing 400715, China)
Abstract: As a kind of very important chemical products, pressure-sensitive adhesive is widely used. In this paper, we reviewed the various applications of pressure-sensitive adhesive and explained the principle of pressure-sensitive adhesive. The future development direction of pressure-sensitive adhesive industry is also described by comparing petroleum based pressure-sensitive adhesive and bio based pressure-sensitive adhesive. Finally, the possible industrialization prospect of epoxy soybean oil and castor oil is further introduced.
Keywords: pressure sensitive adhesive；epoxidized soybean oil；castor oil
1 压敏胶简介
在我们的日常生活中，压敏胶扮演了重要的作用，压敏胶被广泛的用作表面保护膜，压敏胶带、标签
、记事本或者汽车装饰的组成部分。他们还可以作为医用药膏、创面敷料、经皮贴剂和其他产品的皮肤接触粘合剂。压敏胶是一类特殊的粘弹性聚合物，在室温条件下为永久粘性的胶，在较短的时间内承受1~10 Pa的轻外键合压力，与具有不同化学性质的基材形成牢固的粘接，并且无相变(固体到液体)发生。对于制备压敏胶的聚合物，需要在一定的粘接压力下应具有较高的分子迁移率和流动性，以形成良好的粘接接触，同时具有较高的分子间粘接强度和弹性[1]。 压敏胶的设计是在流动性和流动性阻力之间寻求一个平衡，粘合剂的形成是因为粘合剂足够柔软，可以流动，湿润了被粘物，这要求压敏胶要展现出粘性行为[2]。另一方面要为了让压敏胶胶带应该能够从粘接端干净地移除，也要展现出足够的弹性，使得压敏胶的内聚力能够实现从粘结端的移除，当粘合剂足够硬，剥离应力施加到粘合剂上时，可以抵抗流动。这种看似矛盾的要求能够通过剪切增稠树脂来实现，当形变比较小的时候，模量减小，当形变较大的时候，模量增加。这样的聚合物结构就是线性聚合物展现出轻微的交联。交联度是控制聚合物粘接强度与粘接强度平衡的关键特性之一，基材和粘合剂上化学官能团的类型和浓度进一步影响这种平衡[3]。达尔奎斯特准则(Dahlquist criterion)规定，在粘接过程的时间范围内，粘性应达到0.1~1 MPa的模量范围，它提供了一个通用的指导，帮助达到这一理想的平衡[4]。
压敏胶的另一个重要影响因素是玻璃化转变温度(T g)，胶粘剂的T g要求低于室温或者环境温度，一般的说要低于环境温度30~70 ℃，所有的这些研究都表明压敏胶是一类是具有粘弹性的类似橡胶一样的
聚合物[5]。
2 压敏胶的分子理论
合理设计具有定制性能的新型压敏胶(PSAs)需要深入了解粘弹性聚合物的分子结构，压敏胶粘接是一种非常复杂的现象，包括多种因素的影响，压敏胶的剥离、持粘、初粘性质与压敏胶的流变性质密切相关。180°剥离力可以由如下公式进行P(N)=kbl σb2πNaDτ/K b T，其中b和l是粘附膜的宽度和厚度，k是胶粘剂和基材之间相互作用的常数，N是聚合物链中尺寸为a的链段的数量，D是链段的自扩散系数，τ是粘性聚合物的松弛时间，σb是压敏胶薄膜在单向拉伸条件下的最大拉伸强度，K b是玻尔兹曼常数，T是温度。由于推导过程中做了一系列粗略的假设，这个公式不适合剥离力的定量计算。但是公式定性的预测了扩散和弛豫过程对于聚合物粘性的影响的重要性。通过这个公式，我们可以推测性能良好的压敏胶所需要具备的性质，那就是高的分子流动性的耦合(D)，长的弛豫时间(τ)，粘性聚合物的高内聚能(σb)[6]。在最基本的分子水平上，粘聚力是由分子间的粘聚能决定的。分子间的粘聚能和分子的流动性是一对矛盾体，通常，较强的分子间粘聚力会降低分子的迁移率，就这也解释了为什么压敏胶的粘附是一种比较少见的现象。
高分子的所表现出的流动性，其实质是相邻的高分子之间的空隙，也被定义为自由体积，自由扩散系数随自由体积的增大而增大。公式表明，在分子水平上，聚合物要展示出压敏胶性能就要求具有高的粘聚能，又要求自由体积较大。
正如压敏胶分子理论所预测的一样，强粘结强度要求聚合物分子具有较高的内聚力强度(σb)，较大的扩散系数(D)和较长的弛豫时间(τ)。其中扩散系数(D)和弛豫时间(τ)都是分子流动性的量度，尽管从玻璃聚合物到粘性液体转变的过程中(比如：增加温度或者加入塑化剂)，他们随着分子迁移率的增加而向相反的方向变化。实际上，玻璃态聚合物的弛豫时间最长(一年、十几年、或者一个世纪)，然而，低分子量的液体聚合物的松弛几乎是瞬时的。相比之下，玻璃态聚合物的扩散系数最低，而液体和气体的扩散系数最高。显而易见，压敏胶需要产品在一定范围内弛豫时间和扩散系数都达到最大值，这些值介于液体和玻璃态之间的固有系数。既能展现出固体的性质又展现出液体性质的材料是粘弹性的，所以这就是为什么所有的压敏胶都是粘弹性材料。因此，压敏胶的分子理论预测随着分子间的迁移率、黏附材料组成或温度的变化，黏附强度会达到最大值。
与任何有用的理论一样，压敏黏附的分子理论不仅解释了潜在黏附现象的机理，而且具有预测力。压敏胶高粘结强度要求在两个相互冲突的因素之间达到一个平衡，即分子间的高能量内聚力和较大的自由体积。
3 石油基压敏胶
3.1 弹性体
常用的弹性体有：天然橡胶(NR)、苯乙烯嵌段共聚物、丙烯酸酯、聚异丁烯和丁基橡胶、乙烯-醋酸乙
烯(EVA)共聚物、有机硅弹性体等。
3.2 橡胶psas
丁苯橡胶(SBR)和合成聚异戊二烯橡胶(IR)属于这一类，为了获得较高的粘性和足够的剥离强度，他们有一个非常高的分子量(105~106 g/mol)和较低的玻璃化转变温度(T g)-20 ℃至-70 ℃，为了获得较高的粘性和足够的剥离强度，橡胶必须通过添加增粘剂树脂来提高T g。由于不饱和，聚二烯橡胶容易氧化降解，并可与反应性树脂和硫化合物进行交联。通过电子束和光引发剂的存在，可以进一步实现紫外线辐射交联[3]。
3.3 苯乙烯嵌段共聚物
嵌段共聚物是由中等分子量(104~105 g/mol)的聚二烯弹性体和平均分子量为(15×103 g/mol)的聚苯乙烯封端的，它们是热塑性
专论与综述
[收稿日期] 2020-04-29
[基金项目] 重庆市自然科学基金博士后科学基金项目(cstc2019jcyj-bshX0048)；重庆市教育委员会科
学技术研究项目(KJQN201800840) [作者简介] 李自夏(1986-)，女，河南长垣人，博士，主要研究方向为石油化工。*为通讯作者。
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