CN109593497A - 一种适用于塑胶材料的uv固化丙烯酸酯压敏胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种适用于塑胶材料的uv固化丙烯酸酯压敏胶及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶及其制备方法和应用，该UV固化丙烯酸酯压敏胶按重量份计包括以下组成原料：丙烯酸酯预聚体90～99.9份、增粘树脂0.1～10份；以及第二光引发剂；增粘树脂为碳五树脂、松香树脂、醇酸树脂中的一种或多种的混合物；丙烯酸酯预聚体由87～93重量份的丙烯酸异辛酯与7～13重量份的丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或多种在0.04～0.06重量份的第一光引发剂作用下在紫外光照下聚合形成；第二光引发剂的添加量为所述丙烯酸酯预聚体质量的1％～3％。该UV固化丙烯酸酯压敏胶对低表面能的塑胶材料基材具有良好的粘结能力。

Description

一种适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶及其制备方法 和应用
技术领域
本发明涉及压敏胶技术领域，具体而言，涉及一种适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶及其制备方法和应用。
背景技术
以丙烯酸或丙烯酸酯类为主要原料合成的丙烯酸酯胶黏剂具有优异的光稳定性、耐候性，良好的成膜性、粘接性、耐腐蚀、耐化学药品性和柔韧性，因而在胶黏剂、涂料成膜剂等方面得到广泛的应用。但是，因为丙烯酸酯胶黏剂是极性有机物，对低表面能材料的润湿性差，所以在使用丙烯酸酯胶黏剂时普遍存在与许多塑胶材料表面粘接力弱的问题，尤其是对PE、PP等低表面能塑胶材料粘结性能较差。
专利文献CN102732183A公开了一种液晶触摸屏用液态光学透明胶，其由液态合成橡胶、菇烯树脂、潜伏性固化剂、光引发剂以及抗氧剂等制得。该透明胶具有透光性好、延展性好以及耐黄变性优异等优点。但是这种透明胶对多数有机底材和玻璃等无机底材存在粘结强度较低的问题。
专利文献CN101392152A公开了一种光固化胶黏剂，其由聚醚基聚氨酯丙烯酸酯或聚丁二烯改性丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯或环氧丙烯酸酯、丙烯酸酯类活性稀释剂以及光引发剂制得。该紫外光固化胶主要解决玻璃家具中玻璃和铝片的粘接，解决胶黏剂耐高温高湿性能不佳的问题。但是其应用在塑料粘接中时，表现的对塑胶材料粘接力不够。
专利文献CN103525355A公开了一种液晶电视边框用紫外光固化胶，其由自制双官能度聚氨酯丙烯酸酯预聚体、自制惰性聚氨酯预聚体、含氮功能性单体、单官能度丙烯酸酯单体、双官能度丙烯酸酯单体、光引发剂、气相法二氧化硅、硅烷偶联剂以及阻聚剂、抗氧剂、催化剂等制得。该胶韧性和耐温性优异，但是粘接力不足，尤其是对某些塑胶材料粘结力较低。
专利文献CN102898980A公开了一种紫外光固化丙烯酸酯胶黏剂，其由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯以及甲苯等制得。该胶黏剂具有固化速度快、粘接强度高和抗震性好等优点，已广泛应用于塑料、金属、玻璃、水晶以及石材等多种材料的粘接，具有较广泛的材料适用性，经济效益高。但该胶黏剂由于使用甲苯作为溶剂，所以存在环境污染高、抗冲击性差、热稳定性较低等问题。
综上所述，现有的丙烯酸酯胶黏剂应用于塑胶材料时存在的问题主要是，由于塑胶很多是低表面能材料，低表面能基材表面活性弱，与丙烯酸酯胶黏剂粘结时会表现出粘结力较低的现象。
虽然通过提高基材的表面能来使基材的表面能与胶黏剂相匹配，更够在一定程度上使基材更好地被胶黏剂湿润，但是低表面能材料前处理工艺操作过程复杂，不仅提高了制造成本，而且比如电晕处理提高的表面能会随着时间的推移而降低，这不能彻底解决问题。
因此，有必要开发一种新的方法来解决丙烯酸酯胶黏剂对低表面能的塑胶材料粘结力较低的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶及其制备方法和应用，以解决现有的丙烯酸酯胶黏剂对低表面能的塑胶材料粘结力较低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶，该UV固化丙烯酸酯压敏胶按重量份计包括以下组成原料：
丙烯酸酯预聚体 90～99.9份
增粘树脂 0.1～10份；以及
第二光引发剂
增粘树脂为碳五树脂、松香树脂、醇酸树脂中的一种或多种的混合物；
丙烯酸酯预聚体由87～93重量份的丙烯酸异辛酯与7～13重量份的丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或多种，在0.04～0.06重量份的第一光引发剂作用下，在紫外光照下聚合形成；
第二光引发剂的添加量为丙烯酸酯预聚体质量的1％～3％。
本发明采用特定种类的丙烯酸酯预聚体和特定种类的增粘树脂，并将该丙烯酸酯预聚体、增粘树脂、光引发剂按照特定比例复配，通过丙烯酸酯预聚体与增粘树脂之间的相互作用，使得该压敏胶对塑胶材料具有较优异的粘结性能。
研究发现，碳五树脂结构柔顺，流动性好，可改善主体材料的润湿性，从而提高其对基材的粘结强度；松香树脂具有氢键网络结构，加入到丙烯酸酯预聚体中后可以降低胶黏剂的黏弹性，从而改善胶黏剂与被粘物之间的润湿性，提高其初黏力、快干速度和剥离强度；醇酸树脂中的极性基团有利于增加诱导力，取向力，将其加入到胶黏剂中，能提高混合液粘结能力趋向；并且，碳五树脂、松香树脂和醇酸树脂与丙烯酸酯预聚体具有良好的相容性。通过将上述的增粘树脂按照一定比例添加到丙烯酸酯预聚体中，可有效提高丙烯酸酯胶黏剂对塑胶基材的粘结性能。
若第二光引发剂的含量过低，将不足以引发聚合或引发效率降低，固化速度慢，生产效率低；若光引发剂的含量过高会导致表面聚合速度与内部本体聚合速率之比增加，出现不同内应力，导致涂层皱缩，还会在压敏胶内产生部分非固化材料，削弱涂层的化学物理性能。
本发明通过调整丙烯酸酯压敏胶的组成结构和固化机理，使得被粘基材在与胶黏剂的粘结、固化过程中，表面能得到调整，从而使塑胶材料能够被较好的粘接。相比于现有的对基材进行电晕处理等前处理工艺来提高基材表面能的方式，本发明的UV固化丙烯酸酯压敏胶使用时工艺简单、成本低，并且对塑胶材料基材的粘结力适中。
进一步地，碳五树脂为氢化碳五树脂、碳五脂肪族石油树脂、碳五脂环族石油树脂、碳五改性树脂中的一种或两种以上。
进一步地，松香树脂为氢化松香树脂。
进一步地，醇酸树脂为干性短油度醇酸树脂、干性中油度醇酸树脂、不干性油醇酸树脂、长油度醇酸树脂、极长油度醇酸树脂中的一种或两种以上。
进一步地，丙烯酸酯预聚体的粘度为400mPa.s～600mPa.s。在丙烯酸酯预聚体的制备过程中，通过控制紫外光照能量和光照时间来控制丙烯酸酯预聚体的粘度。
进一步地，第一光引发剂和第二光引发剂均为TPO、184、1173、369中的一种或几种。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述的UV固化丙烯酸酯压敏胶的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)、按配比将丙烯酸异辛酯与第一光引发剂混合，并加入丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或多种混合均匀，在UV光照下进行光聚合反应，当体系粘度达到400mPa.s～600mPa.s时通入空气终止反应，得丙烯酸酯预聚体；
(2)、按配比将增粘树脂加入到步骤(1)得到的丙烯酸酯预聚体中，搅拌溶解，然后加入第二光引发剂搅拌溶解，得丙烯酸酯压敏胶溶液；
(3)、将步骤(2)得到的丙烯酸酯压敏胶溶液涂敷在聚酯膜上，然后用离型膜覆盖隔绝氧气，将其置于UV灯下固化，即得UV固化丙烯酸酯压敏胶。
本发明的制备方法可挥发成分少，环境污染小，操作简单，能耗低，成本低。
进一步地，步骤(3)中，固化时的光照能量为150mJ/cm2～768mJ/cm2，固化时间为120s～600s。
根据本发明的又一方面，提供了一种上述的UV固化丙烯酸酯压敏胶的应用，将其应用于作为塑胶材料的胶黏剂。
进一步地，塑胶材料为PC塑胶材料或高密度聚乙烯塑胶材料。
本发明的UV固化丙烯酸酯压敏胶可广泛用于塑料、橡胶、玻璃、水晶、琉璃、宝石等材料的快固化粘接，尤其可适用于对离型HDPE膜材和PC透明板材增强粘度的粘接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用特定种类的丙烯酸酯预聚体和特定种类的增粘树脂，并将该丙烯酸酯预聚体、增粘树脂、光引发剂按照特定比例复配，通过丙烯酸酯预聚体与增粘树脂之间的相互作用，使得该压敏胶对于低表面能的塑胶材料具有较优异的粘结性能。本发明的技术方案，相比于现有的对基材进行电晕处理等前处理工艺来提高基材表面能的方式，使用时工艺简单、成本低，对塑胶材料基材的粘结力适中。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明实施例的UV固化丙烯酸酯压敏胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)丙烯酸酯预聚体的制备
按丙烯酸异辛酯87重量份，丙烯酸13重量份，第一光引发剂(184)0.05重量份混合均匀，在氮气保护下在UV光照下进行聚合反应，当体系的粘度达到400mPa.s～600mPa.s时，通空气终止反应，得丙烯酸酯预聚体；
(2)压敏胶液的配制
将碳五树脂加入到丙烯酸酯预聚体中充分搅拌，等待其溶解，可见溶液重新变透明，碳五树脂溶解完毕，随后往所得溶液加入第二光引发剂(184)，搅拌溶解(可微热辅助光引发剂快速溶解)，得丙烯酸酯压敏胶溶液，其中，第二光引发剂的加入量为丙烯酸酯预聚体质量的2％；碳五树脂与丙烯酸酯预聚体的质量比为0.3：99.7；
(3)涂膜
将步骤(2)所得的丙烯酸酯压敏胶溶液涂敷在聚酯膜上，然后用离型膜覆盖隔绝氧气，将其置于UV灯下固化120s(光照能量为150mJ/cm2)～600s(光照能量为768mJ/cm2)，得到无溶剂型的UV固化丙烯酸酯压敏胶。
性能测试
将本实施例中涂膜固化后所得的压敏胶样品切条保存，按照GB/T 2792-81标准测试胶条粘接在离型HDPE膜上的180°剥离强度，测试结果如表1所示。
实施例2～7：
实施例2～7的制备方法与实施例1大致相同，只是碳五树脂与丙烯酸酯预聚体的质量配比不同。
将实施例2～7涂膜固化后所得的压敏胶样品切条保存，按照GB/T 2792-81标准测试胶条粘接在离型HDPE膜上的180°剥离强度，测试结果如表1所示。
实施例8-10：
实施例8～10的制备方法与实施例1大致相同，只是增粘树脂从碳五树脂换成松香树脂，且松香树脂与丙烯酸酯预聚体的质量配比不同。
将实施例8～10涂膜固化后所得的压敏胶样品切条保存，按照GB/T 2792-81标准测试胶条粘接在离型HDPE膜上的180°剥离强度，测试结果如表1所示。
实施例11-13：
实施例11～13的制备方法与实施例3大致相同，只是使用的第二光引发剂种类和所占比例不同。
将实施例11～13涂膜固化后所得的压敏胶样品切条保存，按照GB/T 2792-81标准测试胶条粘接在离型HDPE膜上的180°剥离强度，测试结果如表1所示。
表1 UV固化丙烯酸酯压敏胶的配方(wt％)及在离型HDPE膜上的180°剥离强度测试结果
由表1中实施例1～7的数据可知，将碳五树脂加入到丙烯酸酯预聚体中时，随着碳五树脂含量的增加，该丙烯酸酯胶膜从离型HDPE膜上剥离的180°剥离强度逐步增大；但是随着增粘树脂的加入，体系黏度也会上升，不利于体系内丙烯酸或者丙烯酸酯混合单体的快速聚合；而且增粘树脂含量越大，增粘树脂与丙烯酸酯混合单体的相容性越差，甚至经固化后的胶膜可能会出现白色浑浊的区域，这样胶膜的性质也会变得不稳定。从表1可知，当基材为离型HDPE膜、增粘树脂为碳五树脂时，预聚体与碳五树脂的质量比在93：7时可以获得适中的剥离强度，当预聚体与碳五树脂的质量比达到91：9时剥离强度过大(超过30)。综合考虑，实施例1～7中选择实例6为优选例，此时胶黏剂的剥离力较大且小于30，剥离力大小适当(剥离力不能过大，否则会出现剥离力大于胶黏剂的内聚力而使胶黏剂残留在基材上)，固化时间快，胶膜性能也较稳定。
由表1中实施例8～10可知，将松香树脂加入到丙烯酸酯预聚体中时，对比胶膜粘接在离型HDPE膜上的剥离力，实施例10的剥离力最大；而从实验现象可知，当松香树脂超过1份后，胶膜不能在紫外光照射下固化完全，会有掉胶现象出现，所以，在实施例8～10中选择实施例10为优选例。
由表1中实施例3和实施例11～13对比可知，制备压敏胶过程中使用不同的光引发剂对本发明压敏胶对离型HDPE膜上的180°剥离强度有影响。在其他条件相同的情况下，采用TPO作为第二光引发剂所得压敏胶的剥离强度更大。
实施例14～21：
实施例14～21的制备方法与实施例1大致相同，只是碳五树脂与丙烯酸酯预聚体的质量配比不同。
将实施例14～21涂膜固化后所得的压敏胶样品切条保存，按照GB/T 2792-81标准测试胶条粘接在PC透明板上的180°剥离强度，测试结果如表2所示。
实施例22～26：
实施例22～26的制备方法与实施例1大致相同，只是增粘树脂从碳五树脂换成松香树脂，并且松香树脂与丙烯酸酯预聚体的质量配比不同。
将实施例22～26涂膜固化后所得的压敏胶样品切条保存，按照GB/T 2792-81标准测试胶条粘接在PC透明板上的180°剥离强度，测试结果如表2所示。
实施例27～31：
实施例27～31的制备方法与实施例1大致相同，只是增粘树脂从碳五树脂换成醇酸树脂，并且醇酸树脂与丙烯酸酯预聚体的质量配比不同。
将实施例27～31涂膜固化后所得的压敏胶样品切条保存，按照GB/T 2792-81标准测试胶条粘接在PC透明板上的180°剥离强度，测试结果如表2所示。
表2 UV固化丙烯酸酯压敏胶的配方(wt％)及在PC透明板上的180°剥离强度测试结果
由表2中实施例14～21的数据可知，将碳五树脂加入到丙烯酸酯预聚体中时，随着碳五树脂含量的增加，该丙烯酸酯胶膜从PC透明板上剥离的180°剥离强度逐步增大；但是当碳五树脂含量大于4份后，剥离力开始下降了；综合各方面考虑，实施例20的压敏胶对PC板材的剥离力较高，性质较稳定，光固化时间短，并且其成本较低，加工性能良好。
由表2中实施例22～26可知，将松香树脂加入到丙烯酸酯预聚体中时，随着松香树脂的份量逐步增加，该丙烯酸酯胶膜从PC透明板上剥离的180°剥离强度逐步增大；选择实例25为优选例，此时剥离力较大且小于30，胶膜性质较稳定，光固化时间短，并且其成本较低，易于加工，使用时胶黏剂不会由于可能剥离力过大，大过了内聚力而残留在基材上，造成残余胶的环境污染。
由表2中实施例27～31可知，将醇酸树脂加入到丙烯酸酯预聚体中时，发现醇酸树脂含量超过1份时，胶膜不能固化完全，会有残胶产生；实验数据显示，当醇酸树脂含量不超过0.7份时，随着醇酸树脂含量的增加，该丙烯酸酯胶膜从PC透明板上剥离的180°剥离强度逐步增大；但是醇酸树脂含量为0.7份时，测得的剥离力数据不稳定，而且数据偏大，不适用于日常使用。所以综合考虑，实施例27-31中实施例29的比例最优，在此混合胶比例下，胶黏剂对PC板材的剥离力较高，性质较稳定，光固化时间短，并且其成本较低，易于加工。
对比例1：
对比例1的制备方法与实施例1大致相同，只是不加入增粘树脂，将对比例1所得的胶黏剂配方涂膜固化后所得的压敏胶样品切条保存，按照GB/T 2792-81标准测试胶条粘接在离型HDPE膜上的180°剥离强度，其剥离力仅为5.5N/25mm。说明本发明通过加入增粘树脂可明显提高胶黏剂在离型HDPE膜上的剥离强度。
对比例2：
对比例2的制备方法与实施例1大致相同，只是不加入增粘树脂，将对比例2所得的胶黏剂配方涂膜固化后所得的压敏胶样品切条保存，按照GB/T 2792-81标准测试胶条粘接在透明PC板上的180°剥离强度，其剥离力仅为15N/25mm。说明本发明通过加入增粘树脂可明显提高胶黏剂在透明PC板上的剥离强度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶，其特征在于，所述UV固化丙烯酸酯压敏胶按重量份计包括以下组成原料：
丙烯酸酯预聚体 90～99.9份
增粘树脂 0.1～10份；以及
第二光引发剂
所述增粘树脂为碳五树脂、松香树脂、醇酸树脂中的一种或多种的混合物；
所述丙烯酸酯预聚体由87～93重量份的丙烯酸异辛酯与7～13重量份的丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或多种，在0.04～0.06重量份的第一光引发剂作用下，在紫外光照下聚合形成；
所述第二光引发剂的添加量为所述丙烯酸酯预聚体质量的1％～3％。
2.根据权利要求1所述的适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶，其特征在于，所述碳五树脂为氢化碳五树脂、碳五脂肪族石油树脂、碳五脂环族石油树脂、碳五改性树脂中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶，其特征在于，所述松香树脂为氢化松香树脂。
4.根据权利要求1所述的适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶，其特征在于，所述醇酸树脂为干性短油度醇酸树脂、干性中油度醇酸树脂、不干性油醇酸树脂、长油度醇酸树脂、极长油度醇酸树脂中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶，其特征在于，所述丙烯酸酯预聚体的粘度为400mPa.s～600mPa.s。
6.根据权利要求1所述的适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶，其特征在于，所述第一光引发剂和所述第二光引发剂均为TPO、184、1173、369中的一种或几种。
7.一种如权利要求1～6中任一项所述的适用于塑胶材料的UV固化丙烯酸酯压敏胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)、按配比将丙烯酸异辛酯与第一光引发剂混合，并加入丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸异冰片酯中的一种或多种混合均匀，在UV光照下进行光聚合反应，当体系粘度达到400mPa.s～600mPa.s时通入空气终止反应，得丙烯酸酯预聚体；
(2)、按配比将增粘树脂加入到步骤(1)得到的丙烯酸酯预聚体中，搅拌溶解，然后加入第二光引发剂搅拌溶解，得丙烯酸酯压敏胶溶液；
(3)、将步骤(2)得到的丙烯酸酯压敏胶溶液涂敷在聚酯膜上，然后用离型膜覆盖隔绝氧气，将其置于UV灯下固化，即得UV固化丙烯酸酯压敏胶。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，固化时的光照能量为150mJ/cm2～768mJ/cm2，固化时间为120s～600s。
9.一种UV固化丙烯酸酯压敏胶的应用，其特征在于，将权利要求1～6中任一项所述的UV固化丙烯酸酯压敏胶或者权利要求7或8所述的制备方法得到的UV固化丙烯酸酯压敏胶用于塑胶材料胶黏剂。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述塑胶材料为PC塑胶材料或高密度聚乙烯塑胶材料。
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