CN113789140A - 一种高强压敏胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于压敏胶制备及应用技术领域，公开了一种高强压敏胶及其制备方法和应用。该高强压敏胶中使用了石墨烯和木质素，石墨烯的纳米片层结构赋予了压敏胶优异的水汽阻隔性能和力学性能；含有酚羟基、羟基、羧基等基团的木质素进一步提高了压敏胶的力学性能，并且提高了压敏胶与金属基材在高温下的粘结力。因而所制备的高强压敏胶在高温下具有较好的耐水性能、粘结力以及防腐性能。该高强压敏胶的制备过程简单，节省人力，环保，安全性高。
Description
技术领域
本发明属于压敏胶制备及应用技术领域，具体涉及一种高强压敏胶及其制备方法和应用。
背景技术
管道的应用领域广泛，例如其应用于石油、天然气、水等流体的输送领域。管道的材质一般为钢材，在管道使用过程中，不可避免出现腐蚀问题。目前主要的解决方案是在主体管道壁上设置三层结构的聚乙烯(3PE)，在焊口部位现场进行防腐补口，这对于保证防腐性能的完整性至关重要。
冷缠带是一种基于沥青的热熔性材料，其胶层由于使用了沥青，因而具有优异低温粘结性能，可用于管道防腐补口。但是，常规冷缠带材料使用了大量的沥青，结构上和性能上存在不足，主要体现为高温下耐水性不足、力学性能变差，易变形、流淌，高温下与金属管道的粘结力变差等。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种高强压敏胶及其制备方法和应用。
本发明所采用的技术方案为：一种高强压敏胶，所述高强压敏胶主要由以下质量份数的原料制备得到：
丁基橡胶10-25份、聚异丁烯35-55份、增粘树脂15-25份、石墨烯0.5-10份、木质素5-20份和填料10-25份。
丁基橡胶，是合成橡胶的一种，由异丁烯和少量异戊二烯合成。一般被应用于制作轮胎。在建筑防水领域，丁基橡胶以环保的名号已经全面普及代替沥青。气密性好。它还能耐热、耐臭氧、耐老化、耐化学药品，并有吸震、电绝缘性能。对阳光及臭氧具良好的抵抗性，可暴露于动物或植物油或是可氧化的化学物中。制作各种轮胎的内胎、无内胎轮胎的气密层、各种密封垫圈，在化学工业中作盛放腐蚀性液体容器的衬里、管道和输送带，农业上用作防水材料。气体在聚合物等分散速度与聚合物分子的热活动有关，丁基橡胶分子链中侧甲基陈列密集，限制了聚合物分子的热活动，因而透气率低，气密性好。丁基橡胶硫化胶具有优异的耐热不变性，硫磺硫化的丁基橡胶可在100℃或稍低温度下于空气中长时间运用，用树脂硫化的丁基橡胶运用温度可达150℃-200℃。丁基橡胶的热氧老化属降解型，老化趋势为软化。丁基橡胶分子构造中短少双键，且侧链甲基散布密度较大，因而具有优胜的接收震动和冲击能量的特征，在很宽的温度局限内(-30～-50℃)丁基橡胶的回弹特征都不大于20％，这标清晰清楚明了丁基橡胶的接收机械功用的才干优于其它橡胶。丁基橡胶在高变形速度下的阻尼性质是聚异丁烯链段所固有的，在很大程度上，它不受运用温度、不饱和度程度、硫化外形和配方改动的影响。因而，丁基橡胶是那时较为理想的隔音减振资料。
作为优选地，所述高强压敏胶主要由以下质量份数的原料制备得到：
丁基橡胶12-22份、聚异丁烯38-50份、增粘树脂18-23份、石墨烯3-8份、木质素8-15份和填料15-22份。
作为优选地，所述高强压敏胶主要由以下质量份数的原料制备得到：
丁基橡胶18份、聚异丁烯45份、增粘树脂20份、石墨烯5份、木质素10份和填料18份。
作为优选地，所述聚异丁烯的分子量为中分子量聚异丁烯；
所述中分子量聚异丁烯的分子量为3-10万。
上述选用中分子量聚异丁烯，有助于调节最后获得的压敏胶产品的初粘性，使其具有更强的压敏性能。
聚异丁烯，(Polyisobutylene，PIB)是由异丁烯经正离于聚合制得的聚合物，其分子量可从数百至数百万。它是一种典型的饱和线型聚合物。分子链主体不含双键，无长支链存在，其结构单元为-(CH2-C(CH3)2)-，其中无不对称碳原子，并且结构单元以首一尾有规序列连接。主要应用于石油添加剂、胶黏剂等许多领域。用于制造压敏胶和密封胶。也可用作增稠剂，与其他材料并用提高粘接力、柔韧性、耐老化性、气密性和电绝缘性。还用于制造电线电缆、增塑剂等。胶姆糖胶基咀嚼料。无色至淡黄色粘稠液体或有弹性的橡胶状半固体(低分子量者呈柔软胶状，高分子量者呈韧性和弹性)。均无味，无臭或稍有特异臭气。平均分子量20万～8700万。溶于苯和二异丁烯，可与聚醋酸乙烯酯、蜡等互溶，不溶于水、醇等极性溶剂。可使胶姆糖在低温下有极好的柔软性，在高温时，有一定的塑性，以弥补聚醋酸乙烯酯冷时过硬、天热和遇口温时过度软化等缺点。有良好的耐光性、耐热性、抗氧化性。
作为优选地，所述增粘树脂为萜烯树脂、碳五石油树脂和碳五加氢石油树脂中的一种或多种。
上述增粘树脂为碳五加氢石油树脂为最优选。
萜烯树脂，是一些热塑性嵌段共聚物具有色浅、低气味、高硬度、高附着力、抗氧化性和热稳定性好，相容性和溶解性好等优点，特别EVA系SIS系，SBS系等热溶胶中具有优良的相容性和耐候性及增粘效果。其产品广泛应用于胶粘剂、接着剂、双面胶带、溶剂型胶水、书本装订版、色装、胶布、烯烃胶布、牛皮纸卡胶布、胶带标签、木工胶、压敏胶、热溶胶、密封胶、油漆和油墨及其它聚合物改质剂等方面。萜烯树脂是一些热塑性嵌段共聚物，如苯乙烯-丁苯橡胶(SBR)、苯乙酸-异戊二烯-苯乙烯(SIS)和苯乙烯(SBS)的优良增粘剂，该树脂有优良的颜色稳定性能。它是一种新型的优良增粘剂，其增粘性能优于松香、松香改性物及石油树脂等。萜烯树脂为黄色透明，脆性的热塑性固体。具有无毒、无臭、耐辐射、抭结晶等性能，对氧、热、光较稳定；对各种合成物质有良好的相溶性；耐稀酸、稀碱；增粘性强，电绝缘性强,不溶于水及乙醇。萜烯树脂是由萜烯混合物聚合而成,又称聚萜烯树脂.化学分子式(C10H16)n,平均分子量650-1250。它是一种优良的增粘剂,具有粘接力强,抗老化性能好、内聚力高、,耐热、耐光、耐酸、耐碱、耐臭、无毒等优良性能.胶粘剂方面：热熔胶、压敏胶、万能胶、封口胶、胶水等；涂料方面：模板漆，内外墙乳胶漆，防火乳胶漆，建筑涂料等；橡胶领域：天然橡胶、合成橡胶、乳胶、生胶、液体橡胶、粉末橡胶等；纺织皮革领域：印花胶粘剂、织物粘贴热熔胶、衬布加工热熔胶、地毯背胶用热熔胶等；包装材料：包装胶、封装粘合剂、食品包装粘合剂、饮料封装粘合剂、烟包用胶等；油墨材料：纸张印刷油墨、包装箱印刷油墨、溶剂型油墨、树脂型油墨等。
碳五石油树脂，C5petroleum resin，也称为碳五石油树脂，是一种增粘树脂。作为增粘树脂已经占据重要地位，碳五石油树脂在胶粘系中的特性:流动性好,能改善主体材料的润湿性。粘性好,有突出的初粘性能。优良的耐老化性。内聚强度和剥离强度达到最佳平衡。颜色浅。透明、低臭、低挥发物。碳五石油树脂在轮胎橡胶领域的特性:具有极好的增粘性。在加工过程中能起到软化、补强作用，提高伸展性和抗剥落性。显著提高生粘，但不影响硫化时间及硫化后的物性。避免对加工机械的粘附性。帮助填充材料均匀分布。
碳五加氢石油树脂，碳五加氢石油树脂是以乙-烯装置裂解的碳五馏份为原料，经预处理、聚合、加氢、精制等工序后生产的产品。其呈水白色，具有良好的增粘性、相容性、热稳定性和光稳定性，并可以改善胶粘剂的粘接性能，较好地解决了石油树脂的气味、色度和稳定性等问题。其软化点、色泽、溴值等产品指标可根据用户需要调整工艺，生产出不同牌号的产品，大大拓宽了石油树脂的应用领域。产品用途：该产品是许多胶粘剂，如热熔胶、熔接型路标漆、压敏胶必不可少的增粘组份。可代替萜烯树脂和松香树脂两大系列产品广泛应用于建筑业的结构与装饰、汽车组装、轮胎、商品包装、书刊装订、卫生用品(卫生巾、婴儿尿不湿等)、制鞋等行业。该产品也用于地质勘探、钻井、橡胶、塑料、纺织、印刷品、光学记录材料等领域。
作为优选地，所述填料由滑石粉和碳酸钙组成；
所述滑石粉与碳酸钙的质量份数比为1-3:1-2。
作为优选地，所述石墨烯为氧化石墨烯。
上述选用氧化石墨烯，首先氧化石墨烯来源广泛，容易获得，并且具有极强的分散性。
氧化石墨烯，(graphene oxide)是石墨烯的氧化物，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用领域，因此氧化石墨烯的表面改性成为另一个研究重点。中国科学院上海应用物理研究所发现将氧化石墨烯应用于PCR技术中，可显著提高PCR的特异性、灵敏度和扩增产量，并可消除扩增中形成的引物二聚体，且优化区间广，可广泛适用于各种浓度和复杂程度的DNA模板。与其他已应用于PCR技术中的碳纳米材料相比，氧化石墨烯对PCR的优化具有更加优异的综合效果氧化石墨烯。
一种高强压敏胶制备方法，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶、聚异丁烯、增粘树脂、石墨烯、木质素和填料混炼，加热处理，出料，获得成品。
作为优选地，所述加热处理时，加热温度为140-180℃。
上述对于加热处理的温度进行设定，是因为如果温度太低，压敏胶粘度太大，不利于混合；太高，容易造成氧化降解。
一种高强压敏胶的应用，采用权利要求1-3任一所述的高强压敏胶或采用权利要求8-9任一所述的高强压敏胶制备方法获得的高强压敏胶在冷缠带中的应用。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种高强压敏胶，该高强压敏胶中使用了石墨烯和木质素，石墨烯的纳米片层结构赋予了压敏胶优异的水汽阻隔性能和力学性能；含有酚羟基、羟基、羧基等基团的木质素进一步提高了压敏胶的力学性能，并且提高了压敏胶与金属基材在高温下的粘结力。因而所制备的高强压敏胶在高温下具有较好的耐水性能、粘结力以及防腐性能。
该高强压敏胶的制备过程简单，节省人力，环保，安全性高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐释。本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。所用试剂均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种高强压敏胶制备方法，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶100克、聚异丁烯(分子量为3-10万)350克、增粘树脂150克、石墨烯0.5克、木质素50克和填料(滑石粉60克，碳酸钙40克)100克混炼，加热140摄氏度处理，出料，获得成品。
实施例2：
一种高强压敏胶制备方法，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶250克、聚异丁烯(分子量为3-10万)550克、增粘树脂250克、石墨烯10克、木质素200克和填料(滑石粉150克，碳酸钙100克)250克混炼，加热180摄氏度处理，出料，获得成品。
实施例3：
一种高强压敏胶制备方法，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶120克、聚异丁烯(分子量为3-10万)380克、增粘树脂180克、石墨烯3克、木质素80克和填料(滑石粉90克，碳酸钙60克)150克混炼，加热140摄氏度处理，出料，获得成品。
实施例4：
一种高强压敏胶制备方法，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶220克、聚异丁烯(分子量为3-10万)500克、增粘树脂230克、石墨烯8克、木质素150克和填料(滑石粉110克，碳酸钙110克)220克混炼，加热180摄氏度处理，出料，获得成品。
实施例5：
一种高强压敏胶制备方法，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶180克、聚异丁烯(分子量为3-10万)450克、增粘树脂200克、石墨烯5克、木质素100克和填料(滑石粉90克，碳酸钙90克)180克混炼，加热140摄氏度处理，出料，获得成品。
实施例6：
一种高强压敏胶制备方法，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶180克、聚异丁烯(分子量为3-10万)450克、增粘树脂200克、石墨烯5克、木质素100克和填料(滑石粉108克，碳酸钙72克)180克混炼，加热180摄氏度处理，出料，获得成品。
实施例7：
一种高强压敏胶制备方法，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶150克、聚异丁烯(分子量为3-10万)400克、增粘树脂200克、石墨烯5克和填料(滑石粉100克，碳酸钙100克)200克混炼，加热180摄氏度处理，出料，获得成品。
实施例8：
一种高强压敏胶制备方法，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶150克、聚异丁烯(分子量为3-10万)350克、增粘树脂200克、石墨烯10克和填料(滑石粉100克，碳酸钙100克)200克混炼，加热180摄氏度处理，出料，获得成品。
实施例9：
一种高强压敏胶制备方法，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶150克、聚异丁烯(分子量为3-10万)350克、增粘树脂200克、木质素100克和填料(滑石粉100克，碳酸钙100克)200克混炼，加热180摄氏度处理，出料，获得成品。
实施例10：
一种高强压敏胶制备方法，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶150克、聚异丁烯(分子量为3-10万)250克、增粘树脂200克、石墨烯10克、木质素100克和填料(滑石粉100克，碳酸钙100克)200克混炼，加热180摄氏度处理，出料，获得成品。
上述所有实施例中，高强压敏胶制备方法中，将所有原料进行混炼时，可选用捏合机中进行处理，对于选用混炼的设备并不仅限于该设备，对于能够实现混匀状态的均属于本发明的保护范围。
同时，对于上述制备过程中进行加热的方式，建议采用逐步加热的方式，更有助于各原料的制备和改性效果的彻底性。
实验例
实验组：选用上述实施例7-10作为实验例。
对照组：对比例按照如下原料配比方式，采用与实施例7-10的制备方法进行制备获得对比例成品。
现根据GB/T23257-2017标准测试将上述对比例和实施例7-10得到高强压敏型冷缠带的常温和高温条件的的剪切强度以及常温和高温条件下的剥离强度，具体测试结果见表1：
表1 高强压敏型冷缠带性能测试结果
结论：通过上述数据结果可知，普通压敏型冷缠带在高温下出现流淌和滴落。经过石墨烯改性后，压敏胶的耐高温性能明显提升，高温下不流淌，剥离强度和剪切强度先显著提高。继续添加木质素改性后，高温下的剥离强度进一步提升。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，均属于本发明的保护范围。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，在不背离本发明的范围下，可对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，与此同时这些修改或者替换，并不会使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种高强压敏胶，其特征在于，所述高强压敏胶主要由以下质量份数的原料制备得到：
丁基橡胶10-25份、聚异丁烯35-55份、增粘树脂15-25份、石墨烯0.5-10份、木质素5-20份和填料10-25份。
2.根据权利要求1所述的一种高强压敏胶，其特征在于，所述高强压敏胶主要由以下质量份数的原料制备得到：
丁基橡胶12-22份、聚异丁烯38-50份、增粘树脂18-23份、石墨烯3-8份、木质素8-15份和填料15-22份。
3.根据权利要求2所述的一种高强压敏胶，其特征在于，所述高强压敏胶主要由以下质量份数的原料制备得到：
丁基橡胶18份、聚异丁烯45份、增粘树脂20份、石墨烯5份、木质素10份和填料18份。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种高强压敏胶，其特征在于，所述聚异丁烯的分子量为中分子量聚异丁烯；
所述中分子量聚异丁烯的分子量为3-10万。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种高强压敏胶，其特征在于，所述增粘树脂为萜烯树脂、碳五石油树脂和碳五加氢石油树脂中的一种或多种。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种高强压敏胶，其特征在于，所述填料由滑石粉和碳酸钙组成；
所述滑石粉与碳酸钙的质量份数比为1-3:1-2。
7.根据权利要求1-3任一所述的一种高强压敏胶，其特征在于，所述石墨烯为氧化石墨烯。
8.一种如权利要求1-3任一所述的高强压敏胶制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：按照相应比例选取丁基橡胶、聚异丁烯、增粘树脂、石墨烯、木质素和填料混炼，加热处理，出料，获得成品。
9.根据权利要求8所述的一种高强压敏胶制备方法，其特征在于，所述加热处理时，加热温度为140-180℃。
10.一种高强压敏胶的应用，其特征在于，采用权利要求1-3任一所述的高强压敏胶或采用权利要求8-9任一所述的高强压敏胶制备方法获得的高强压敏胶在冷缠带中的应用。
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