CN1196010A - 使用非热固性酚醛增粘树脂制备压敏粘合剂 - Google Patents
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Abstract
加入非热固性酚醛增粘树脂惊奇地提供了改进的用交联促进剂无溶剂热熔处理烃弹性体形成压敏粘合剂带。该带很好地综合了耐低速剥离性和快速剥离粘合力的性能。
Description
本发明领域
本发明一方面涉及生产基于用交联促进剂配制的增粘烃弹性体的压敏粘合剂(PSA)带的无溶剂的热熔法。更具体而言,该方法包括将非热固性酚醛增粘树脂加入到PSA配方中,以显著降低操作粘度,提高最终的PSA带耐低应力剥离性(resistance to low stress peel),而不会明显提高快速剥离粘合力。另一方面,本发明涉及包括一种烃弹性体和一种非热固性酚醛增粘树脂的压敏粘合剂(PSA)组合物,以及包括PSA组合物的带。
本发明背景
在本领域众所周知基于如天然橡胶、丁基橡胶、合成聚异戊二烯、乙烯-丙烯、聚丁二烯、聚异丁烯或无规苯乙烯-丁二烯无规共聚物橡胶的非热塑性烃弹性体的PSA。加工这样的粘合剂的主要方法包括下列步骤:在一个双辊炼机或班伯里内混炼机中塑炼弹性体,将弹性体和其它粘合剂组分溶于烃溶剂,在背衬上涂布该溶液,干燥涂布后的产品以除去溶剂。在Handbook of Pressure Sensitive AdhesiveTechnology-D.Satas(ed.),P.268.Van Nostrand,N.Y.,(1989)中讨论了该技术。溶剂法的缺点是劳动强度大,生产效率低、释放大量对环境有潜在危害的溶剂,从而需要昂贵的设备用于溶剂回收和/或焚化。而且,由于全世界对环境和安全规定的不断增加,越来越不希望采用溶剂法生产压敏粘合剂。
已证实可使用非热塑性烃弹性体(如天然橡胶)来热熔挤出压敏粘合剂。而低分子量增塑助剂,如加工油、弹性体低聚物、蜡、或其它如在Dictionary of Rubber,K.F.Heinisch,pp.359-361,John Wiley & Sons,New York,(1974)定义和描述的增塑剂类的物质,可用作粘合剂配方中的主要组分。这些增塑助剂使加工变得容易,但是降低了制得的粘合剂承受负荷的能力,本领域一般都了解这些增塑助剂会降低粘合剂的性能。
WO 94/11175描述了一种用于非热塑性烃弹性体的无溶剂的热熔法,该方法不必使用增塑剂作为粘合剂配方中的主要组分。该方法采用了一种连续混炼设备和热熔加工工艺。该连续混炼设备有多个交替的传送和处理区。该设备将弹性体连续地从一个区传送到另一个区。处理区能够塑炼弹性体。还能够在弹性体中混合添加剂。可以直接从该混炼设备将粘合剂组合物涂覆到移动的卷材上,提供连续生产PSA带的方法。
经常要求通过经电离辐射(如电子束或紫外线辐射)交联涂布后的PSA,以增强材料的粘结强度(即剪切强度)。为此,在弹性体中加入交联促进剂,以在较低的辐射剂量下获得较高的交联强度。但是发现这些交联促进剂(一般是马来酰亚胺型)与新分裂的弹性体反应,使粘度增加。这反过来使得很难采用WO 94/11175的技术进行连续处理。
除了这些处理上的困难外,还发现采用这些技术制备的粘合剂带在一些应用中缺乏足够的耐低应力剥离性。这样的带子不能有效地消除诸如由温度波动、背衬的尺寸变化以及在张力下施用的背衬的回缩力(recovery forces)引起的应力。因此,这些带子会从施用的基材上鼓起。
曾经试图采用本领域的现有技术来消除粘度上升以及粘合剂性能的问题。例如,在粘合剂配方中加入自由基中和胺和位阻酚化合物。但是发现在上述处理中添加这些自由基中和胺或位阻酚化合物,不能解决粘度上升的问题,未能提高带子的性能(特别是耐低应力剥离性)。
还在粘合剂配方中加入了热固性酚醛树脂。但是在上述无溶剂法中,在混炼机中,在处理该混合物所需的温度下热固性酚醛树脂开始固化和交联,在熔体中引起形成小的,紧密胶化的杂质,导致加工和涂布问题以及产品的缺陷。
还可以大量加入增粘树脂,以提高耐低应力剥离性。但是加入增粘树脂一般还会使快速剥离粘合力增加,超出对应于粘合剂迁移问题的容许水平,并且不能解决粘度上升的问题。
本发明概述
现已发现能解决与上述使用交联促进剂以提高剪切强度有关的粘度上升问题,,以及提供具有优良的耐低应力剥离性同时保持合适的快速剥离粘合力的PSA带的方法。在粘合剂配方中加入非热固性酚醛增粘树脂能惊奇地达到上述两点。
因此,本发明一方面提供了无溶剂混炼基于用交联促进剂配制的增粘烃弹性体和非热固性酚醛增粘树脂的PSA的方法。对酚醛树脂而言,术语“非热固性”指不与烃弹性体反应形成交联的树脂。术语“交联促进剂”指能与自由基反应,在PSA组合物中最终产生交联的化合物。
该方法采用连续的混炼设备和如WO 94/11175中所述的热熔加工工艺。该方法使用的连续混炼设备具有多个交替的传送区和处理区。该设备将弹性体连续地从一个区传送到另一个区。处理区能够塑炼弹性体。还能够将添加剂混入粘合剂。
本发明的方法中,烃弹性体被送入混炼设备的第一传送区。第一传送区将弹性体传送到第一处理区,在此塑炼该弹性体。随后塑炼后的弹性体被传送到其它区,在这些区加入非热固性酚醛增粘树脂、交联促进剂和任选的其它辅助剂,这些组分与塑炼后的烃弹性体混合形成一个混合物。可按照任何次序,在塑炼后的弹性体中加入增粘树脂、交联促进剂和任选的辅助剂。然后从该混炼设备排放出混合物储藏待用。或者,也可以将该混合物施用到薄膜形式的卷材上,最好是移动的卷材上。
在一个较好的实施方案中,在一个步骤一起加入交联促进剂和非热固性酚醛树脂,与其它任选的添加剂(如其它的增粘树脂)的混合物。在一个更好的实施方案中,混炼后的弹性体首先与非酚醛增粘树脂混合,随后加入交联促进剂和非热固性酚醛增粘树脂的混合物。
非热固性酚醛增粘树脂显著地制止了当在新分裂的弹性体中加入交联促进剂时一般都会出现的粘度上升。另外,非热固性酚醛增粘树脂提高了最终PSA带的耐低应力剥离性,而没有明显提高快速剥离粘合力。
用于本发明的合适的非热固性酚醛增粘树脂包括酚-醛缩合物、萜烯-酚反应产物、以及酚类反应产物。
许多烃弹性体可以用于本发明。较好的烃弹性体包括非热塑性烃弹性体,例如天然橡胶及其混合物。
用于本发明的合适的交联促进剂(还称作协合剂、pro-rads或偶联剂)包括活性芳族、脂族或杂原子的单体,或至少包含两个碳-碳双键的低聚物,一般是丙烯酸酯、烯丙基或马来酰亚胺部分的形式。这些化合物在本领域是众所周知的,它们能与自由基反应,最终导致交联。通过使弹性体经如电子束或紫外线辐射常常会产生这些自由基。
在另一个实施方案中,本发明提供了采用上述方法生产的PSA带。在还有一个实施方案中,本发明提供了PSA组合物,该组合物包括:
(a)100重量份烃弹性体,和
(b)0.1-400重量份非热固性酚醛增粘树脂。
该PSA组合物提供的带子,快速剥离粘合力小于75盎司/英寸(838克/厘米),低应力剥离值至少为5分钟。
较好的非热固性酚醛增粘树脂包括含非萜烯的化合物。
较好的PSA组合物包括在每100重量份弹性体中,0.10-10重量份的交联促进剂;1-400重量份非酚醛增粘树脂和0.10-15重量份的非热固性酚醛增粘树脂。更好的PSA组合物包括在每100重量份弹性体中,0.25-3重量份的交联促进剂;10-200重量份非酚醛增粘树脂和0.25-5重量份的非热固性酚醛增粘树脂。最好的PSA组合物包括在每100重量份弹性体中,0.5-2重量份的交联促进剂;50-100重量份非酚醛增粘树脂和0.5-3重量份的非热固性酚醛增粘树脂。
本发明还提供了一种PSA带,该带包括涂布在背衬上的PSA组合物。它显示了所要求的耐低应力剥离性与合适的快速剥离粘合力的综合性能。本发明的PSA带可用于各种应用,尤其是作为遮蔽胶带特别有用。
附图简述
图1提供了说明本发明实施例中使用的连续混炼、涂布和交联的设备配置的示意图。
图2是说明本发明实施例中所使用的螺杆的示意图。
本发明的详述
本发明的方法采用了连续混炼设备。许多这样的设备已为大家所了解。这些设备可以包括一个单元或一系列相互连接的单元,以连续处理弹性体。该设备有一系列交替的传送和处理部分,传送和处理部分相互连接。对本发明有用的连续混炼设备的一个例子是有一系列传送和处理区的双螺杆挤出机。沿挤出机的长度方向有许多进料口,可用于加料。添加的材料,无论是弹性体、增粘树脂、交联促进剂、非热固性酚醛增粘树脂,还是其它的辅助剂,都可以通过进料口加入到一个或多个部分充满的传送区。熔体泵和过滤器可以作为挤出机的一部分或分开的单元存在,以利于从混炼设备放出粘合剂和从粘合剂物流中除去不需要的杂质。
在实施该方法中,在控制弹性体不完全充满该区的速度下,将弹性体加入到混炼设备的第一传送区。弹性体送入混炼设备前,用研磨机或挤出造粒机造粒。还可以不经研磨或使用诸如Moriyama挤出机造粒,直接将弹性体加到混炼设备。热固弹性体已造粒时,最好用诸如滑石粉的材料处理,以防颗粒的积聚。
弹性体由第一传送区传送到第一处理区,在此塑炼。第一处理区一般设计成基本上完全充满,并能塑炼弹性体。另外,处理区还将弹性体传送到下一个区。可能要求第一处理区至少有两个相互由传送段分开的间断的处理段。这样使弹性体逐步关系炼,在每步之间冷却塑炼的弹性体。
如果本发明中处理两种或多种弹性体,这些弹性体可以一起加入到第一传送区,并在第一处理区塑炼。也可以将这些弹性体顺序加入到不同传送区,加入每一弹性体后顺序塑炼。当使用一种弹性体时,也可以将弹性体顺序加入到不同传送区。
最好在没有会润滑弹性体并阻止其分子量减小的物质存在下进行塑炼。但是,不能排除少量这类物质的存在,只能使存在的量不会有效地降低混炼速度。在混炼设备中可以加入一些其它固体辅助剂,例如滑石粉、无机填料、抗氧剂等等,使塑炼期间存在这些物质。
随后塑炼后的弹性体通过第一处理区到后面的传送和处理区,在那儿,加入非热固性酚醛增粘树脂、交联促进剂和任选的其它添加剂,并在此混合。在一个较好的实施方案中,在一步中一起加入交联促进剂和非热固性酚醛增粘树脂、任选与其它添加剂(如其它增粘树脂)的混合物。在一个更好的实施方案中,首先塑炼后的弹性体与非酚醛增粘树脂混合,随后加入交联促进剂和非热固性酚醛增粘树脂的混合物。
可以采用各种技术将这些物质送入混炼设备。例如可以使用诸如K-Tron失重补偿给料器的衡速加料器,加入固体物质。使用加热的桶式卸料器、齿轮泵和其它能以控制的速度传送液体的合适设备,将液体传送到混炼机。对以低浓度存在的添加剂可与一种或多种其它组分预混合,以更精确地加入。
尽管在第一处理区基本上进行了所有塑炼,但是弹性体在通过混炼设备的后续处理中仍会发生部分塑炼。在后续的传送或处理区可发生这种附加塑炼。在任何情况下,实施本发明中弹性体必须被塑炼的程度随使用的每一种弹性体和制得的所需产品而变化。一般,弹性体必须被充分塑炼至(i)随后能在弹性体中加入增粘树脂和任何其它辅助剂,与弹性体充分混合形成混合物和(ii)使得能挤出该混合物为基本没有橡胶颗粒和肉眼能鉴别出的未混合的增粘树脂和其它辅助剂的区域的物流。
一旦塑炼的弹性体、增粘树脂、交联促进剂和其它辅助剂形成混合物后,组合物即被称作粘合剂。该粘合剂在处理温度的粘度一般在500-5000泊范围(以1000/秒的剪切速度测定)。只要不超出该方法的实际限制范围,按照本发明的方法还可以处理较高粘度的粘合剂。例如,为保护诸如泵、过滤器、软管等设备,对粘度有一定的限制。粘合剂的处理温度一般在100-200℃范围。
粘合剂可从混炼设备中排放至储存容器,以备后面的处理或使用。也可以将粘合剂直接排放到薄膜形式的载体上。较好的载体包括移动卷材。通过涂布模,还可借助齿轮泵或其它能达到充分压力的合适设备,泵出粘合剂形成粘合剂薄膜。模头最好是能将粘合剂涂布在支撑于托辊上的移动卷材上的接触型品种(即不是锻模(drop die))。模头在模头口下游可以有一个挠性叶片、圆桶形橡胶擦、或旋转的圆金属棒,以分散粘合剂。模头可位于混炼设备的出口,使涂布与混炼以及挤出流水操作。也可以从混炼设备放出粘合剂,用单独的挤出机、熔体泵,或挤出机与熔体泵组合,将粘合剂送入涂布模头,以充分的压力使粘合剂混合物通过该模头。粘合剂在送入模头时,还可选择过滤该粘合剂。
涂布后的粘合剂,最好经诸如电子束、紫外线辐照交联,以增强材料的粘结强度。交联可以与涂布操作流水进行,或以分开的过程进行。所获交联度可以选择,它取决于许多因素,如对最终产品的要求、使用的弹性体、粘合剂层厚度等。通过辐照达到交联的技术已为本领域的技术人员所了解。
在施用粘合剂之前或之后,还可任选在卷材上涂覆剥离涂层。剥离涂层在卷材上可以是连续也可以是间断的,一般位于卷材最后涂布有粘合剂的反面。剥离涂层的涂覆可以与涂布或交联操作流水进行,也可以作为独立的工序进行。
本发明中,最好使用双螺杆挤出机作为混炼设备。挤出机的螺杆形状为能在加入增粘树脂之前在第一处理区塑炼弹性体。另外,如果粘合剂中使用弹性体混合物,第一处理区最好能塑炼和混合弹性体组分。第一处理区后的挤出机部分和螺杆必须设计成能在弹性体中加入增粘树脂和其它添加剂,并能使这些物质与弹性体很好地混合。较好的螺杆设计得能获得均匀的粘合剂组合物。
为达到塑炼、传送和混合,可按照本领域通常的实践设计螺杆。即螺杆具有一系列传送和处理区。为达到沿螺杆的适当流动和获得合适的塑炼和混合,提供流动限制部件和混合部件。传送区可具有普通的Archimeds螺杆部件。处理区可具有捏合块(kneading block)、针型混合器或其它设计用于塑炼、混炼和混合的其它部件。在处理区也可以有流动限制部件,例如反向齿距排列的捏合块、反向齿距的传送螺杆、圆盘部件或其它设计成限制物料流动的设备,以确保在这些部件之前的处理区部分能在充满物质的状况下运行,而在这些部件之后的传送区仅在处于部分充满的状况下运行。
该方法可以采用需氧处理也可以采用缺氧处理。对本发明的目的,需氧处理指有意在混炼设备中注入含有效氧的气体(如压缩空气),以促进烃弹性体的氧化分裂。缺氧处理指在混炼设备注入无有效氧的气体。但是,在实施本发明中,缺氧处理中仍会存在微量空气。
当烃弹性体优选经历链的分裂而不是链的交联和/或增长时,采用需氧处理有利。需氧处理使弹性体的分子量在相当短的时间内较大幅度地降低。
当使用在氧化条件下交联的弹性体时,采用缺氧处理有利。这减轻了处理期间弹性体交联的问题。对在氧化条件下经历分裂的弹性体,也可以采用缺氧处理,以获得高于需氧条件下获得的分子量。这可以提高粘合剂的粘结强度,使提供增强粘结强度所需的最终交联度减到最小。这两种弹性体的缺氧处理还会使粘合剂有更轻微的臭味和更淡的颜色。
增粘剂或增粘树脂一般指能与弹性体混溶的物质,这些物质的数均分子量(Mn)为10,000克/摩尔或更低,用环球仪测定的软化点高于70℃,差示扫描量热法(DSC)测定Tg为-30℃或更高。
用于本发明的合适的非热固性酚醛增粘树脂包括酚-醛缩合物、萜烯-酚反应产物、由形成的可溶性酚醛树脂与另外的酚类化合物进一步缩合获得的酚反应产物。有许多酚类化合物可用于制备这些树脂,例如单羟基和多羟基酚及其取代衍生物,以及这类化合物的混合物。这些酚类化合物可被各种基团取代,例如烷基、烷氧基、氨基、卤素和芳基。代表性的酚类化合物包括但不限于:苯酚、对叔丁基苯酚、对苯基苯酚、对氯苯酚、对烷氧基苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚、邻氯苯酚、间溴苯酚、乙基苯酚、戊基苯酚、壬基苯酚、间苯二酚、邻苯二酚、焦棓酚、双酚-A等。
能与酚类化合物缩合形成酚-醛树脂的醛包括但不限于:甲醛、乙醛、丙醛、异丁醛、2-乙基丁醛、甘油醛、以及能分解成甲醛的化合物,例如多聚甲醛、三噁烷和六亚甲基四胺。可采用现有方法,一般通过在酸性或中性条件下酚类化合物与醛的缩合,可以制备酚-醛树脂。酚-醛缩合物商品的例子有SP-1068TM树脂(一种纯的酚醛热塑性物质)和SP-1077TM树脂(烷基苯酚热塑性物质),这两种树脂都是Schenentady Chemicals Inc.的产品。
一般从萜烯[通式为(C5H8)n的异戊二烯低聚物]、倍半萜烯和/或三萜烯与各种酚之间的酸催化反应,制备萜烯-酚树脂。热塑性萜烯-酚树脂商品的例子包括来自Schenectady Chemicals Inc的SP-553TM和SP-560TM。
有用的酚醛树脂还包括由酚与至少一种萜烯、倍半萜烯或三萜烯的酸催化反应,随后再与环状的聚烯烃反应的产物,例如木松香。
合适的非酚醛增粘树脂包括松香和松香衍生物、聚萜烯、苯并呋喃茚、氢化树脂和烃树脂,例如:α-蒎烯基树脂、β-蒎烯基树脂、苎烯基树脂、戊间二烯基烃树脂、松香酯和聚萜烯。
用于本发明的合适的交联促进剂(还称作协合剂、pro-rads或偶联剂)包括活性芳族、脂族或杂原子的单体,或至少包含两个碳-碳双键的低聚物,一般是丙烯酸酯、烯丙基或马来酰亚胺部分的形式。这些化合物在本领域是众所周知的,它们能与自由基反应,最终导致交联。
丙烯酸酯交联促进剂是多官能的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯(选自醇,通常是多醇与丙烯酸和甲基丙烯酸的酯)。这些体系的例子包括:1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和季戊四醇四甲基丙烯酸酯。在“CrosslinkingPlastizers for Injection Molding”,Lohr,J.E.and Samples,R.;Rubber World 1971,165,47进一步讨论了丙烯酸酯交联促进剂。
烯丙基交联促进剂是多官能的链烯,通过烯丙基卤化物与各种亲核剂反应形成烯丙基醚、酯、胺等。这些体系的例子包括三烯丙基氰尿酸酯、三烯丙基异氰尿酸酯和烯丙基甲基丙烯酸酯。
使马来酸酐和多官能胺反应制备马来酰亚胺交联促进剂,例如1,6-二氨基己烷、二(4-氨基苯基)甲烷、三(2-氨基乙基)胺和1,3-亚苯基二胺。在“Crosslinkingof Polymers with Dimaleimides”,Kovacic,P.and Hein,R.W.;J;Am.Chem.Soc.1959,81,1187;“Crosslinking of Unsaturated Polymers with Dimaleimides”,Kovacic,P.and Hein,R.W.;J.Am.Chem.Soc.1959,81 1190;and“Vulcanizationwith Maleimides”,Tawney,P.O.,Weisch,W.J.,Van der Berg,S,and Relyea,D.I.;J.Appl.Polym.Sci.1964,8,2281中进一步讨论了马来酰亚胺的制备以及作为交联剂的使用。
本发明中可以使用各种烃弹性体。在本发明的实践中这些物质可以单独使用或混合后一起使用。这些弹性体的例子包括天然橡胶、丁基橡胶、合成聚异戊二烯、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM)、聚丁二烯、聚异丁烯、聚(α-烯烃)、和苯乙烯-丁二烯无规共聚物橡胶。较好的烃弹性体包括非热塑性物质,例如,天然橡胶以及包括至少50重量%天然橡胶的弹性体混合物。
粘合剂中还可以使用许多辅助剂。这样的辅助剂的例子包括抗氧剂,例如位阻酚、胺、硫化过氧氢和磷化过氧氢分解剂;无机填料,例如滑石粉、氧化锌、二氧化钛、氧化铝和二氧化硅;增塑助剂,例如在Dictionary of Rubber,K.F.Heinisch,pp.359,John Wiley & Sons,New York(1974)中所述的增塑剂、油、弹性体低聚物和蜡等。一般每100重量份弹性体包括多达5重量份的抗氧剂、多达50重量份的无机填料,以及多达粘合剂总重量的10重量%的增塑助剂。可以在塑炼弹性体之前、期间或之后加入增塑助剂。无论何时加入,增塑助剂不应妨碍弹性体的有效塑炼。最好不必使用增塑助剂。
粘合剂配方中另外还可以包括能在热分解中释放气体并在粘合剂内产生小室结构的化学“吹泡”或“发泡”剂。粘合剂中的小室结构改变了粘合剂的拓扑结构、密度、压缩度、和顺应性,使该粘合剂制备的带具有即时的粘合力或“快速粘结”的性能,其性能优于较薄的未发泡的挤出的粘合剂,并能与通过溶剂蒸发制备的发泡粘合剂相媲美。
当需要发泡粘合剂时,在低于吹泡剂的分解温度的温度下将吹泡剂加入弹性体。然后在此温度混合,使吹泡剂以未分解态分布在整个弹性体中。粘合剂层中最好包括其重量的0.5-5重量%的吹泡剂。但如果需要其使用量可多可少。
有用的吹泡剂一般在140℃或140℃以上分解。这些吹泡剂的例子包括合成的基于偶氮、碳酸盐和酰肼的分子。这些物质的具体例子是CelogenTM OT(4,4’氧二(苯磺酰肼))、HydrocerolTM BIF或BIH(由碳酸盐化合物和多碳酸制备)、CelogenTM AZ(偶氮二羧酰胺)和CerlogenTM RA(对甲苯磺酰氨基脲)。
一旦分散,挤出后通过如加热挤出物至高于吹泡剂的分解温度,可活化吹泡剂。吹泡剂分解释放出气体,如N2、CO2和/或H2O,在整个粘合剂内形成小室结构。可以在粘合剂固化之前或之后进行分解。
在实施本发明中,有许多有机和无机材料可用作卷材。这样的材料包括聚合物膜、金属箔、纸、陶瓷膜等等。而且卷材还可以进一步包括编织结构的多种纤维。纤维可以结合在一起形成织物或无纺织物(即任意排列的纤维)卷材。
实际上采用本发明的方法可以生产任何PSA带。这样的带子的例子有遮蔽胶带、包装带(如密封和捆扎盒子带)、装饰带、保护带和膜、标签、尿布闭合带、医用带(如医用和运动用带)等。另外,该方法可用于生产在背衬上有一层或多层基于烃弹性体的PSA的制品。
由下面的实施例说明本发明,但这些实施例中所列举的具体材料及其量,以及其它条件和细节不构成对本发明的限制。
实施例
试验方法
快速剥离粘合力
根据ASTM D3330(或PSTC1)测定快速剥离粘合力,除了使用玻璃板基材代替不锈钢基材,剥离速度为90英寸/分钟(2.28米/分钟)。较好的快速剥离值小于75盎司/英寸(838克/厘米),小于65盎司/英寸(726克/厘米)更好。
耐低应力剥离性
将0.75英寸(19毫米)宽样品带的有粘合剂一面粘结到长4英寸(10厘米)的清洁的不锈钢面板上,测定耐低应力剥离性。用双丙酮醇清洁面板一次,并用庚烷或乙醇清洗三次。用4.5磅(2公斤)辊轧两次,将带叠合在不锈钢面板上。在72°F(22℃)和50%相对湿度的恒温室内进行该试验。水平悬放面板,并在样品带的一端固定200克重物。样品带移动4英寸(10.16厘米)所需的时间记录为低应力剥离值。较好的低应力剥离值至少为5分钟,至少为20分钟更好。
剪切强度
将两条0.5英寸(1.3厘米)宽的带面对面地放在一起,相互叠合0.5英寸(1.3厘米),形成0.5英寸(1.3厘米)×0.5英寸(1.3厘米)的接触面。用300克的辊轧三次,将两个带压在一起。然后在两个带的自由端之间施用1000克拉伸它们。面对面的粘结滑动分开所需时间记为剪切值。较好的剪切值大于50分钟,更好的剪切值大于150分钟。
设备构造和挤出机
图1提供了说明在下面实施例中使用的连续混炼、涂布和交联的设备构造的示意图。
图2是说明在下面实施例中所使用的螺杆的示意图。
根据图1,所示的混炼设备21配置有弹性体进料漏斗22、进行有氧处理时在混炼设备中注入含氧气体的喷嘴23、靠近挤出机21出口的固体进料漏斗24和26。通过连续监测进料漏斗中的物料重量,进料漏斗22、24和26控制了物料输入混炼设备的速度。在下面实施例中所使用的混炼设备21是Werner-Pfleiderer共旋转双螺杆挤出机。
从混炼设备21的挤出物被送入单螺杆挤出机,以产生足够的压力,推动粘合剂通过过滤器30和模头33。在过滤器30的下游提供Zeinth齿轮泵28,计量到模头33的粘合剂熔融物。模头33是一个60英寸(152厘米)宽的接触挤出模,在模的下游面有一个旋转钢棒,用于将粘合剂涂布在绕涂布辊37运动的卷材34上。涂布辊37是外层涂有橡胶的钢辊。可自动调节该结构的线速,以达到所需的涂布厚度。涂层在电子束交联装置38交联。
实施例使用的螺杆设计如图2所示。如图2所示该螺杆设计包括传送区C1-C7和处理区P1-P6。通过漏斗22在传送区C1加入非热塑性弹性体。通过注射汽门23在传送区C4注入压缩空气。通过漏斗24和26在传送区C5和C6加入增粘树脂和其它辅助剂。更具体而言,在传送区C5加入非酚醛增粘树脂和抗氧剂,在传送区C6加入交联促进剂、非热固性酚醛增粘树脂、任何其它的非酚醛增粘树脂以及增白剂。注意可按任何组合和通过任何可利用的进料漏斗加入这些添加剂。
第一传送区C1的长度为挤出机总长的12.8%。第一处理区P1为挤出机总长的2.0%。其余的处理和传送区(对应于图2)的长度(按挤出机总长的百分数)如下:
C2 5.0%
P2 4.0%
C3 4.4%
P3 4.0%
C4 12.8%
P4 2.9%
C5 12.2%
P5 4.9%
C6 11.5%
P6 14.8%
C7 8.3%
比较实施例1:没有交联促进剂和酚醛增粘树脂制备的PSA带
使用下面的目标配方制备的PSA带:
100份弹性体,
80份非酚醛增粘树脂,
4份增白剂,和
1份抗氧剂。
按下面所述制备带子:
受控Mooney粘度的天然橡胶SMR CV60(可从Ore Chemical Co.,Inc获得)用一个两级Previero研磨机成粒,通过一个1/4”(0.6厘米)网眼的筛网过滤器,并撒上滑石粉。然后用失重补偿给料器将该物料以9磅/分钟(4.1公斤/分钟)的速度送入双螺杆挤出机的传送区C1。弹性体和滑石粉在处理区P1塑炼。弹性体和滑石粉在如图2所示的区C2、P2、C3和P3进一步传送和塑炼。在传送区C4,有新的空气流,在此进行另外的氧化以防止塑炼后的橡胶分子“再结合”。
在处理区P4进行进一步的塑炼。用失重补偿给料器以1.8磅/分钟(820克/分钟)的速度在传送区C5加入PiccotacTM B脂族非酚醛增粘树脂(可从HerculesChemical Co.得到)。还可以在传送区C5,使用另一个失重补偿给料器以0.09磅/分钟(41克/分钟)的速度加入位阻酚抗氧剂,IrganoxTM 1010(可从Ciba-Geugy得到)。产生的混合物在处理区P5塑炼和/或混合。用失重补偿给料器以5.4磅/分钟(2.5公斤/分钟)的速度在传送区C6再加入PiccotacTMB(可从Hercules Chemical Co.得到)。使用另一个失重补偿给料器以0.36磅/分钟(160克/分钟)的速度在传送区C6加入TitanoxTM2020增白剂(可从Kronos Chemical Co.得到)。产生的混合物然后在处理区P6塑炼。产生的混合物再通过传送区C7送入单螺杆泵挤出机。该挤出机使混合物通过过滤器至计量泵。泵计量混合物从增强挠性软管到挤出模头的流速。设定计量泵调节涂布速度比,应使粘合剂涂布厚度为1.65密尔(41微米)。经电子幕式处理,在涂层的顶层提供4兆拉德剂量,辐照和固化该涂层。
在泵挤出机、过滤器和软管中熔体的温度保持在约135-150℃,在此温度下增强软管内的压力为1800psig(600帕)的实际操作压力。经上述试验方法测定,发现制得的PSA带具备下列性质:
快速剥离粘合力: 52-55盎司/英寸(580-615克/厘米)
低应力剥离值: 5-7分钟
剪切值: 12-20分钟
该实施例的PSA遮蔽胶带的剪切值对一些应用,尤其是对带施用到基材上,并进行加热循环,随后需要从基材上完全除去的应用是不合格的。
比较实施例2:用交联促进剂(没有非热固性酚醛增粘树脂)制备PSA带
采用与比较实施例1相同的目标配方制备PSA带,不同之处是加入1份交联促进剂。
重复实施例1所使用的设备和条件,但有以下几点不同。用一个小的失重补偿给料器以0.09磅/分钟(41克/分钟)的速度在传送区C6加入交联促进剂或pro-rad,Vanex MNM(可从Vanderbilt Chemical Co.得到)。由于这一变化,接到模头的挠性软管中测得的压力上升到3000psig(1000帕),软管中的压力状态导致难以操作的高粘度。另外,挤出物很难光滑平坦地涂布1.65密尔(41微米)的目标厚度。将挤出物涂布在皱纹纸背衬上并经辐照固化。用上述试验方法测定,发现制得的PSA遮蔽胶带具备下列性质:
快速剥离粘合力:40-42盎司/英寸(450-470克/厘米)
低应力剥离值: 3分钟
剪切值: 150-250分钟
加入交联促进剂或pro-rad,导致剪切值提高,超过比较实施例1的值,但是3分钟的低应力剥离值对大多数应用是不合格。另外,粘度的上升使该工艺没有实用价值。
比较实施例3:用交联促进剂和额外量的位阻酚抗氧剂(IrganoxTM1010)制备PSA带
采用与比较实施例1相同的目标配方制备PSA带,不同之处是使用1份交联促进剂和另外三份抗氧剂。
重复实施例2所使用的设备和条件,但有以下几点不同。用加入Vanax MBM的同一个失重补偿给料器以0.27磅/分钟(120克/分钟)的速度,额外量的IrganoxTM1010抗氧剂与Vanax MBM一起加入到传送区C6。传送区C6下游的处理条件不变;但是在挠性软管中测得的操作压力上升到2600-2800psig(870-935帕)。软管压力的正常可变性很高,足以起动为保护软管设计的紧急制动。涂层为不平坦和粗糙的。发现固化后涂层具有下列性质:
快速剥离粘合力:40-43盎司/英寸(450-480克/厘米)
低应力剥离值: 4分钟
剪切值: 35-48分钟
其低应力剥离值对大多数应用是不合格。其粘度值没有实用价值。
比较实施例4:用交联促进剂和额外量的增粘树脂(PiccotacTMB树脂)制备PSA带
采用与比较例实施2相同的目标配方制备PSA带,不同之处是使用总的90份非酚醛增粘树脂。
重复实施例2所使用的设备和条件,但有以下几点不同。在传送区C5和C6加入PiccotacTMB树脂的流速分别增加到2.03磅/分钟(1公斤/分钟)和6.08磅/分钟(3公斤/分钟),试图降低由加入Vanax MBM引起的操作粘度。与实施例2相比,操作粘度没有很大变化,操作压力是不切实际的。未能成功地制备带子,因此没有该粘合剂的性能记录。
实施例1:用交联促进剂和非热固性酚醛增粘树脂制备PSA带
采用与比较实施例1相同的目标配方制备PSA带,不同之处是使用1份非热固性酚醛增粘树脂和1份交联促进剂。
重复实施例2所使用的设备和条件,但有以下几点不同。用加入Vanax MBM的同一个失重补偿给料器以0.09磅/分钟(41克/分钟)的速度,将非热固性酚醛增粘树脂,SP-1068(可从Schenectady Chemical Co.得到)与Vanax MBM一起加入到传送区C6。用同一失重补偿给料器以0.27磅/分钟(120克/分钟)再加入PiccotacTMB在漏斗中加料器上面的,以防止“架空层”或“空洞”。在通向模头的挠性软管测得的压力达到2000psig(667帕),为合格的软管压力水平。该挤出物能在皱纹纸上容易地平坦光滑涂布。发现固化后涂层具有下列性质:
快速剥离粘合力: 55-57盎司/英寸(615-640克/厘米)
低应力剥离值: 7-10分钟
剪切值: 50-250分钟
该实施例证明,在无溶剂热熔法中加入非热固性酚醛增粘树脂,解决了与使用交联促进剂相关联的粘度上升问题(比较实施例2所证实的),同时提供的PSA带具有优良的粘合力性能、尤其是在耐低应力剥离性和快速剥离粘合力之间的综合性能。注意到使用额外量的抗氧剂或增粘剂(比较实施例3和4所证实的)不能得到这些结果。
实施例2:采用溶剂法制备PSA带
由溶剂制备PSA带,并且根据上述试验方法试验其耐低应力剥离性和快速剥离粘合力。在所有情况下,PSA配方包括下列组分:
100重量份天然橡胶(CV-60)
90重量份总的增粘树脂(在每一种情况下都包括酚醛)和
1重量份Irganox 1010。
改变在每一种PSA带中所使用的增粘树脂,以证明在粘合剂配方中加入非热固性酚醛树脂的效果。在配方中所使用的增粘树脂如下:
SP-1068:Schenectady Chemicals,Inc的纯酚醛非热固性增粘树脂。
SP-1077:Schenectady Chemicals,Inc的烷基酚醛非热固性增粘树脂。
CRJ-418:Schenectady Chemicals,Inc的烷基酚醛非热固性增粘树脂。
Escorez 1304:Exxon的C5非酚醛增粘树脂。
在每一种PSA配方中所使用的增粘树脂及其量(重量份)列于表1。
制备的粘合剂在庚烷中为20%固体,以10格令/24英寸2(42克/米2)的量将该粘合剂在涂布皱纹遮蔽带背衬上,以4兆拉德电子束固化该粘合剂。样品没有热老化。根据上述方法试验带,结果列于表1。表1
样品 | Escorez1304 | CRJ-418 | SP-1068 | SP-1077 | 低应力剥离(分钟) | 快速剥离粘合力盎司/英寸(克/厘米) |
C1 | 90 | 0 | 0 | 0 | 15 | 56(630) |
2 | 87.5 | 2.5 | 0 | 0 | 32 | 54(600) |
3 | 87.5 | 0 | 2.5 | 0 | 95 | 53(590) |
4 | 87.5 | 0 | 0 | 2.5 | 84 | 57(640) |
5 | 85 | 5 | 0 | 0 | 30 | 56(630) |
6 | 85 | 0 | 5 | 0 | 102 | 56(630) |
7 | 85 | 0 | 0 | 5 | 82 | 56(630) |
这些数据证明本发明的PSA带提供了优良的耐低应力剥离性和快速剥离粘合力的综合性能。更具体而言,样品C1(不包括酚醛树脂)提供了15分钟的低应力剥离值和56盎司/英寸(630克/厘米)的快速剥离粘合力,而样品2-7(包括酚醛树脂)保持53-57盎司/英寸(590-640克/厘米)范围内的合适的快速剥离值的同时提供了至少30分钟的低应力剥离值。
Claims (16)
1.由增粘的烃弹性体制备压敏粘合剂的无溶剂热熔法,所述方法在一个连续的混炼设备中进行,该设备有一系列交替的传送和处理区,所述的处理区能进行塑炼和混合,所述方法包括下列步骤:
(a)在第一传送区送入所述的非热塑性烃弹性体,将所述弹性体传送到第一处理区;
(b)在第一处理区对所述的弹性体塑炼足够的时间,使其能(i)接受辅助剂和(ii)被挤出;
(c)将所述塑炼后的弹性体从第一处理区传送到后面的处理和传送区,在这些区加入交联促进剂和非热固性酚醛增粘树脂,并与所述弹性体混合形成混合物;和
(d)从所述连续混炼设备排放出所述混合物,所述混合物包括压敏粘合剂。
2.如权利要求1所述的方法,其特征还在于步骤(c)包括把所述交联促进剂与所述非热固性酚醛增粘树脂的混合物一起加入的步骤。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于步骤(c)还进一步包括在加入所述的交联促进剂和非热固性酚醛增粘树脂的混合物之前,加人并混合非酚醛增粘树脂与所述的塑炼后的弹性体的步骤。
4.如权利要求1所述的方法,其特征还在于所述的混合物从所述的连续混炼设备以薄膜排放到移动的卷材上,并经辐照。
5.如权利要求1所述的方法,其特征还在于所述的非热固性酚醛增粘树脂选自酚-醛缩合物、萜烯-酚反应产物以及酚反应产物。
6.如权利要求1所述的方法,其特征还在于所述的交联促进剂选自芳族、脂族和杂原子单体以及至少包含两个碳-碳双键的低聚物。
7.如权利要求1所述的方法,其特征还在于所述的步骤(c)包括以足以为每100重量份弹性体提供0.10-10重量份交联促进剂的速度加入所述的交联促进剂。
8.如权利要求1所述的方法,其特征还在于所述的步骤(c)包括以足以为每100重量份弹性体提供0.10-15重量份非热固性酚醛增粘树脂的速度加入所述的非热固性酚醛增粘树脂。
9.如权利要求3所述的方法,其特征还在于所述的步骤(c)包括以足以为每100重量份弹性体提供1-400重量份非酚醛增粘树脂的速度加入所述的非酚醛增粘树脂。
10.一种压敏粘合剂组合物,它包括:
(a)100重量份烃弹性体;和
(b)0.1-400重量份非热固性酚醛增粘树脂,
所述的粘合剂组合物提供的带子具有小于75盎司/英寸(838克/厘米)的快速剥离粘合力和至少5分钟的低应力剥离值。
11.如权利要求10所述的压敏粘合剂组合物,其特征还在于所述的非热固性酚醛增粘树脂是一种含非萜烯的物质。
12.一种如权利要求10所述的交联的压敏粘合剂。
13.如权利要求10所述的压敏粘合剂组合物,其特征还在于所述的弹性体包括至少50重量%的天然橡胶。
14.如权利要求10所述的压敏粘合剂组合物,其特征还在于它包括:
(a)100重量份烃弹性体;
(b)0.10-10重量份的交联促进剂;
(c)1-400重量份非酚醛增粘树脂;和
(d)0.10-15重量份非热固性酚醛增粘树脂。
15.如权利要求10所述的压敏粘合剂组合物,其特征还在于所述的非热固性酚醛增粘树脂选自酚-醛缩合物、萜烯-酚反应产物以及酚反应产物。
16.如权利要求10所述的压敏粘合剂组合物,其特征还在于所述的交联促进剂选自芳族、脂族和杂原子单体以及至少包含两个碳-碳双键的低聚物。
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