CN109651974B - 一种光固化压敏胶及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光固化压敏胶及其应用，该压敏胶包含丙烯酸树脂浆、光引发剂及交联剂，其中，丙烯酸树脂浆按照质量百分比计，包含15%~40%重量平均分子量为50万~200万的丙烯酸聚合物，剩余为单体，丙烯酸树脂浆中的单体包括具有1~18个碳原子的丙烯酸酯单体以及含羧基单体；光引发剂的用量为丙烯酸树脂浆质量的0.08%~0.15%；该交联剂中包括含苯胺结构的环氧交联剂，交联剂的用量为丙烯酸树脂浆质量的0.005%~3%。本发明的压敏胶有效时间长，粘着力强，使用中不存在有机溶剂，涂布厚度薄，而采用本发明的压敏胶制得的制品具有优异的定荷重性能。

Description

一种光固化压敏胶及其应用
技术领域
本发明涉及压敏胶技术领域，具体涉及一种光固化压敏胶及其应用。
背景技术
压敏胶是一类对压力敏感的胶黏剂，在使用时适当的压力即可粘在其他表面上，由于其特殊的粘接特性，目前压敏胶产品广泛应用于印刷、包装、电子产品等行业。而电子产品如智能手机、平板电脑、汽车产品等移动终端，其具有小、轻、薄以及生产效率高效化的趋势，相应地要求电子产品越来越多的使用聚合物材料，同时需要这些材料所使用的粘合产品具有很高的粘接强度，进而以小的粘合面积实现牢固的粘接。
目前常见的压敏胶包括溶剂型压敏胶、水性压敏胶、热熔型压敏胶。而随着环保法规的日趋严格和人们环保意识的逐渐增强，溶剂型压敏胶因其在使用过程中会有溶剂挥发出来，对环境造成污染，因此其使用越来越受到限制；而水性压敏胶，虽然其具有无污染、成本低的优点，但其存在耐水性较差、剥离力和初粘力低、低温稳定性差、能耗高、固化慢的缺陷，同时还有大量水分需要烘干，不利于节能减排；而热熔型压敏胶是继溶剂型和水性压敏胶之后的第三代压敏胶产品，较之前两者，热熔型压敏胶无溶剂，更有利于环保和安全生产，生产效率高，生产成本相对低，但是其耐热性能较差。
光固化压敏胶是一类新兴的压敏胶类型，与传统的溶剂型压敏胶相比，光固化压敏胶不存在使用过程中溶剂挥发带来的污染，与水性压敏胶相比，又不存在耐水性差等性能问题；而与热熔型压敏胶相比，光固化压敏胶因其在固化过程中的化学交联而使得耐热性能明显优于热熔型压敏胶。因此，光固化压敏胶具有广阔的应用前景和研究价值。
而在制备光固化压敏胶过程中，通常所用的紫外光源主要为高压汞灯，其发射光谱中254nm、302nm、313nm、365nm波长段对光引发剂有很好的激发作用，但高压汞灯在使用过程中存在诸多缺陷；1)汞灯功率大，能耗高；2)使用过程发热严重；3)启动慢，预热时间较长；4)持续使用会造成汞污染。UV-LED能够明显克服上述缺点，具有巨大的应用价值。但其光谱分布集中在365nm～395nm，大部分光引发剂的吸收光谱不能与之匹配。因此，如何改进光固化压敏胶的生产工艺、提高光固化压敏胶的性能是本领域技术人员旨在解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种光固化压敏胶，该压敏胶有效时间长、粘接强度好。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光固化压敏胶，所述压敏胶中包含以下组分：
1)丙烯酸树脂浆，所述丙烯酸树脂浆按照质量百分比计，包含15％～40％重量平均分子量为50万～200万的丙烯酸聚合物，剩余为单体，所述丙烯酸树脂浆中的单体包括具有1～18个碳原子的丙烯酸酯单体以及含羧基单体；
2)光引发剂，所述光引发剂的用量为所述丙烯酸树脂浆质量的0.08％～0.15％；
3)交联剂，所述交联剂中包括含苯胺结构的环氧交联剂，所述交联剂的用量为丙烯酸树脂浆质量的0.005％～3％。
优选地，所述丙烯酸树脂浆的原料包括具有1～18个碳原子的丙烯酸酯单体、含羧基单体、热引发剂以及链转移剂，其中，所述的丙烯酸酯单体占单体总质量的70％～95％，所述的含羧基单体占单体总质量的5％～30％；所述的热引发剂的用量为单体总质量的0.01～0.03％；所述的链转移剂的用量为单体总质量的0.01％～0.03％。
进一步优选地，所述的丙烯酸酯单体为丙烯酸异辛酯或丙烯酸异辛酯与丙烯酸丁酯的混合物，所述的含羧基单体为丙烯酸。
进一步优选地，所述的丙烯酸树脂浆是按照以下步骤制备而成的：在带有回流冷凝器的四口烧瓶中加入所述的丙烯酸酯单体、含羧基单体、链转移剂，在氮气流下搅拌混合30min，而后加入热引发剂，在60℃温度条件下反应30min后得到所述的丙烯酸树脂浆。
优选地，所述的丙烯酸树脂浆按照质量百分比计，包括15％～25％重量平均分子量为75万～150万的丙烯酸聚合物，剩余为单体。
优选地，所述交联剂的用量为丙烯酸树脂浆质量的0.05％～0.15％。
优选地，所述的光引发剂的用量为所述丙烯酸树脂浆质量的0.1％～0.15％。
优选地，所述的光引发剂为2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦。
优选地，所述的环氧交联剂选自三缩水甘油基对氨基苯酚、4,4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂、二缩水甘油基苯胺中的一种。
本发明的另一个目的是提供一种上述压敏胶的应用，在两层PET剥离膜间涂覆一层所述的压敏胶，而后通过紫外光照射得到压敏胶制品，其中，紫外光照射两次，第一次在黑光灯下照射45s，辐射剂量为1mW·cm-2，第二次在黑光灯下照射180s，辐射剂量为3mW·cm-2。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的压敏胶，包含了丙烯酸树脂浆、光引发剂、交联剂，具体的该丙烯酸树脂浆中包含了含量比高的单体以及分子量高的聚合物，该聚合物由单体在热引发剂与链转移剂的作用下制得，这里的单体，按照质量百分比计，包含了70％～95％含碳原子数1～18的丙烯酸酯单体、5％～30％羧基单体，由上述材料制得的压敏胶，不含溶剂，对环境友好，同时本发明的压敏胶在制备过程中采用了含苯胺结构的环氧交联剂，使得制得的压敏胶及其制品的定荷重性能好，压敏胶的有效时间长，而采用热反应制备丙烯酸树脂浆，反应时间短，不会产生发热现象，同时不会造成使用汞灯紫外光照射产生的汞污染现象，更为环保。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
一种光固化压敏胶，包含丙烯酸树脂浆、光引发剂及交联剂。其中，丙烯酸树脂浆按照质量百分比计，包含15％～40％重量平均分子量为50万～200万的丙烯酸聚合物，剩余为单体，丙烯酸树脂浆中的单体包括具有1～18个碳原子的丙烯酸酯单体以及含羧基单体；光引发剂的用量为丙烯酸树脂浆质量的0.08％～0.15％；该交联剂中包括含苯胺结构的环氧交联剂，交联剂的用量为丙烯酸树脂浆质量的0.005％～3％。
具体的，该丙烯酸树脂浆的原料包括具有1～18个碳原子的丙烯酸酯单体、含羧基单体、热引发剂以及链转移剂，其中，丙烯酸酯单体占单体总质量的70％～95％，含羧基单体占单体总质量的5％～30％；热引发剂的用量为单体总质量的0.01～0.03％；链转移剂的用量为单体总质量的0.01％～0.03％。
这里，该光引发剂选用了2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦。含苯胺结构的环氧交联剂选自三缩水甘油基对氨基苯酚、4,4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂、二缩水甘油基苯胺、环氧化间苯二甲胺中的一种。
一、丙烯酸树脂浆的制备
这里，关于制备丙烯酸树脂浆的原料具体为：该丙烯酸酯单体选用了丙烯酸异辛酯或丙烯酸异辛酯与丙烯酸丁酯的混合物；含羧基单体选用了丙烯酸；热引发剂选用了偶氮二异丁腈；链转移剂选用了正十二烷基硫醇。
具体制备步骤如下：
在带有回流冷凝器的四口烧瓶中加入的丙烯酸(AA)、异辛酯(2-EHA)、丙烯酸丁酯(BA)及正十二烷基硫醇(NDM)，在氮气流下搅拌混合30min，而后加入偶氮二异丁腈(AIBN)，在60℃温度条件下反应30min后得到丙烯酸树脂浆。采用热反应来制备丙烯酸树脂浆，反应时间短，且不会造成发热严重的情况，且与紫外光照射反应相比，不会产生汞污染现象。
对制得的丙烯酸树脂浆通过粘度测试方法进行粘度测试，通过GPC测量方法检测丙烯酸树脂浆中所含的丙烯酸聚合物的重量平均分子量，通过非挥发性成分量的测定方法检测丙烯酸树脂浆中所含的丙烯酸聚合物的含量比。具体的，各组分的投加量以及测量的结果参见表1，具体检测方法如下。
粘度测量方法
将含有丙烯酸树脂浆的500ml瓶浸入25℃的恒温水域中并静置12小时，然后根据B型粘度计的测量方法进行测量。
GPC测量方法
测量装置：HLC-8120 GPC(由Tosoh Corporation制造)
GPC柱构成：以下5列(均由东曹株式会社制造)
(1)TSK-GEL HXL-H(保护柱)
(2)TSK-GEL G 7000 H X L.
(3)TSK-GEL GMHXL
(4)TSK-GEL GMHXL
(5)TSK-GEL G 2500 H X L.
样品浓度：用四氢呋喃稀释至1.0mg/cm3
流动相溶剂：四氢呋喃
流速：1.0cm3/min
柱温：40℃
非挥发性成分量的测定方法
将1g丙烯酸树脂浆料放入精确称重的锡板(n1)中，精确称量总重量(n2)，然后在105℃下加热3小时，然后，将锡板在室温下在干燥器中放置1小时，然后再次精确称重，并测量加热后的总重量(n3)。通过使用所获得的重量测量值(n1至n3)，由下式(1)计算非挥发性组分的量。
式(1)非挥发性组分量nV(wt％)＝
100×[加热后的重量(n3-n1)/加热前的重量(n2-n1)]
表1
Figure BDA0001932067550000051
从表1中我们可以看出，在单体中各组分投加量相同的情况下，减少链转移剂(NDM)的投加量，对比A-2与A-4，能够提高丙烯酸树脂浆的粘度，增加聚合物的重量平均分子量；
在单体中各组分投加量相同的情况下，链转移剂(NDM)和热引发剂的投加量过多，对比A-5和A-6，会大大降低丙烯酸树脂浆的粘度，同时会增加聚合物在丙烯酸树脂浆中的含量比，而聚合物的重量平均分子量会大大降低；
而在交联剂与热引发剂投加量相同的情况下，适当增加AA和BA的用量，对比A-4与A-5，能够提高丙烯酸树脂浆的粘度，提高聚合物的重量平均分子量。
而在单体中AA投加量不变的情况下，增加BA的用量，同时增加少量的链转移剂(NDM)，对比A-1和A-3，能够增加丙烯酸树脂浆的粘度，减少聚合物的重量平均分子量。
二、压敏胶的制备
本例中提供了一种压敏胶的制备方法，具体步骤如下：
按质量份数计，以丙烯酸树脂浆计为100，将光引发剂和交联剂按质量比添加到丙烯酸树脂浆中，该丙烯酸树脂浆中的各组分情况参照表1，然后经过搅拌和真空消泡处理，得到压敏胶，光引发剂与交联剂的具体配比情况参见表2。
表2
Figure BDA0001932067550000061
上表中，TPO为2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦，jER603为三缩水甘油基对氨基苯酚，jER604为4,4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂，GAN为二缩水甘油基苯胺，EPALLOYGA-240为环氧化间苯二甲胺，TMPTA为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
三、压敏胶制品的制备
根据表2中的各实施例或对比例制得的压敏胶，通过以下步骤制备压敏胶制品。首先，使用刮刀在聚对苯二甲酸乙二醇酯PET剥离膜(厚度为50μm)的表面上涂抹一层由表2中的各实施例和对比例制成的压敏胶的涂层(厚度为300μm)；随后，在该涂层的表面上进一步层压一层PET剥离膜(厚度为50μm)以获得层压片材。之后，用紫外线照射层压片材以聚合构成涂层的光固化压敏胶。由此，获得在两个PET剥离膜之间含光固化压敏胶的压敏胶片材。具体的，采用紫外线照射两次，第一次在黑光灯下照射45s，辐射剂量为1mW·cm-2，第二次在黑光灯下照射180s，辐射剂量为3mW·cm-2，将一侧的PET剥离膜剥离，得到压敏胶带。
对表2中各实施例和对比例中的压敏胶按照下述方法进行有效时间的测试。测试数据参见表3。同时将根据表2中各压敏胶制得的压敏胶带分别在40℃的恒温器中放置3天、在60℃下放置1分钟、放置一个月后进行老化测试后，评价凝胶率、粘合恒定载荷试验、保持力及球粘性，具体测试结果见表4。每种评估方法的具体细节如下：
有效时间的测试
有效时间定义为对压敏胶在刚制备完后以及分别在放置了2、4、6和8小时后的粘度进行测量评估。具体的，通过将含压敏胶的500ml瓶浸入23℃的恒温水浴中，然后根据B型粘度计的测量方法进行测量，测量粘度，测量结果见表3。
表3中所示的有效时间的判断标准如下：
○：以初始粘度为标准(100％)，8小时后的粘度变化在120％以下
△：以初始粘度为标准(100％)，8小时后的粘度变化超过120％
X：从刚制备完到8小时的期间凝胶化
着力测试
根据JIS Z 0237压敏胶带的测试方法，将压敏胶带在40℃的恒温器中放置3天或在60℃下放置1个月后，通过在胶带的背面上背衬25μm的PET膜，并在23℃的环境下，测量以180°的方向对粘附体SUS的剥离粘合力来测量粘着力。
定荷重试验
将压敏胶带在40℃的恒温器中放置3天或在60℃下放置1个月后，将压敏胶带的背面用25μm的PET膜背衬并切成20×50mm的尺寸以制备试验片。将该PET剥离膜从该试验片上剥离，粘接在SUS板上，在80℃的温度下以90°的方向挂1kg砝码，放置60min后测定剥离距离(mm)或测定落下的时间。
保持力测试
根据JIS Z 0237压敏胶带的测试方法，在压敏胶带的背面上背衬25μm的PET膜，贴合SUS钢板贴合面积为25×25mm，并且在80℃下挂1kg的砝码测定60min后的位移距离或落下的时间。
表3
Figure BDA0001932067550000081
从表3中我们可以看出，对比例2、3、4出现了凝胶化，由此我们可以判断，当采用的丙烯酸树脂浆具有高分子量的聚合物时采用环氧化间苯二甲胺EPALLOY GA-240作为交联剂，因其活性强导致制得的压敏胶的有效时间差，易产生凝胶化的现象，同时从表3中，我们可以看出，该压敏胶的粘度较低，从而有利于在涂布过程中，涂布均匀。
表4
Figure BDA0001932067550000082
Figure BDA0001932067550000091
从表4中我们可以看出，当采用环氧化间苯二甲胺(EPALLOY GA-240)和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)作为交联剂时，在经过40℃的恒温器中放置3天或在60℃下放置1个月后，其出现落下情况，因此，这里优选的交联剂为三缩水甘油基对氨基苯酚(jER603)、4,4'-二氨基二苯甲烷环氧树脂(jER604)、二缩水甘油基苯胺(GAN)。从上表中，我们还能看出，本发明的压敏胶在使用过程中，涂布厚度薄，从而大大减少了电子产品的厚度。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光固化压敏胶，其特征在于，所述压敏胶中包含以下组分：
1）丙烯酸树脂浆，所述丙烯酸树脂浆按照质量百分比计，包含15%~40%重量平均分子量为50万~200万的丙烯酸聚合物，所述丙烯酸树脂浆的原料包括具有1~18个碳原子的丙烯酸酯单体、含羧基单体、热引发剂以及链转移剂，所述的丙烯酸酯单体占单体总质量的70%~95%，所述的含羧基单体占单体总质量的5%~30%；所述的热引发剂的用量为单体总质量的0.01~0.03%，所述的链转移剂的用量为单体总质量的0.01%~0.03%，其中，所述的丙烯酸酯单体为丙烯酸异辛酯或丙烯酸异辛酯与丙烯酸丁酯的混合物，所述的含羧基单体为丙烯酸；
2）光引发剂，所述光引发剂的用量为所述丙烯酸树脂浆质量的0.08%~0.15%；
3）交联剂，所述交联剂中包括含苯胺结构的环氧交联剂，所述交联剂的用量为丙烯酸树脂浆质量的0.005%~3%，所述的环氧交联剂选自三缩水甘油基对氨基苯酚、4,4'- 二氨基二苯甲烷环氧树脂、二缩水甘油基苯胺中的一种。
2.根据权利要求1所述的光固化压敏胶，其特征在于，所述的丙烯酸树脂浆是按照以下步骤制备而成的：在带有回流冷凝器的四口烧瓶中加入所述的丙烯酸酯单体、含羧基单体、链转移剂，在氮气流下搅拌混合30min，而后加入热引发剂，在60℃温度条件下反应30min后得到所述的丙烯酸树脂浆。
3.根据权利要求1所述的光固化压敏胶，其特征在于，所述的丙烯酸树脂浆按照质量百分比计，包括15%~25%重量平均分子量为75万~150万的丙烯酸聚合物。
4.根据权利要求1所述的光固化压敏胶，其特征在于，所述交联剂的用量为丙烯酸树脂浆质量的0.05%~0.15%。
5.根据权利要求1所述的光固化压敏胶，其特征在于，所述的光引发剂的用量为所述丙烯酸树脂浆质量的0.1%~0.15%。
6.根据权利要求1所述的光固化压敏胶，其特征在于，所述的光引发剂为 2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的光固化压敏胶的应用，其特征在于，在两层PET剥离膜间涂覆一层所述的压敏胶，而后通过紫外光照射得到压敏胶制品，其中，紫外光照射两次，第一次在黑光灯下照射45s，辐射剂量为1mW·cm-2，第二次在黑光灯下照射180s，辐射剂量为3mW·cm-2。
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