CN111876101B - 一种导电海绵及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压敏胶技术领域，具体涉及一种导电海绵及其制备方法和应用，导电海绵包括如下原料：丙烯酸酯共聚物、活性单体、增粘树脂、发泡剂、光引发剂和第一热引发剂；本发明的压敏胶为光热固化压敏胶，光固化的特性在于越容易被照射到的区域越容易反应，没有照射到的阴影区域不反应，因此利用光固化的特性并通过控制固化条件使得压敏胶的表面先行固化，具备一定的硬度后在进行热固化，热固化的同时进行发泡，使得在压敏胶内部形成气泡，从而制得内部具有海绵结构、表面具有完整粘结面的压敏胶，兼具导电、弹性和粘性的功能。

Description

一种导电海绵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，具体涉及一种导电海绵及其制备方法和应用。
背景技术
泡棉胶带是以EVA或者是PE泡棉为基材在其一面或两面涂以溶剂型(或热熔型)压敏胶再复以离型纸制造而成。具有密封、减震的作用。具有出色的密封性、抗压缩变形性、阻燃性、浸润性等。产品广泛应用于电子电器产品、机械零部件、各类小家电、手机配件、工业仪表、电脑及周边设备、汽车配件、影音器材、玩具、化妆品等。
而泡棉基体本身就占据了较大的厚度，一般在150μm以上，并且也容易出现与压敏胶粘结不牢的问题，从而在自动取料过程中，容易发生脱料现象。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种导电海绵及其制备方法和应用，该导电海绵结合了泡棉的弹性以及压敏的粘性；本发明的另一目的在于提供该导电海绵的制备方法，先通过UV表面固化使表面固化，避免发泡在表面产生通孔而降低粘性，而后通过热固化发泡形成导电海绵；本发明的另一目的在于提供该导电海绵的应用，取代传统的泡棉胶带应用于手机前壳辅料的粘结上。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种导电海绵，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002588717930000011
Figure BDA0002588717930000021
所述丙烯酸酯共聚物由如下原料制得：
Figure BDA0002588717930000022
本发明的导电海绵需要实现3种功能：导电、弹性以及粘性。这三种功能的结合存在许多需要克服的技术难点：首先发泡会导致压敏胶的表面产生空洞，大大地降低了粘性，不能满足使用的需求；其次，导电颗粒常为无机颗粒，导电颗粒的加入增强材料的脆性，发泡过程中容易发生龟裂的现象，而且导电颗粒也往往会附着在泡壁上，随着发泡的胀大以及固化的树脂收缩，会导致导电颗粒掉落，从而难以形成导电通路。
在本发明中，首先纳米导电炭黑是在丙烯酸酯共聚物的形成过程中加入的，而发泡剂是在丙烯酸酯共聚物和活性单体固化交联的过程中加入的，因此对二者可以起到一定的分隔作用，气泡更多地形成于丙烯酸酯共聚物和活性单体桥架结构中，而纳米导电炭黑通过表面羟基与丙烯酸单体的键合，结合在丙烯酸酯共聚物的主体结构中，从而既避免了导电颗粒附着在泡壁上的现象，也利于导电颗粒形成导电通路，提高压敏胶的导电性能；而后，本发明的压敏胶为光热固化压敏胶，光固化的特性在于越容易被照射到的区域越容易反应，没有照射到的阴影区域不反应，因此利用光固化的特性并通过控制固化条件使得压敏胶的表面先行固化，具备一定的硬度后在进行热固化，热固化的同时进行发泡，使得在压敏胶内部形成气泡，从而制得内部具有海绵结构、表面具有完整粘结面的压敏胶，兼具导电、弹性和粘性的功能。
其中，所述活性单体由丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸丁酯按重量比10-20:20-30:50-70的比例组成。
本发明优选的活性单体组合中，利用丙烯酸异辛酯分子链较为柔顺的性质，可以提高压敏胶的润湿能力，从而提高压敏胶的剥离强度；甲基丙烯酸缩水甘油酯的加入可以提高热固化的速度，并且进一步地提升压敏胶的柔韧性，从而利于内部均匀气泡的形成；而加入少量的丙烯酸丁酯可以提高压敏胶的内聚力，从而提高压敏胶的持粘能力。本发明通过丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸丁酯的合理用量复配，取长补短，均衡地提升了压敏胶层的发泡程度、剥离强度和持粘能力。
其中，所述增粘树脂为萜烯-酚醛树脂。增粘树脂的加入可以提高压敏胶的润湿能力，从而提高压敏胶的剥离强度；但是不合适的增粘树脂对丙烯酸酯的交联结构也是破坏性较大的，本发明优选的萜烯-酚醛树脂对本发明的丙烯酸酯UV固化阻碍作用较低，由于对共聚物的内聚破坏较轻，因此对压敏胶层剥离强度的影响整体是提升的。
其中，所述发泡剂为碳酸氢钠。碳酸氢钠在50℃时就开始分解，虽然其在100℃以上才能达到分解峰值，但是本发明可以通过延长热固化的时间使其在80-90℃的固化温度下完成分解，并且也可以将其分解的水分通过发泡形成的气孔蒸发排出。
其中，所述光引发剂为907光引发剂、1173光引发剂和TPO光引发剂中的至少一种。优选地，所述光引发剂由907光引发剂、1173光引发剂和TPO光引发剂按重量比1:1:1的比例组成，UV表面固化效率较快。
其中，所述第一热引发剂为BPO或/和LPO，所述第二热引发剂为BPO或/和LPO。BPO在80℃的1/2分解时间为5h，LPO在79℃的1/2分解时间为1h，为了避免丙烯酸酯共聚物过度聚合，不宜采用分解温度较低的LPO，因此第二热引发剂优选为BPO；本发明的固化温度为80-90℃，通过加入适量的LPO可以较为明显的加快热固化效率，使得发泡到一定大小的时候孔壁可以具有一定的强度，经过实践，第一热引发剂优选由BPO和LPO按重量比3:1的比例组成。
其中，所述纳米导电炭黑的粒径为20-30nm。纳米导电炭黑的粒径低于20nm，表面能过大容易使其团聚沉降，不利于纳米导电炭黑的分散；粒径高于30nm，纳米导电炭黑的连接效率较低，形成导电通路的难度较高。
其中，所述丙烯酸酯共聚物的制备方法为：将7.5-12.5重量份的丙烯酸丁酯、3-5重量份的丙烯酸甲酯、10-20重量份的纳米导电炭黑和0.05-0.1重量份的第二热引发剂进行混合，加热至65-75℃，反应1-2h，然后逐渐滴加7.5-12.5重量份的丙烯酸丁酯、3-5重量份的丙烯酸甲酯、1-3重量份的丙烯酸和0.05-0.1重量份的第二热引发剂，滴加过程持续1-1.4h，接着继续反应2-3h，即得到所述的丙烯酸共聚物。
如上所述的一种导电海绵的制备方法包括如下步骤：将丙烯酸共聚物、活性单体、增粘树脂、发泡剂、光引发剂和第一热引发剂按重量份数进行混合后，涂布在离型膜的表面，然后进行UV表面固化，UV表面固化的光照能量为400-500mJ/cm2，固化时间为30-60s，最后转移至热固化炉中进行热固化，热固化的温度为80-90℃，固化时间为2-3h，即得到所述的导电海绵。
如上所述的一种导电海绵的应用：在手机前壳辅料粘结上的应用。
本发明的有益效果在于：在本发明中，首先纳米导电炭黑是在丙烯酸酯共聚物的形成过程中加入的，而发泡剂是在丙烯酸酯共聚物和活性单体固化交联的过程中加入的，因此对二者可以起到一定的分隔作用，气泡更多地形成于丙烯酸酯共聚物和活性单体桥架结构中，而纳米导电炭黑通过表面羟基与丙烯酸单体的键合，结合在丙烯酸酯共聚物的主体结构中，从而既避免了导电颗粒附着在泡壁上的现象，也利于导电颗粒形成导电通路，提高压敏胶的导电性能；而后，本发明的压敏胶为光热固化压敏胶，光固化的特性在于越容易被照射到的区域越容易反应，没有照射到的阴影区域不反应，因此利用光固化的特性并通过控制固化条件使得压敏胶的表面先行固化，具备一定的硬度后在进行热固化，热固化的同时进行发泡，使得在压敏胶内部形成气泡，从而制得内部具有海绵结构、表面具有完整粘结面的压敏胶，兼具导电、弹性和粘性的功能。。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种导电海绵，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002588717930000051
所述丙烯酸酯共聚物由如下原料制得：
Figure BDA0002588717930000052
其中，所述活性单体由丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸丁酯按重量比15:25:60的比例组成。
其中，所述增粘树脂为萜烯-酚醛树脂。
其中，所述发泡剂为碳酸氢钠。
其中，所述光引发剂由907光引发剂、1173光引发剂和TPO光引发剂按重量比1:1:1的比例组成。
其中，第二热引发剂为BPO；第一热引发剂由BPO和LPO按重量比3:1的比例组成。
其中，所述纳米导电炭黑的粒径为25nm。
其中，所述丙烯酸酯共聚物的制备方法为：将10重量份的丙烯酸丁酯、4重量份的丙烯酸甲酯、15重量份的纳米导电炭黑和0.075重量份的第二热引发剂进行混合，加热至70℃，反应1.5h，然后逐渐滴加10重量份的丙烯酸丁酯、4重量份的丙烯酸甲酯、2重量份的丙烯酸和0.075重量份的第二热引发剂，滴加过程持续1.2h，接着继续反应2.5h，即得到所述的丙烯酸共聚物。
如上所述的一种导电海绵的制备方法包括如下步骤：将丙烯酸共聚物、活性单体、增粘树脂、发泡剂、光引发剂和第一热引发剂按重量份数进行混合后，涂布在离型膜的表面，然后进行UV表面固化，UV表面固化的光照能量为450mJ/cm2，固化时间为45s，最后转移至热固化炉中进行热固化，热固化的温度为85℃，固化时间为2.5h，即得到所述的导电海绵。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：
第一热引发剂由BPO和LPO按重量比1:1的比例组成。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：
第一热引发剂为BPO。
实施例4
一种导电海绵，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002588717930000061
Figure BDA0002588717930000071
所述丙烯酸酯共聚物由如下原料制得：
Figure BDA0002588717930000072
其中，所述活性单体由丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸丁酯按重量比10:20:70的比例组成。
其中，所述增粘树脂为萜烯-酚醛树脂。
其中，所述发泡剂为碳酸氢钠。
其中，所述光引发剂为907光引发剂。
其中，所述第一热引发剂由BPO和LPO按重量比3:1的比例组成，所述第二热引发剂为LPO。
其中，所述纳米导电炭黑的粒径为20-30nm。
其中，所述丙烯酸酯共聚物的制备方法为：将7.5重量份的丙烯酸丁酯、3重量份的丙烯酸甲酯、10重量份的纳米导电炭黑和0.05重量份的第二热引发剂进行混合，加热至65℃，反应1h，然后逐渐滴加7.5重量份的丙烯酸丁酯、3重量份的丙烯酸甲酯、1重量份的丙烯酸和0.05重量份的第二热引发剂，滴加过程持续1h，接着继续反应2h，即得到所述的丙烯酸共聚物。
如上所述的一种导电海绵的制备方法包括如下步骤：将丙烯酸共聚物、活性单体、增粘树脂、发泡剂、光引发剂和第一热引发剂按重量份数进行混合后，涂布在离型膜的表面，然后进行UV表面固化，UV表面固化的光照能量为400mJ/cm2，固化时间为30s，最后转移至热固化炉中进行热固化，热固化的温度为80℃，固化时间为2h，即得到所述的导电海绵。
实施例5
一种导电海绵，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002588717930000081
所述丙烯酸酯共聚物由如下原料制得：
Figure BDA0002588717930000082
其中，所述活性单体由丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸丁酯按重量比20:30:50的比例组成。
其中，所述增粘树脂为萜烯-酚醛树脂。
其中，所述发泡剂为碳酸氢钠。
其中，所述光引发剂为1173光引发剂和。
其中，第二热引发剂为BPO；第一热引发剂由BPO和LPO按重量比3:1的比例组成。
其中，所述纳米导电炭黑的粒径为30nm。
其中，所述丙烯酸酯共聚物的制备方法为：将12.5重量份的丙烯酸丁酯、5重量份的丙烯酸甲酯、20重量份的纳米导电炭黑和0.1重量份的第二热引发剂进行混合，加热至75℃，反应2h，然后逐渐滴加12.5重量份的丙烯酸丁酯、5重量份的丙烯酸甲酯、3重量份的丙烯酸和0.1重量份的第二热引发剂，滴加过程持续1.4h，接着继续反应3h，即得到所述的丙烯酸共聚物。
如上所述的一种导电海绵的制备方法包括如下步骤：将丙烯酸共聚物、活性单体、增粘树脂、发泡剂、光引发剂和第一热引发剂按重量份数进行混合后，涂布在离型膜的表面，然后进行UV表面固化，UV表面固化的光照能量为500mJ/cm2，固化时间为60s，最后转移至热固化炉中进行热固化，热固化的温度为90℃，固化时间为3h，即得到所述的导电海绵。
对比例1
一种导电海绵，包括如下重量份的原料：
Figure BDA0002588717930000091
所述丙烯酸酯共聚物由如下原料制得：
Figure BDA0002588717930000092
其中，所述活性单体由丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸丁酯按重量比15:25:60的比例组成。
其中，所述增粘树脂为萜烯-酚醛树脂。
其中，所述发泡剂为碳酸氢钠。
其中，第二热引发剂为BPO；第一热引发剂由BPO和LPO按重量比3:1的比例组成。
其中，所述纳米导电炭黑的粒径为25nm。
其中，所述丙烯酸酯共聚物的制备方法为：将10重量份的丙烯酸丁酯、4重量份的丙烯酸甲酯、15重量份的纳米导电炭黑和0.075重量份的第二热引发剂进行混合，加热至70℃，反应1.5h，然后逐渐滴加10重量份的丙烯酸丁酯、4重量份的丙烯酸甲酯、2重量份的丙烯酸和0.075重量份的第二热引发剂，滴加过程持续1.2h，接着继续反应2.5h，即得到所述的丙烯酸共聚物。
如上所述的一种导电海绵的制备方法包括如下步骤：将丙烯酸共聚物、活性单体、增粘树脂、发泡剂和第一热引发剂按重量份数进行混合后，涂布在离型膜的表面，转移至热固化炉中进行热固化，热固化的温度为85℃，固化时间为2.5h，即得到所述的导电海绵。
按照GB/T 7125-2014、GB/T4852-2002、GB/T4851-2014(垂直标准钢板)、GB/T2792-2014以及ASTM D 3574-11对实施例1-3和对比例1的导电海绵分别进行厚度、初粘性、持粘性、180°剥离强度以及回弹性进行性能测试，测试结果如下表：
Figure BDA0002588717930000101
Figure BDA0002588717930000111
由实施例1-3对比可知，当LPO过量时(实施例2)，前期热固化效率明显过快，导致发泡时共聚物结构强度比较高，减小发泡程度，因此在回弹性上明显降低，而固化作用的收缩更为明显，因此厚度也明显下降，与其同时，压敏胶的结构保持高度的完整性，因此粘结性能具有明显的提升；当LPO少量或无加入时(实施例3)，前期热固化效率明显过慢，导致发泡时共聚物结构强度比较低，过度发泡导致内部结构过于膨胀，甚至破坏了粘结面的结构，因此在回弹性和厚度明显提升，但是粘结性能还是明显地下降了。
由实施例1和对比例1的对比可知，由于对比例1在热固化前没有进行UV表面固化，因此表面结构容易在发泡过程遭到破坏，在粘结性能的表现上是明显的下降了，同时，没有进行UV固化也相当于固化速度是相对发泡速度变慢的，因此在厚度和回弹性都会有少许的提升。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种导电海绵的制备方法，其特征在于：将丙烯酸酯共聚物、活性单体、增粘树脂、发泡剂、光引发剂和第一热引发剂按重量份数进行混合后，涂布在离型膜的表面，然后进行UV表面固化，UV表面固化的光照能量为400-500mJ/cm2，固化时间为30-60s，最后转移至热固化炉中进行热固化，热固化的温度为80-90℃，固化时间为2-3h，即得到所述的导电海绵；
所述导电海绵包括如下重量份的原料：
丙烯酸酯共聚物 20-40份
活性单体 60-80份
增粘树脂 6-8份
发泡剂 6-12份
光引发剂 1-2份
第一热引发剂 1-2份 ；
所述丙烯酸酯共聚物由如下重量份的原料制得：
丙烯酸丁酯 15-25份
丙烯酸甲酯 6-10份
丙烯酸 2-4份
纳米导电炭黑 10-20份
第二热引发剂 0.1-0.2份；
所述活性单体由丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸丁酯按重量比10-20:20-30:50-70的比例组成；
所述丙烯酸酯共聚物的制备方法为：将7.5-12.5重量份的丙烯酸丁酯、3-5重量份的丙烯酸甲酯、10-20重量份的纳米导电炭黑和0.05-0.1重量份的第二热引发剂进行混合，加热至65-75℃，反应1-2h，然后逐渐滴加7.5-12.5重量份的丙烯酸丁酯、3-5重量份的丙烯酸甲酯、2-4重量份的丙烯酸和0.05-0.1重量份的第二热引发剂，滴加过程持续1-1.4h，接着继续反应2-3h，即得到所述的丙烯酸酯共聚物；
所述第一热引发剂由BPO和LPO按重量比3:1的比例组成；所述第二热引发剂为BPO。
2.根据权利要求1所述的一种导电海绵的制备方法，其特征在于：所述增粘树脂为萜烯-酚醛树脂。
3.根据权利要求1所述的一种导电海绵的制备方法，其特征在于：所述发泡剂为碳酸氢钠。
4.根据权利要求1所述的一种导电海绵的制备方法，其特征在于：所述光引发剂为907光引发剂、1173光引发剂和TPO光引发剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种导电海绵的制备方法，其特征在于：所述纳米导电炭黑的粒径为20-30nm。
6.一种导电海绵的应用，其特征在于：权利要求1-5任意一项所述的导电海绵的制备方法制得的导电海绵在手机前壳辅料粘结上的应用。
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