適用於軟聚氯乙烯壓敏膠粘帶的水性底膠及其製造方法

2023-09-21 00:47:30 1

專利名稱：：適用於軟聚氯乙烯壓敏膠粘帶的水性底膠及其製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種新的水性底膠(亦稱水性底塗劑)及其製造方法。具體地說，本發明涉及一種在製作軟聚氯乙烯(SPVC)壓敏膠粘帶時能均勻地塗布在SPVC薄膜基材上並使隨後塗布上去的壓敏膠層與基材之間產生更強粘合力的水性底膠及其製造方法。
背景技術：
：以軟聚氯乙烯(SPVC)薄膜為基材的壓敏膠粘帶具有優良的機械性能(尤其是柔韌性和拉伸性)、阻燃性能、電絕緣性能、耐熱變形性能和加工應用性能等，因而在汽車、機械製造、儀器儀表和家電等領域廣泛應用於各種電氣元件和電線的絕緣包覆和綑紮。此外，SPVC壓敏膠粘帶還廣泛應用於標籤、廣告貼和保護等領域。SPVC壓敏膠粘帶是壓敏膠粘帶製品中較大的一類。目前，工業上SPVC膠粘帶製品大都是用溶劑型橡膠壓敏膠粘劑塗布於軟聚氯乙烯薄膜基材上經烘乾、成巻並分切製成的。為了提高壓敏膠與基材之間的粘合力(這種粘合力被稱為粘基力)、改善膠粘帶的壓敏粘合性能，幾乎所有的SPVC膠粘帶製品都採用在塗布壓敏膠之前先在SPVC基材上均勻地塗布一層特製的底膠(亦稱底塗劑)的生產工藝。將該底膠固化後可在SPVC基材表面獲得一層特殊的底塗層，以改善基材的表面性能，提升壓敏膠與基材的粘基力。目前，工業生產上使用於SPVC基材表面的底膠都是屬於溶劑型的不是特製的橡膠在有機溶劑中的溶液，就是通過在有機溶劑中進行聚合反應製得的特種烯類聚合物溶液。由於基材的底塗層通常都很薄(幹膠層厚度在0.53.0um)，要獲得均勻的塗層，底膠溶液的粘度必須很小，因而其固體含量一般都很低。所以，工業上目前使用於SPVC基材的底膠中都含有大量(高達90%)的有機溶劑(一般為甲苯、已烷等)。在底膠的生產、塗布和乾燥(固化)過程中這些有機溶劑揮發到空氣中，不僅造成資源浪費，更會引起嚴重的環境汙染，而且極微量的有機溶劑會很難避免地殘留在膠粘帶製品的膠層中，在膠粘帶使用過程中還會緩慢釋放出來從而汙染使用環境。因此，工業生產上極待用一種沒有或很少有環境汙染的底膠，替代目前普遍使用但環境汙染嚴重的溶劑型底膠來製造SPVC壓敏膠粘帶。既能滿足環保要求，又能降低生產成本。聚合物的乳液或水溶液以水為介質，在加工和使用過程中沒有或很少有環境汙染發生。因此，以水為介質的水性底膠應該是溶劑型底膠的很好替代品。然而，聚合物乳液或水溶液一般都具有較高的表面張力，在SPVC基材表面的潤溼性較差，用一般的塗布設備和塗布方法很難得到質量較高的均勻塗層，尤其是幹膠層厚度小於3.0um的很薄的底塗層。這就是為什麼工業上在製造SPVC壓敏膠粘帶時至今還只能採用環境汙染嚴重的溶劑型底膠的主要原因
發明內容本發明提供一種新的水性底膠及其製造方法。這種水性底膠對SPVC基材表面具有很好的潤溼性，能夠用一般的塗布設備和塗布方法將其塗布於SPVC基材表面並獲得很薄(幹膠層小於3.0um)的質量較高的均勻底塗層。該底塗層像溶劑型底塗層一樣，可以提高壓敏膠與SPVC基材之間的粘合力(粘基力)，改善SPVC壓敏膠粘帶的壓敏粘合性能。也就是說，本發明提供了一種新的沒有或很少有環境汙染的水性底膠，完全能夠在軟聚氯乙烯(SPVC)壓敏膠粘帶的工業製造中用以替代目前普遍使用的環境汙染嚴重的溶劑型底膠，在現有的生產設備上製造出各種合格的SPVC壓敏膠粘帶製品。本發明涉及的這種新的水性底膠，由一種專門合成的烯類共聚物乳液與一種或幾種橡膠膠乳和包括潤溼劑在內的多種助劑按一定比例共混配製而成。其中，各組分(按各自的固體重量計算)所佔的比例為烯類單體共聚物乳液佔10—80(wt.)%，最佳為30—65(wt.)%，橡膠膠乳佔10—70(wt.)%，最佳為23—54(wt.)%，助劑佔10—20(wt.)%，最佳為12—16(wt.)%。水性底膠中的烯類單體共聚物乳液由苯乙烯、甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯腈等硬單體，和丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸異辛酯、順丁烯二酸二丁酯、順丁烯二酸二異辛酯等軟單體，以及甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、馬來酸酐等功能單體，以去離子水為介質，採用工業上常用的半連續乳液聚合工藝進行乳液共聚合製得。烯類單體的配方以所得乳液共聚物的玻璃化溫度(Tg)在-10+40'C為好，在+525。C為最好。這種有較高Tg且分子極性較大的烯類共聚物組分，不僅為本發明的水性底膠貢獻了較大的內聚強度，而且在底膠的塗布和乾燥過程中能夠更多的附著在分子極性較大的軟聚氯乙烯基材表面(因為烯類共聚物極性分子與基材PVC極性分子之間有較大的親和力)，從而使底膠與基材的粘合力提高，而且芳秀族烯類，體的加入改善了底膠勺SPVC膜'I'的增塑劑的相溶性，避免了增塑劑的遷移對而膠性能的影響。水性底膠中的橡膠膠乳有市售的丁苯橡膠膠乳、天然橡膠膠乳、丁腈橡膠膠乳、氯丁橡膠膠乳以及它們的改性膠乳。這些具有較小分子極性的橡膠或改性橡膠組分，不僅為本發明的水性底膠提供了柔韌性，而且在底膠的塗布和乾燥過程中能夠更多地離開分子極性較大的軟聚氯乙烯基材表面而分布在底膠的表面層(因為極性較小的橡膠分子與極性較大的PVC分子之間的親和力較小)，使塗有底膠的PVC基材表面具有較多的非極性特徵，從而使塗在上面的非極性特徵較多的橡膠壓敏膠與基材表面有較好的親和性並產生較大的粘合力。這就是為什麼這種水性底膠也能像目前生產上普遍使用的溶劑型底膠一樣，顯著地提高SPVC壓敏膠粘帶的壓敏粘合性能尤其是壓敏膠的粘基力的主要原因。水性底膠中的助劑由潤溼劑、消泡劑、填料或顏料等數種。加入助劑主要是為了獲得好的塗布性能。潤溼劑是最重要的助劑，其主要作用是降低水性底膠的表面張力，改善水性底膠在SPVC基材表面的潤溼能力和塗布性能。本發明採用了高效潤溼劑，而且用量比普通聚合物乳液中常用量多；此外，本發明還採用了幾種潤溼劑混合使用。這樣就可以保證水性底膠即使採用一般的塗布設備和塗布方法，也能夠獲得足夠薄(幹膠層厚度小於3um)且質量較好的均勻塗層。本發明採用的潤溼劑都是一些起泡性相當低的高效表面活性劑，主要有磺酸基琥珀酸酯的鈉鹽(如北京德成工貿有限公司的RX-Ol、RhodiaCo.的ABO等)、垸基磺酸鈉(如BayerAG的K30)、脂肪酸縮合產物的鈉鹽(如LumitenCo.的I-AFK)以及1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、丙三醇等多元醇和乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、己醇、環己醇等。潤溼劑的用量為助劑總量的30-80(wt.)%，最佳用量為助劑總量的45-60(wt.)%。消泡劑的作用是防止水性底膠在配製過程中因攪拌或在使用(塗布)過程中因塗膠輥的滾動而可能產生的氣泡，使生產能夠順利進行。本發明採用的消泡劑有矽型和非矽型消泡劑，用量為助劑總量的5-20(wt.)%。在水性底膠中加入少量填料和顏料的主要目的是為了著色以標記各種產品，其次是為了降低成本。本發明採用下述一些常用的無機填料和顏料之一種或兩種二氧化鈦(鈦白粉)、氧化鋅、輕質碳酸鈣、氧化鐵、碳黑等，用量為助劑總量的0-65(wt.)%。本發明所述的水性底膠的製造方法包括下述兩個具體步驟(a)採用工業上常用的半連續乳液聚合工藝合成水性底膠的主要成分--種烯類共聚物乳液；(b)按配方比例將一種或幾種市售的橡膠膠乳以及數種助劑加入到上述烯類共聚物乳液中，共混配製成所需要的水性底膠。具體實施方法下面敘述本發明的一些具體實施例，但本發明並不限於這些實施例。實施例1烯類共聚物乳液的合成1.將苯乙烯(St.)40Kg，丙烯酸丁酯(BA)10Kg，丙烯酸異辛酯(2-EHA)40Kg，甲基丙烯酸甲酯(MMA)30Kg，丙烯酸(AA)1.5Kg和甲基丙烯酸(MAA)1.5Kg等烯類單體的混合物在攪拌下加入到溶解有適量緩衝劑碳酸氫鈉和乳化劑Co-436(一種RhodiaInc.的產品)的80Kg去離子水中，製得預乳化液。2.在500L反應釜中加入去離子水80Kg、碳酸氫鈉2.0Kg和Co-4360.8Kg，不斷攪拌下加熱升溫。待溫度升到78"C後加入引發劑過硫酸銨0.45Kg的水溶液。然後維持溫度在82-84'C勻速加入上述烯類單體的預乳化液，4h內加完。3.維持在83-85°。繼續攪拌反應lh，冷卻後過濾出料，即得可用於進一步配製水性底膠的烯類共聚物乳液，其固含量為30-33(wt.)%。水性底膠的配製在常溫不斷攪拌下，將市售的潤溼劑RX-012.2Kg和1，2-丙二醇6.5Kg、消泡劑DF8690.5Kg和輕質碳酸鈣8.OKg等助劑依次加入到上述製得的烯類共聚物乳液156Kg中，攪拌均勻後再加入市售的天然橡膠膠乳(固含量為50(wt.)%)72Kg，攪拌均勻後用去離子水稀釋至固含量30(wt.)%，即得所需之水性底膠。水性底膠的應用及其效果用目前的SPVC壓敏膠粘帶生產線上用以塗布溶劑型底膠的塗布設備和塗布方法，將上述所得之水性底膠塗布於0.15mm厚的SPVC薄膜基材上，烘乾後(幹膠層厚度為2um)觀察底膠膠層的塗布質量並立即塗上溶劑型橡膠壓敏膠(幹膠層總厚度為20um)，製成壓敏膠粘帶成品巻。在70'C環境中熟化8h後測試膠粘帶的各種性能按中國國家標準GB/T2792-1998測試膠粘帶的180°剝離強度；按中國國家標準GB/T4852-1984測試膠粘帶的初粘性能；按中國國家標準GB/T4850-1984測試膠粘帶的低速解巻強度；按中國國家標準GB/T8451-1998測試膠粘帶的持粘性能。上述壓敏膠粘帶製品的性能測試結果列於表l。實施例2在烯類共聚物乳液的合成中，烯類單體混合物的配方為麗A48Kg，乙酸乙烯酯(VAc)20Kg，BA32Kg，2-EHA18Kg，丙烯酸羥乙酯(HEA)3.OKg和丙烯酸(AA)2.0Kg。其餘皆同實施例l。在水性底膠的配製中，採用市售的天然橡膠膠乳(固含量50wt^)48Kg和市售的丁苯橡膠膠乳(固含量為50(wt.)%)25Kg，其餘皆同實施例1。用實施例1所述的方法製成SPVC電氣壓敏膠粘帶成品巻。進一步再用實施例1所述之方法和標準測試該壓敏膠粘帶製品的各種性能，測試結果列於表l。比較例1用實施例1所述之設備和方法，將本公司生產中常用的溶劑型底膠(底膠951，固含量10%)塗布於相同的SPVC薄膜基材上，烘乾後(千膠層總厚度20um)製成壓敏膠粘帶成品巻。用實施例l所述之方法和標準測試其各種性能，結果也列於表l。比較例2在水性底膠配製中採用潤溼劑RX-Oll.OKg和1，2-丙二醇1.5Kg，其餘皆間實施例l。觀察水性底膠的塗布質量並測試所製得的SPVC壓敏膠粘帶的各種性能，結果也列於表l。表1tableseeoriginaldocumentpage6注1)採用括塗塗布方式，底膠在SPVC基材上塗布後塗層均勻平整，無'開花'、氣泡、魚眼等缺陷者為"好"；塗層有明顯'開花'、氣泡、魚眼等缺陷者為"差"。2)膠粘帶對粘粘貼(即兩膠面相互粘貼)後快速拉開，重複三次後有少許脫膠現象；實施例l、2和比較例1無脫膠現象發生。權利要求1.一種在軟聚氯乙烯(SPVC)薄膜基材表面具有很好的潤溼性、能夠在現有的SPVC壓敏膠粘帶生產線上替代目前通用的溶劑型底膠的水性底膠及其製造方法，其特徵在於由一種專門合成的烯類共聚物乳液、一種或幾種橡膠膠乳以及包括潤溼劑在內的數種助劑按一定比例共混配製而成。2.如權利要求l所述的烯類共聚物乳液由苯乙烯、甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯腈等硬單體和丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯、順丁烯二酸二丁酯、順丁烯二酸二異辛酯等軟單體，以及甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、馬來酸酐等功能單體，以去離子水為介質，採用半連續乳液聚合工藝進行乳液共聚合製得；烯類單體的配方以所得乳液共聚物的玻璃化溫度(Tg)在一10+4(TC為好，在+525。C為最好；烯類共聚物乳液的用量範圍按固體重量計算為水性底膠的10—80(wt.)%，最佳為30—65(wt.)%。3.如權利要求1所述的橡膠膠乳有丁苯橡膠膠乳、天然橡膠膠乳、丁腈橡膠膠乳、氯丁膠乳以及它們的改性膠乳，其用量範圍按固體重量計算為水性底膠的10—70(wt.)%,最佳為23—54(wt.)%。4.如權利要求1所述的助劑有潤溼劑、消泡劑和填料等數種，其用量範圍按固體重量計算為水性底膠的10—20(wt.)%，最佳為12—16(wt.)%。5.如權利要求1所述的潤溼劑有磺酸基琥珀酸酯的鈉鹽、垸基磺酸鈉、酯肪酸縮合產物的鈉鹽、1,2—丙二醇、1,3—丙二醇、1,2—丁二醇、丙三醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、已醇、環已醇等，潤溼劑的用量範圍為助劑總量的30—80(wt.)%，最佳為助劑總量的45—60(wt.)%。全文摘要本發明涉及一種新的水性底膠，這種水性底膠在軟聚氯乙烯(SPVC)薄膜基材上有很好的潤溼能力和塗布性能、能夠在現行的塗布機生產線上用以替代溶劑型底膠製造SPVC壓敏膠粘帶。這種水性底膠由一種專門合成的烯類共聚物乳液與一種或幾種橡膠膠乳和包括潤溼劑在內的多種助劑按一定比例共混配製而成。文檔編號C09J7/02GK101376796SQ200810212268公開日2009年3月4日申請日期2008年9月8日優先權日2008年9月8日發明者曾憲家,楊玉昆,鳳王,王林青,金春明申請人:河北華夏實業有限公司