摘要：研究了丙烯酸酯PSA（壓敏膠）乳液及本體表面張力對保護膜性能的影響，討論了固含量、乳化劑含量、消泡劑含量和共聚單體等因素對PSA乳液及本體表面張力的影響。結(jié)果表明：PSA乳液的表面張力過大時，其對基材的潤濕性較差，保護膜的表面質(zhì)量和耐高溫高濕老化性能變差；PSA本體表面張力對保護膜與被保護材料之間的粘接強度、初粘力有一定影響，當(dāng)PSA本體表面張力與被保護材料相近時，兩者間的粘接強度相對最大。

　　
　　關(guān)鍵詞：表面張力；丙烯酸酯；壓敏膠；乳液；保護膜
　　
　　中圖分類號：TQ436.3：TQ433.436文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1004－2849（2011）11－0026-04
　　
　　0·前言
　　
　　保護膜是一種具有表面保護功能的膜狀材料，也是壓敏膠（PSA）中最重要的產(chǎn)品之一。通常，保護膜是以聚烯烴塑料膜為基材，以橡膠或丙烯酸酯類聚合物為PSA的基體樹脂，經(jīng)涂布機加工制成的。
　　
　　在保護膜的加工和使用過程中PSA的表面張力對保護膜性能的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：①PSA乳液表面張力的影響。保護膜所用基材通常是表面張力較低的非極性[如聚乙烯（PE）等]塑料薄膜，當(dāng)PSA乳液表面張力過大時，其對基材表面的潤濕性較差，即其易在基材表面形成縮孔，故基材表面局部區(qū)域出現(xiàn)缺膠或膠層過厚等現(xiàn)象，導(dǎo)致PSA的粘接性能因施膠均勻性欠佳而變差。②PSA本體表面張力的影響。當(dāng)PSA本體表面張力過大時，其對基材的潤濕性較差，致使PSA與基材間的結(jié)合力變差，被保護材料表面易留下殘膠痕跡；另外，PSA本體表面張力也是影響其與被保護材料之間粘接強度的主要因素。
　　
　　因此，在PSA的研制過程中應(yīng)根據(jù)需要調(diào)整PSA的表面張力，使其滿足不同場合的使用要求。
　　
　　1·試驗部分
　　
　　1.1試驗原料
　　
　　丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）、丙烯酸（AA）、丙烯酸羥丙酯（HPA），工業(yè)級，北京東方化工廠；丙烯酸-2-乙基己酯（2-EHA），工業(yè)級，上海高橋石化公司；γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷（KH-570），工業(yè)級，山東萬達化工有限公司；氮丙啶，工業(yè)級，上海尤恩化工有限公司；乳化劑，自制；過硫酸銨（APS)，工業(yè)級，愛建德固賽（上海)有限公司；碳酸氫鈉（SCB)，工業(yè)級，湖北省雙環(huán)化工集團公司；氨水，分析純，廣東光華化學(xué)廠。
　　
　　1.2試驗儀器
　　
　　CZY-G型初粘力測試儀、BLD-200S型電子剝離試驗機，濟南蘭光機電技術(shù)發(fā)展中心；JYW-200A型全自動界面張力儀，承德普惠檢測設(shè)備制造有限責(zé)任公司；JTH-80P型恒溫恒濕試驗機，上海簡戶儀器設(shè)備有限公司。
　　
　　1.3試驗制備
　　
　　1.3.1預(yù)乳化液的制備
　　
　　在預(yù)乳化器中加入一定量的去離子水、乳化劑和引發(fā)劑（APS），攪拌均勻后加入全部單體混合液，乳化15 min即可。
　　
　　1.3.2保護膜用PSA乳液的合成
　　
　　將一定量的去離子水、乳化劑、引發(fā)劑和緩沖劑（SCB）等加入到帶有冷凝器、溫度計和恒壓滴液漏斗的反應(yīng)器中，邊攪拌邊升溫至80～86℃；然后滴加預(yù)乳化液（3 h內(nèi)滴畢），保溫0.5 h；補加少量引發(fā)劑（以消除殘余單體），再保溫2 h；結(jié)束反應(yīng)，冷卻至室溫，加入適量氨水即可。
　　
　　1.3.3保護膜的制作
　　
　　將PSA乳液和適量交聯(lián)劑（氮丙啶）充分混合后，均勻涂布在PE薄膜上，制成干膠厚度為8μm的保護膜膠帶；室溫放置3 d后，測定其相關(guān)性能。
　　
　　1.4測試與表征
　　
　?。?）初粘力：按照GB/T 4852—2002（方法A）標(biāo)準(zhǔn)，采用初粘力測試儀進行測定。
　　
　?。?）180°剝離強度：按照GB/T 2792—1998標(biāo)準(zhǔn)進行測定（剝離速率為300 mm/min）。
　　
　?。?）耐高溫高濕老化性能：將PSA保護膜貼于鋁塑板上，然后將其在65℃、80%RH恒溫恒濕試驗機中處理72 h；室溫靜置30 min后快速剝離，檢測鋁塑板上是否留有殘膠痕跡。
　　
　?。?）液體表面張力：按照GB/T 5549—1990標(biāo)準(zhǔn)，采用全自動界面張力儀進行測定進行。
　　
　?。?）固含量：按照GB/T 2793—1995標(biāo)準(zhǔn)測定。
　　
　　2·結(jié)果與討論
　　
　　2.1 PSA乳液表面張力對涂布性能的影響
　　
　　在其他條件保持不變的前提下，將不同PSA乳液涂布在PE薄膜（表面張力39.0 mN/m）上，則PSA乳液表面張力對涂布性能的影響如表1所示。
　　
　　由表1可知：PSA乳液對基材（PE薄膜）的潤濕性隨乳液表面張力增加而變差；當(dāng)PSA乳液的表面張力低于基材時，其對基材的潤濕性較好；當(dāng)PSA乳液的表面張力超過基材時，其對基材的浸潤性較差，表現(xiàn)為PSA乳液在基材表面形成縮孔，造成基材表面膠層厚度不均勻，從而嚴(yán)重影響了PSA保護膜的外觀質(zhì)量和粘接性能。
　　
　　2.2乳液表面張力對保護膜耐老化性能的影響
　　
　　在其他條件保持不變的前提下，PSA乳液的表面張力對保護膜耐老化性能的影響如表2所示。由表2可知：PSA保護膜的耐高溫高濕老化性能隨PSA乳液表面張力增加而變差；當(dāng)PSA乳液的表面張力低于基材時，PSA保護膜的耐高溫高濕老化性能相對較好；當(dāng)PSA乳液的表面張力高于基材時，PSA保護膜的耐高溫高濕老化性能相對較差（出現(xiàn)掉膠現(xiàn)象）。
　　
　　這是由于PSA乳液表面張力較小時，其對基材的潤濕性較好（即PSA與基材間的結(jié)合力較大），故保護膜剝離后，被保護材料表面不會出現(xiàn)殘膠痕跡；反之，當(dāng)PSA乳液表面張力較大時，其對基材的潤濕性較差（即PSA與基材間的結(jié)合力較?。?，同時PSA乳液易在基材表面形成縮孔（使基材局部膠層過厚），故保護膜被剝離后，被保護材料表面易出現(xiàn)殘膠痕跡。
　　
　　2.3 PSA本體表面張力對基材粘接性能的影響
　　
　　PSA本體表面張力是指PSA乳液經(jīng)烘干后，丙烯酸酯聚合物黏彈體本身的表面張力。PSA與被保護材料表面的粘接機制主要以潤濕性為主[1]，因此PSA本體的表面張力對粘接強度、初粘力等影響較大。在其他條件保持不變的前提下[將不同PSA保護膜粘貼在不銹鋼板（表面張力30.0 mN/m）上]，則PSA本體的表面張力對保護膜剝離強度和初粘力的影響如表3所示。同一保護膜與不同被保護材料之間剝離強度的關(guān)系如表4所示，不同PSA本體表面張力與同一被保護材料之間剝離強度的關(guān)系如圖1所示。
　　
　　由表3可知：在測試條件范圍內(nèi)，隨著PSA本體表面張力的不斷降低，保護膜與不銹鋼板之間的剝離強度和初粘力均逐漸增大。這是由于根據(jù)潤濕、黏合功理論，聚合物表面張力越低，PSA對不銹鋼表面的潤濕越充分、潤濕速率越快，故兩者間的粘接強度（包括剝離強度和初粘力）也就越大。
　　
　　由表4可知：對同一PSA而言，隨著被保護材料表面張力的增加，兩者間的剝離強度呈先升后降態(tài)勢。這是由于PSA對被保護材料的表面潤濕性與兩者表面張力有關(guān)，當(dāng)被保護材料的表面張力大于PSA本體表面張力時，兩者間的剝離強度相對較大；當(dāng)被保護材料的臨界表面張力接近PSA時，兩者間的剝離強度趨于最大值。
　　
　　由圖1可知：當(dāng)PSA本體表面張力較大時，保護膜對被保護材料的剝離強度增幅也相對較大（這是由于PSA本體表面張力越大，其潤濕被保護材料表面并達到熱力學(xué)上的平衡需要一定時間[1]，即潤濕程度隨放置時間延長而增大，故兩者間的界面黏合力逐漸上升，相應(yīng)的剝離強度增幅也就越來越大）；當(dāng)PSA本體表面張力較小時，PSA對被保護材料的潤濕速率較快，兩者間的剝離強度很快達到平衡，故剝離強度增幅隨放置時間延長而趨于穩(wěn)定。
　　
　　2.4不同因素對PSA乳液及本體表面張力的影響
　　
　　2.4.1乳液固含量和乳化劑的影響
　　
　　在其他條件保持不變的前提下，乳液固含量、乳化劑含量（相對于乳液總質(zhì)量而言）對PSA乳液表面張力的影響如圖2、圖3所示。
　　
　　由圖2可知：PSA乳液的表面張力隨乳液固含量增加而降低。這是由于PSA乳液中固體成分主要是乳化劑和丙烯酸酯聚合物，兩者表面能均低于水，故乳液固含量越高表面張力也就越低。
　　
　　由圖3可知：PSA乳液的表面張力隨乳化劑含量增加而降低。這是由于PSA乳液中溶劑水的表面張力相對較高，而乳化劑能顯著降低水的表面張力[2]。
　　
　　2.4.2消泡劑含量的影響
　　
　　乳化劑在顯著降低乳液表面張力的同時使體系產(chǎn)生大量氣泡[3]，從而影響了PSA乳液的涂布及后序操作。為滿足PSA乳液的涂布工藝要求，需加入適量的消泡劑。在其他條件保持不變的前提下，不同消泡劑含量對PSA乳液表面張力的影響如表5所示。由表5可知：隨著消泡劑含量的不斷增加，PSA乳液的表面張力降低，但PSA的潤濕性和耐高溫高濕老化性能變差。
　　
　　這是由于消泡劑雖能降低PSA乳液的表面張力，但消泡劑與PSA乳液的相容性較差（分散不均勻），故消泡劑含量越多，這些與體系不相容的消泡劑液滴在PSA乳液涂布過程中易形成低表面張力點（即消泡劑與周圍PSA乳液之間會產(chǎn)生表面張力梯度）；另外，表面張力較高的濕膜因不能潤濕這些張力點而造成縮孔，故PSA的耐高溫高濕老化性能變差。
　　
　　2.4.3單體種類的影響
　　
　　影響丙烯酸酯PSA本體表面張力的主要因素是合成PSA基體樹脂的各種丙烯酸酯單體。在其他條件保持不變的前提下，不同單體對PSA本體表面張力的影響如表6所示[3]。
　　
　　由表6可知：PSA本體表面張力因單體種類不同而異，并且單體種類和含量對最終PSA性能的影響較大。另外，在丙烯酸酯單體中加入一定量的有機硅單體（如KH-570等）能顯著降低PSA的本體表面張力[4]。因此，PSA合成過程中應(yīng)根據(jù)實際需要選擇適當(dāng)?shù)谋┧狨误w，以得到綜合性能最優(yōu)的PSA產(chǎn)品。
　　
　　3·結(jié)語
　　
　　（1）PSA乳液的表面張力對涂布操作性能影響較大。PSA乳液表面張力大于基材時，其對基材的潤濕性較差，PSA保護膜的表面質(zhì)量和耐高溫高濕老化性能變差。
　　
　　（2）PSA本體表面張力對保護膜與被保護材料之間的粘接強度、初粘力等影響較大。當(dāng)PSA本體表面張力接近于被保護材料時，保護膜與被保護材料之間的粘接強度相對最大。影響PSA本體表面張力的主要因素是各種共聚單體。
　　
　?。?）PSA乳液中固含量、乳化劑含量、消泡劑含量和共聚單體等都是影響PSA乳液表面張力的主要因素，也是影響PSA保護膜最終性能的重要因素，楷膜保護膜4006666322，各種保護膜一站式配齊。