压敏胶的分类及应用

背景及概述^[1][2]

压敏胶（pressuresensitiveadhesive，PSA）是指粘结过程对压力敏感的胶粘剂，使用过程中采用指腹压力即可粘结被粘物表面，常用来制作标签、胶带和保护胶等。目前市场上主要有3类压敏胶粘剂：溶剂型、热熔型以及水基（乳液）型。最早的压敏胶是由天然橡胶和增粘树脂共溶在甲苯和庚烷中制得，将该压敏胶溶液涂布在纸或者绉纱上，即可制得胶带。上世纪60年代，出现了以苯乙烯类热塑性弹性体，如聚（苯乙烯-b-异戊二烯-b-苯乙烯）（SIS）或聚（苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯）（SBS）为主体，并与增粘树脂和矿物油加热共混制备的热熔压敏胶。其在使用时需加热熔融以具有流动性，而冷却固化后又能保证一定的内聚强度，其缺点为使用过程中耗能较高，且胶粘剂主体中往往含有双键，故耐热性不足，容易被氧化。上世纪70年代，低玻璃化温度的聚丙烯酸酯类，如聚丙烯酸丁酯等因玻璃化转变温度（Tg）较低，而赋予压敏胶固有粘性，不必额外添加增粘树脂，故常被用来制备溶液或者乳液型压敏胶。聚丙烯酸酯类乳液型压敏胶往往在高固含量下（40%～70%）仍能保持较低粘度，其涂膜成本较低，并且无需用到大量的有机溶剂，具有较高的环保性。近年来，随着EPA清洁空气法案对生产过程中挥发性有机化合物含量要求的提高，溶剂型压敏胶逐渐失去了市场，而水性压敏胶得到了快速发展，目前水性压敏胶已经占据了全球40%的市场份额。本工作将从化学产品工程的视角，对压敏胶的结构与性能关系的研究进展进行总结。

作用机理与性能指标^[1]

压敏胶对基材的粘结作用主要通过压敏胶与基材间的范德华力来实现的。范德华力是一种短程力，其作用力随距离的6次方快速衰减。要获得高强度的胶接界面，在界面处要能建立分子级的紧密接触，分子间距一般应小于0.5nm。固体表面通常无法达到1nm级别的平整，在胶粘过程中，几乎所有基材都应视为粗糙表面，而压敏胶的润湿和铺展，起填平峰谷的作用，使两个被粘物表面通过胶粘剂而增大接触面积，并达到产生分子作用力的0.5nm以下的近程距离。压敏胶的破坏主要有界面破坏和胶层破坏两种形式，其中界面破坏是由基材的“可粘性”差造成的，主要取决于胶粘剂与基材之间的粘附强度，而胶层破坏主要是由胶粘剂自身的内聚强度低所造成的。压敏胶的使用性能包括粘接性和脱粘性，通常用3个指标加以评价：初粘性、持粘性和剥离强度。初粘性是由压敏胶在较小压力下对基材产生快速“润湿”所形成的粘结强度，主要由链段的活动性所决定，只有当链段的活动性很强，能够与粗糙的基材表面形成良好润湿，并与基材分子达到分子级的接触，才能由分子间的相互作用力产生足够的胶结强度。持粘性是指胶接后，胶层受一定外力持续剪切作用下而被破坏的时间。由于持粘性测试中压敏胶发生的是内聚破坏（会留残胶），因此持粘性主要反映了胶层的内聚强度。剥离强度则是指将胶层从一个标准基材上以恒定的速率和角度剥离下来所需要的力。由于初粘性主要受链段活动性影响，而持粘性主要受内聚强度影响，因此，一般认为，配方中软单体，低分子量部分，以及宽的分子量分布的存在会提高胶粘剂的初粘性能，硬单体，交联支化等因素则会改善胶粘剂的持粘性能，而在剥离实验时，存在压敏胶剥离失效模式转变（界面破坏或内聚破坏），因此，需综合考虑这些因素对胶粘力和内聚强度的影响。

分类及应用^[3]

1.医用压敏胶

医用压敏胶在伤口处理，粘接生物医学装置（如心电图电极、脑电图电极和经皮的神经电刺激器等），将外科器械和制品贴到身体上（如结肠和回肠切开术器件、气管开口术管和电手术用接地垫等），透皮药物释放贴片，各类医用标签、医用包扎带、医用胶带等诸多方面均得到广泛应用。近几十年来，医用压敏胶种类有了快速的发展，丙烯酸酯类、水体胶类等新型医用压敏胶的不断涌现（其中丙烯酸酯类压敏胶研究和应用最常见），逐渐替代了传统的天然橡胶型（氧化锌橡皮膏）压敏胶。由于天然胶容易老化，贴敷后往往被人体表面及人体内部分泌的脂肪等所溶解，出现压敏胶向人体内部渗透、引起皮肤过敏和粘接力下降等现象；而新型压敏胶具有较好的性能，且无毒、无皮肤刺激、无致敏作用、透气及与药物有良好的相容性等，因而可多种途径用于药物控释，从而扩大了压敏胶的使用范围。

1）丙烯酸酯医用压敏胶

丙烯酸酯类压敏胶是丙烯酸酯、丙烯酸和其他功能性单体，以溶液聚合或乳液聚合的方式，自由基引发聚合得到的产物。与其他压敏胶相比，丙烯酸酯类压敏胶具有以下特点：几乎不用加防老剂便具有优异的耐候性和耐热性；无相分离和迁移现象，透明性好、耐油性佳；对皮肤无影响，适用于医用领域。丙烯酸酯类压敏胶按交联状态可分为交联型和非交联型；按形态又可分为乳液型、溶剂型、水溶胶型、再剥离型、辐射固化型和热熔型等6种。其中乳液型丙烯酸酯类压敏胶具有成本低、使用安全、无污染、聚合时间短等优点，是20世纪80年代以来发展最快的聚合物乳液胶粘剂。

2）水胶体医用压敏胶

水胶体应用在压敏胶中已经成为医用压敏胶的一个发展趋势，但是在使用中也存在一定的弊端。水胶体吸收水分以后，会造成橡胶基材体积的膨胀，凝聚力下降。同时，水胶体的加入会使压敏胶的硬度增加，不利于使用且影响舒适度。专利WO2013/020556中介绍，在橡胶基材中加入苯乙烯形成的二嵌段共聚物（分子质量34000～45000），可以提高剥离强度和粘性，又不会增加压敏胶的硬度。加大压敏胶中苯乙烯二嵌段的比例，使得压敏胶的粘合性能大大提高，同时，在皮肤的残留也大大减少。通过对国外水胶体压敏胶的发展历程研究发现，变化的趋势主要从橡胶组分和胶片结构方面进行改善。在橡胶组分上，从单一聚异丁烯逐渐变为苯乙烯热塑性弹性体，提高了胶片的内聚强度；在结构上，由1层结构变为2层结构，2层组分不同，功效不同，提高压敏胶使用效率。传统的压敏胶具有吸水性、透气性和透氧性差，和皮肤的相容性不好，在皮肤上长期使用时会出现积水现象损害皮肤组织。专利CN101432840介绍了一种新型的压敏胶，在原有成分的基础上，加入植物多糖和聚氨基酸改性纳米SiO作为改性剂，氨基酸上的2氨基会和SiO表面的羟基形成氢键，提高了稳2定性和分散性。聚氨基酸改性纳米SiO起到了2化学交联的作用，在结构上形成空间的立体网状，有效提高了压敏胶的聚合度。以此制得的压敏胶无致敏性、有较强的持粘性、无残留、吸水性和透气性都大大的提高。压敏胶在使用中一直保持和皮肤的接触，与皮肤的相容性好坏是衡量其作为皮肤屏障功能的因素之一。

2. 阻燃压敏胶

近年来，国内对于丙烯酸压敏胶需求量越来越大，而某些特殊领域对其阻燃性能要求严格。目前提高丙烯酸酯压敏胶的阻燃性大多是通过添加各种阻燃剂来实现。由于不同阻燃剂与丙烯酸酯压敏胶的相容性各异，产生的阻燃效果也会有很大不同。一般来说，压敏胶的压敏性等力学性能都会因为阻燃剂的加入而下降。为了改善阻燃剂在压敏胶中的分散性，增强其与压敏胶的相容性，可以对阻燃剂进行一些处理，常见的有超细化、表面活化以及微胶囊化等。单纯加入反应型阻燃单体可赋予丙烯酸酯压敏胶永久的阻燃性，但现有的大部分反应型阻燃剂却无法较大程度地提高压敏胶的阻燃性，还需要适量加入一些添加型的阻燃剂，2种或2种以上阻燃剂协效作用，可以在维持压敏胶的压敏性与阻燃性平衡的同时，有效提高阻燃性。尽管现有的反应型阻燃剂效用有限，但反应型丙烯酸酯压敏胶在各方面性能上仍然有很大的优势，阻燃型压敏胶巨大的市场也为其研究开发带来了很大的动力。环保、高效、低成本、工艺简单的反应型阻燃剂的开发有很大的发展前景。

3. 导电压敏胶

电子产业的高速发展带动了导电胶的进一步发展。简单的导电和粘接2项基本性能已经无法满足电子器件的要求了，还需要导电胶有更多优良性能。如能在低温或者室温下固化、避免高温焊接时的高温使材料变形或者电子器件的损坏、避免在导电胶粘接点信息传递的泄露或丢失等问题，同时保证能使用于多种电子器件。电子行业的蓬勃发展使导电胶已经成为一种不可或缺的新材料。导电胶种类较多，按照其结构可分为结构型和掺杂型2种。结构型导电胶是指材料本身结构中含有导电官能团，而掺杂型导电胶是指在粘合剂中添加具有导电性能的物

质。导电填料包括金属元素（如Au、Ag、Cu、Al、Fe、Zn和Ni等）和非金属元素（如炭黑、石墨和碳纳米管等）。丙烯酸酯压敏胶是目前常用的一种PSA，具有耐高低温性能良好、粘接强度大、应用范围广和性价比高等优点。目前，导电型丙烯酸酯PSA已成为该研究领域的热点之一。

4. 防腐压敏胶

防腐型压敏胶主要有环氧树脂类、氯化聚烯烃类、丙烯酸酯类、聚氨酯类和氟树脂类等几大品种，在实际应用中取得了较好的效果。防腐型压敏胶可作为管道外防护胶粘带用于埋地钢管、车间管道和架空管道等场合，也可用作为管道内的防腐。以100份（质量份，下同）国产SIS和SBS热塑弹性体为主体原料，配合增粘剂萜烯树脂100～120份、增塑剂环烷油40～60份、填料0～10份和防老剂1份等研制出热熔型压敏胶，用于聚乙烯防腐卷材与管道的粘接。该压敏胶粘接聚乙烯卷材的剥离强度达6.0N/cm，粘接不锈钢的剥离强度达9.0N/cm，既能保证与被保护材料的有效粘接，又解决了聚乙烯卷材反粘难解卷的问题。

主要参考资料

[1]压敏胶研究进展

[2]压敏胶的研究进展

[3]功能性压敏胶研究进展