有机硅压敏胶的性能及影响因素

李坚辉，张绪刚，薛 刚，王 磊，赵 明，李奇力，张 斌*

（黑龙江省科学院 石油化学研究院,黑龙江 哈尔滨150040）

前 言

有机硅压敏胶一般由硅橡胶、MQ硅树脂、交联剂、溶剂以及其它添加剂组成,具有优异的电气性能、耐化学性、耐湿性和耐候性等，可在-73～260℃的范围内使用[1～4]。它还能粘接多种难粘材料，如未经表面处理的聚烯烃、氟塑料、聚酰亚胺及聚碳酸酯等，是一种应用广泛的优质压敏胶[5]。

有机硅压敏胶中硅橡胶是基本组分；MQ硅树脂是高度枝化的有机硅氧烷，具有增黏补强的作用。硅橡胶与MQ硅树脂的配比、缩合、交联剂的加入量和交联工艺等均影响压敏胶的性能。本文对以上几个因素展开研究，制得了一种性能优异的有机硅压敏胶。

1 实验部分

1.1 主要原料

MQ硅树脂系列：工业级，山东大易硅树脂有限公司；110硅橡胶系列：工业级，南京东爵有机硅集团有限公司；BPO∶分析纯，上海山浦化工有限公司；二丁基二月桂酸锡∶分析纯，上海化学试剂有限公司。

1.2 有机硅压敏胶带的制备

将MQ硅树脂与硅橡胶按比例混合，加入缩合催化剂，在一定温度下缩合反应一定时间，然后加入溶剂调成稀胶液，最后向胶液中加入交联剂，即制得压敏胶液。将胶液涂布在BOPP薄膜上，待挥发净溶剂后，一定温度下交联一定时间，得到有机硅压敏胶带。

1.3 性能测试

按 GB4825-84 要求测试初黏力；按GB2792-1998要求测试25℃下的180°剥离强度；按GB4851-1998要求测试25℃和150℃持黏性。

2 结果与讨论

2.1 硅树脂与硅橡胶配比对压敏胶性能的影响

压敏胶中硅橡胶的主要作用是提供内聚力，MQ树脂在压敏胶中起到增黏树脂的作用。本文选用了MQ-1硅树脂和110-2-1硅橡胶，调节硅树脂与硅橡胶的比例，制得一系列压敏胶，并通过初黏力、持黏力与剥离力测试确定硅树脂与硅橡胶的最佳配比。结果如表1所示。

表1 MQ 硅树脂/硅橡胶对压敏胶力学性能的影响Table 1 Effect of MQ silicone resin/silicone rubber on mechanical properties of PSA

由表1可知，在一定范围内，随着硅树脂量的增加压敏胶的破坏形式由内聚破坏转为界面破坏。初黏力和持黏力都随着MQ硅树脂的增加先增大后减小，剥离强度则呈现逐渐增大的趋势。当硅树脂与硅橡胶的比例为1∶1时，压敏胶的持黏力和初黏力达到最大值，180°剥离强度也较高。因此研究中选择硅树脂与硅橡胶的比例为1∶1。

2.2 硅橡胶相对分子质量对压敏胶性能的影响

有机硅压敏胶采用的硅橡胶通常为甲基硅橡胶，有时也采用甲基乙烯基硅橡胶和苯基硅橡胶。硅橡胶的相对分子质量越小，压敏胶的内聚力就越差，剥离力越低；但相对分子质量过大又会使压敏胶的黏度太大而难以涂布，同时还会损失压敏胶的初黏性。本文选取了不同相对分子质量的硅橡胶同MQ-1制成压敏胶，其性能如表2所示。

表2 硅橡胶相对分子质量对压敏胶力学性能的影响Table 2 Effect of molecular weight of silicone rubber on mechanical properties of PSA

从表2可以发现，当硅橡胶相对分子质量为4.0×105时，压敏胶的初黏力和180°剥离强度最大。随着硅橡胶相对分子质量的增加，压敏胶的初黏力和剥离强度均呈下降趋势，而室温和150℃下持黏力则一直增大。当硅橡胶选用相对分子质量为8.2×105的硅橡胶时，交联后无压敏性。数据呈现此规律是由于当硅橡胶相对分子质量增大时，压敏胶内聚强度逐渐增大，故持黏力增大，但交联后压敏胶黏性降低，初黏力和剥离强度会有所降低。本文选用相对分子质量为4.0×105的110-2-1硅橡胶作为基体橡胶。

2.3 硅树脂的乙烯含量对压敏胶性能的影响

压敏胶中的MQ树脂具有两种不同的链节，其中的有机链节可提高对硅橡胶的相容性并起到增黏作用，硅氧烷链节对硅橡胶具有补强作用，可以提高压敏胶的内聚强度。本文考察了有机硅树脂中乙烯基含量对压敏胶性能影响，结果见表3。

表3 MQ 硅树脂乙烯基含量对压敏胶力学性能的影响Table 3 Effect of vinyl content of MQ silicone resin on mechanical properties of PSA

从表3可知：随着硅树脂中乙烯基含量的增加，压敏胶的初黏力持续增加，而持黏力和剥离强度有所降低，当硅树脂中乙烯基含量为9%时，压敏胶剥离呈混合破坏。这是由于随着乙烯基含量的增加，硅树脂自身交联程度增大，硅树脂与硅橡胶之间的相容性变差，产物内聚强度降低。本实验中综合性能最好的为MQ-1，虽然初黏力相对较低，但常、高温持黏力和180°剥离强度均优于其它三种MQ树脂。

2.4 缩合催化剂的选择及用量

制备有机硅压敏胶的过程中，为了提高压敏胶的内聚力，也为了防止硅橡胶和硅树脂混合后出现明显的相分离，硅橡胶和硅树脂要在催化剂的催化下通过缩合反应链节起来。本文采用的缩合催化剂为二丁基二月桂酸锡。添加的量必须尽可能少，否则，残存的催化剂在压敏胶的贮存过程中会使剩余的硅醇基继续反应，从而引起胶液黏度的不断增大，甚至完全凝胶。本文一系列实验中催化剂的用量都为1.0%。

2.5 交联剂加入量对有机硅压敏胶性能的影响

将硅橡胶与硅树脂缩合反应后，压敏胶的内聚力通常可以满足某些实用的要求，但这类压敏胶本质上仍属未交联型的，此时需要加入适量的交联剂BPO使压敏胶发生进一步交联，表4为不同用量的交联剂对压敏胶性能的影响。由数据可知，未加入交联剂的压敏胶的初黏力很高，但持黏力很差；交联剂的加入可以明显提高持黏力。随着交联剂用量的增大，交联后的胶层内聚力逐渐增大，持黏力和剥离强度随之增大，但初黏力有所降低。当交联剂用量小于1.0%时，压敏胶交联程度小，内聚强度低，剥离时呈内聚破坏；当交联剂加入量达到1.5%时压敏胶剥离强度达到最高值，此时破坏状态为界面破坏；交联剂用量继续增加，压敏胶的持黏力继续增大，而初黏力和剥离强度则下降较快，因此本文选用交联剂用量为1.5%。

表4 不同交联剂用量下压敏胶的力学性能Table 4 Effect of content of cross－linking agent on mechanical properties of PSA

2.6 交联温度和交联时间对压敏胶性能的影响

除交联剂的用量之外，交联温度和交联时间也是影响有机硅压敏胶性能的重要因素。本文分别对不同交联温度和交联时间得到的压敏胶进行了性能测试，结果如表5和表6。

表5 不同交联温度对压敏胶性能的影响Table 5 Effect of crosslinking temperature on mechanical properties of PSA

从表5中可以看出，当交联温度较低时，交联程度不够，压敏胶内聚强度低，持黏力较低，破坏时呈内聚破坏；随着交联温度的升高，压敏胶交联程度增大，内聚强度提高，持黏力和180°剥离强度均增大，但初黏力有所降低；当交联温度过高时，交联程度过大，反而使得压敏胶的剥离强度降低。数据表明，该压敏胶在200℃下交联比较适宜。

表6 不同交联时间对压敏胶性能的影响Table 6 Effect of crosslinking time on mechanical properties of PSA

本文还在200℃下对交联时间进行了考察。从表6中可以看出，随着交联时间的延长，压敏胶的综合性能逐渐提高；当交联时间过短时，压敏胶交联程度不够，使得压敏胶内聚强度不高，表现在持黏力较低，剥离时呈内聚破坏；当交联时间为10min左右时，所得压敏胶带180°剥离强度达到最大值。随着交联时间的继续延长，压敏胶交联程度过大，使得胶带的综合性能下降。综上所述，在200℃下进行交联，交联时间为10min时，所得压敏胶综合性能较好。

3 结 论

⑴硅树脂与硅橡胶比例在1∶1时，经1.0%二丁基二月桂酸锡催化缩合后的压敏胶液，以1.5%BPO为交联剂，所得压敏胶的综合性能较好。

⑵交联温度200℃、交联时间10min时制得的压敏胶综合性能较好。

⑶制得一种优异的有机硅压敏胶，初黏力25#，室温持黏力960min，剥离强度13.45N/25mm。

［1］何敏, 张秋禹, 国际英, 等.MQ 硅树脂的合成及其在有机硅压敏胶中的应用［J］.固体火箭技术, 2008,（3）: 288～290, 298.

［2］幸松民, 王一璐.有机硅合成工艺及产品应用［M］.北京: 化学工业出版社, 2000: 744.

［3］刘小兰, 律微波, 李金辉, 等.高性能有机硅压敏胶的研制［J］.有机硅材料, 2010, 24（5）: 293～297.

［4］郭金彦, 陈维钧, 刘文娟, 等.有机硅压敏胶粘剂的研究概况［J］.粘接, 2003, 24（5）: 35～38.

［5］LIN S B.New silicone pressure－sensitive adhesive technology［J］.International journal of adhesion and adhesives, 1994, 14（3）: 185～191.