什么是增粘剂?
增粘剂又称增粘树脂,是一种用于粘合剂和密封剂配方的化合物,可增加最终产品的粘性或黏着力。该物质通常为固态树脂,分子量低,软化点高,但也存在液态形式。它通常是粘合剂配方含量中比重较大的一部分,同时也在成本中占有较重要的位置。
从附着力、内聚力、与基础聚合物的相容性到软化点,在开发具有所需性能粘合剂的过程中,选择浓度合宜的增粘剂是其中的关键。
用于粘合剂和密封剂的增粘剂
在粘合剂中,除基础聚合物外,增粘剂便是其中最重要的成分。基础聚合物决定了粘合剂的内聚力和弹性,而所用增粘剂的类型和浓度则决定了粘合剂的黏着力(或称粘性)。如欲制造出黏着力水平适当的优质产品,须在粘合剂配方中准确调整增粘剂的类型和用量,在粘附力和内聚力之间取得合适的平衡。
增粘剂最常用于压敏粘合剂或热熔粘合剂中,但也可以作为树脂分散体用于水基粘合剂,后者通常由水溶性溶剂乳化树脂而得。增粘剂有时还会被用于控制产品的性能,如轮胎、橡胶、油漆、墨水和油脂的各项性能。
解疑:土壤稳定增粘剂
人们有时会将粘合增粘剂和土壤稳定剂混淆,后者也会被称为“增粘剂”。土壤稳定增粘剂通过液压方式被应用于易受风蚀或水蚀的地区,可促进土壤附着力,成分中可能包含淀粉、树脂等植物材料,还有聚合物乳液,或石膏等水泥基胶结粘结剂。虽然土壤稳定增粘剂可用于“粘合”土壤,但它们并不具有传统意义上“粘性”。
增粘剂的功能
在粘合剂和密封剂中,基础聚合物可提供材料的内聚力,但缺乏粘性或压力敏感性,因此,人们会在基础聚合物中添加增粘剂。使用不同类型和浓度的增粘剂可改变产品的黏着力、剥离强度和剪切强度。一般来说,黏着力和剥离强度会随粘合剂中增粘剂浓度的增加而增加,而剪切强度则随之降低。
- 黏着力:两个物体表面在较轻的压力下形成粘合的速度。
- 剥离强度:破坏粘合剂与物体表面之间粘合所需的力。
- 剪切强度:材料抵抗横向负荷的能力,这种负荷迫使材料相对于自身产生滑动。
虽然增粘剂主要被用于调节黏着力、附着力和内聚力,但也可被用于改变材料的热稳定性、粘度、色泽等性质。除了提高黏着力外,它们还常被用于提高材料耐热性,以及材料与难以粘合的基材之间的附着力。
增粘剂的特性
大多数增粘剂都是分子量较低的树脂,是粘合剂中具有黏性和黏度的成分。它们的软化点通常高于室温,因此可与玻璃化转变温度低于室温的基础聚合物结合,形成具有延展性的粘合剂。每种增粘剂都具有一定的极性,这在很大程度上决定了其与不同聚合物的相容性。不过,人们也可以利用一定程度的不相容性实现所需的物理特性。
增粘剂类型
增粘剂主要分为三类:烃类树脂、松香树脂或萜烯树脂。
烃类树脂增粘剂
这种增粘剂以石油基材料为原料,主要为 C5 树脂和 C9 树脂,室温下通常为固体,软化点可高达 150°C。
烃类树脂可以是脂肪族树脂(C5)、芳香族树脂(C9)或混合树脂(C5 和 C9 的混合物)。C5 和 C9 树脂的分子量和软化点选择范围较广。人们通常会混合 C5 和 C9 树脂以精调树脂材料的特性,达到理想的脂肪族/芳香族比例,这对产品聚合物的相容性有很大影响。
也可以通过完全或部分氢化烃类树脂增粘剂来改善其稳定性和色泽。部分氢化的 C9 树脂经过氢化后可形成特定芳香族化合物结构,获得经调整的特性。完全氢化的烃类树脂属于脂肪族,具有出色的着色性和稳定性,但其相容性有限。它们与苯乙烯嵌段共聚物(SBC),如 SIS、SBS、SEBS、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、非晶态α-烯烃共聚物(APAO)和聚烯烃弹性体(POE)的相容性较为理想
松香树脂增粘剂
松香酸和松香酯来自松树,包括松脂、木松香和浮油松香。这种材料具有可再生性,且松脂可以从树木活体上采集,因此,作为一种环保的生物基添加剂材料,人们对松香树脂的兴趣正与日俱增。
松香树脂几乎可以与所有类型的聚合物相容,且通常用作乙烯-醋酸乙烯酯、聚氨酯、丙烯酸树脂等的增粘剂,用于生产热熔粘合剂和水基粘合剂。它们的分子量和软化点(通常从室温到 150°C 不等)的选择范围较广,具有相当大的灵活性。尽管松香树脂具有出色的黏着力和剥离附着力,但它们通常会降低配方材料的内聚力。
人们通常会对不饱和松香树脂增粘剂进行改性,以便改善其性能。氢化松香的稳定性和抗紫外线性能都有明显的改善,且色泽较浅,同时只会略微降低最终配方的内聚力。酯化松香具有更好的氧化稳定性和色泽稳定性,软化点和相容性选择范围更广,气味也有所改善。根据所使用的醇类,酯化可进一步微调材料的软化点和分子量等特性。
萜烯树脂增粘剂
萜烯树脂来自松树中的 α-蒎烯、β-蒎烯或柑橘类植物中的 d-柠檬烯。这类树脂与多种聚合物相容,包括聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯酯、丙烯酸等。
萜烯树脂一般为低分子量聚合物,软化点高于大多数增粘剂,因此耐热性更好。它们具有附着力强、色泽好和耐热等优点,因此应用广泛。萜烯树脂可分为几个子类别,其中包括:
- 聚萜烯:附着力强,耐热性好。
- 苯乙烯萜烯:具有出色的稳定性和良好的色泽,相容性更广,气味小。与苯乙烯嵌段共聚物的相容性好。
- 萜酚树脂:对难以粘合的基材有很强的附着力和粘合力,与极性材料有极好的相容性,软化点高。
增粘剂的优势(按类型划分)
烃类树脂价格较低,松香树脂用途广泛且经济实惠,而萜烯树脂则是一种具有高内聚力的选择,用途较多。
烃类树脂增粘剂
与松香或萜烯树脂相比,烃类树脂具有较强的附着力,且价格较低。它们具有良好的耐老化性,尤其是经过氢化后,它们甚至可以呈现无色状态。人们还可以对这类增粘剂进行改性,调整其软化点、分子量和相容性。
松香树脂增粘剂
松香树脂具有很强的黏着力和剥离附着力,软化点和分子量选择广泛,几乎可与所有聚合物相容。经过氢化和酯化的松香树脂具有良好的氧化稳定性和色泽稳定性,酯化松香的特性可通过酯化过程中使用的醇类进行精调。松香树脂增粘剂为生物基材料,是环保的可再生资源。
萜烯树脂增粘剂
萜烯树脂几乎与所有聚合物都能相容,且附着力强、色泽好、软化温度高且选择范围广,耐热性也同样出色,同时,还是生物基环保材料。与松香树脂一样,它们也是一类成熟的增粘剂。
增粘剂的缺点(按类型划分)
烃类树脂的相容性有限,松香树脂会降低内聚力,而萜烯树脂则较为昂贵。
烃类树脂增粘剂
与松香或萜烯树脂相比,烃类树脂的主要缺点便是其有限的聚合物相容性。此外,尽管这类树脂的价格通常较低,但它们是不可再生材料,其价格与石油价格相关。
松香树脂增粘剂
尽管松香树脂具有广泛的相容性和很强的附着力,但这类树脂会降低聚合物的内聚力,且在未经氢化时通常不太稳定,这导致了较差的耐老化性和发黄的问题。这些缺点可以通过酯化或氢化来缓解。酯化或氢化可以大大提高材料的稳定性,并最大限度地减少内聚力的降低。
萜烯树脂增粘剂
尽管萜烯树脂作为增粘剂没有明显的技术短板,但它用途广泛但原料有限,因此价格略高于其他选项。
不同增粘剂类型的优缺点
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如何为您的应用选择适合的增粘剂
合宜的增粘剂可与基础聚合物相容或混溶,降低最终粘合剂的模量并提高其玻璃化转变温度。
基础聚合物相容性
增粘剂最重要的特性便是其相容性或混溶性。当聚合物和增粘剂相容或混溶时,它们会形成具有单一且有较高玻璃化转变温度的均匀材料。否则,形成的材料会具有不同的聚合物玻璃化转变温度和树脂玻璃化转变温度。如果无法获得合适的玻璃化转变温度和模量,粘合剂就无法获得足够的粘性——如果聚合物和增粘剂完全不相容,就没有必要测试两者组合后形成的材料。
预估聚合物和增粘剂相容性或混溶性的常用方法是溶解度。通过比较两种材料的溶解度参数,您可以估计它们可能的相溶性,进而了解是否可以开发出具有所需特性的粘合剂。
降低模量
增粘剂的分子量通常在 300 到 2000 之间,低于基础聚合物的分子量。增粘剂的浓度越高,聚合物网络和粘合剂的总体分子量就会被稀释,从而降低模量。各类粘合剂的关键便是合适的模量,它能使压敏粘合剂形变并完成粘合,使热熔粘合剂在适当温度下保持稳定。
提升玻璃化转变温度
粘合剂的有效性在温度接近其玻璃化转变温度时达到峰值,因此,配方的玻璃化转变温度应接近其预期的使用温度。由于基础聚合物的玻璃化转变温度通常较低,玻璃化转变温度较高的增粘剂浓度对最终产品的强度和粘性影响就变得至关重要。
稳定性
确认增粘剂具有合适的相容性后,我们还必须确保粘合剂在生产过程中及生产完成后都保持稳定。我们可以加入抗氧化剂等其他添加剂,确保粘合剂维持其强度和粘性。
在热熔粘合剂中,性能较差的增粘剂可能会随着时间的推移而分离或凝结,因此,增粘剂稳定性是该应用中的一个重要考量因素。在水基粘合剂中使用乳化增粘剂时,稳定性同样也是一个关键因素。
软化点
增粘剂的软化点也会影响最终粘合剂的性能。软化点高的树脂往往较硬,可防止粘合剂蠕变并提高内聚力强度。软化点低的树脂有助于增加最终粘合剂的黏着力,更适合需要高剥离强度的应用。
材料的软化点还会影响相容性。相比软化点较低的同类树脂,软化点较高的树脂通常具有较低的相容性。
其他标准
您选择的增粘剂将对上述关键属性产生重大影响,但也可能影响最终产品的其他相关属性。还需要考量的其他因素如下:
- 成本
- 所需的增粘剂浓度
- 在任意特定应用基底上的附着力
- 色泽和耐候性
- 稳定性
- 安全和气味
用于粘合剂和密封剂的聚合物和增粘剂
聚合物和增粘剂是许多粘合剂和密封剂中最昂贵的成分,因此,为您的应用选择合适的产品十分重要。可乐丽提供与多种配方广泛相容的各种柔性聚合物。
可乐丽液态橡胶
作为具有强黏着力的可流动活性增塑剂,品牌旗下多种可乐丽液态橡胶产品可用于热熔粘合剂、压敏粘合剂、密封剂、高性能涂料和轮胎中。这类无色透明的低挥发性有机化合物是许多粘合剂的理想选择。
丙烯酸热塑性弹性体 KURARITY™
KURARITY™ 是一种具有极高透明度的丙烯酸嵌段共聚物,具有出色的自粘性、耐候性、与极性材料的相容性,还具有无残留、无溶剂的粘合性能。如果您计划使用极性增粘剂,在某些应用中,KURARITY™ 是非常理想的选择。 KURARITY™ 具有很强的自粘性和天然黏着力,可在不使用增粘剂或增塑剂的情况下使用,简化了生产流程,降低了成本,并减少了在较低温度下进行热熔涂覆或在较高浓度下进行溶液涂覆时对环境的影响。这些优势有助于节约能源、减少挥发性有机化合物并提高生产过程的可加工性。
如果增粘剂的各大缺点对您的应用形成了影响,不妨考虑选择具有广泛相容性和粘性的热塑性弹性体 KURARITY™。如果您需要高效强力粘合剂,不妨将 KURARITY™ 与增粘剂结合使用,获得具有耐候性的强黏着力产品。
SEPTON™ 和 HYBRAR™ 技术
SEPTON™ 和 HYBRAR™ 是一系列苯乙烯热塑性弹性体,有丰富的品级、各种分子量和柔性嵌段结构可供选择。这类聚合物是用于粘合剂的不二之选,具有极高的透明度和流动性,与增粘剂一起使用时可提供多种有益特性,包括柔软性、附着力稳定性等。作为一种添加剂,SEPTON™ 能提高粘合剂在金属、其他树脂等各种材料表面的粘附力,从而提供更大的灵活性。我们提供 SEPTON™ 8000 系列(SEBS)产品,这是一个氢化产品系列,具有理想的增粘剂相容性,能够帮助您针对所需应用开发出粘合强度适宜的材料。
可乐丽的 SEPTON™ 系列下还有 SEPTON™ HG 系列(SEEPS-OH),这是一种极性/非极性树脂增容剂以及极性树脂改性剂,可帮助您提高所选增粘剂的灵活性。
可乐丽提供 SEPTON™ 和 KURARITY™,这两种产品涵盖了各种不同的极性,是能与几乎所有增粘剂搭配使用的多功能聚合物。
结论
增粘剂是粘合剂和密封剂配方中的关键成分。为相关应用选择合适的聚合物和增粘剂是使最终产品具有所需粘性、成本效益和耐用性的关键。可乐丽提供一系列粘合剂聚合物,几乎适用于所有应用,帮助您实现所需配方。
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