单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂及其合成方法和应用

摘要

本发明涉及一种单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂及其合成方法和应用，该乳液压敏胶粘剂由以下组分及重量份含量的原料通过自由基乳液热聚合合成制得：紫外光活性单体0.02～4；光交联功能单体2～20；其他单官能度单体15～40；乳化剂0.2～3；引发剂0.04～0.8；链转移剂0.02～0.3；pH调节剂0～2；分散介质50～80。将该产品涂布在待涂覆产品的基材上，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联即可。与现有技术相比，本发明具有较强的内聚力、较好的初粘性和理想的持粘性、不含小分子化合物，不会形成毒性副产物，可适应不同应用要求、性能稳定等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂料，尤其是涉及一种单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂及其合成方法和应用。

背景技术

乳液压敏胶粘剂不含有机溶剂，具有成本低、使用安全和对环境污染小的特点，其对各种材料都有良好的粘接性，涂膜无色透明。丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂配方简单，耐候性好，低毒或无毒，容易制成高浓度、低粘度的压敏胶粘剂，且因丙烯酸酯种类较多，可按需要制备性能不同的丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶以满足不同用途要求。

丙烯酸酯共聚物乳液的分子量都比较高，一般大多数丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶都是非交联型的。然而，聚丙烯酸酯既不结晶，在冷却时也没有较大的内聚能。在制备特殊性能的制品(如较高再剥离性能、耐高温或较好的耐水耐老化性能)时，需使压敏胶粘层产生交联以提高其内聚能。在现有产品中，多采用外加交联剂的方法，给使用、运输和贮存带来麻烦。

紫外光辐照固化型乳液压敏胶粘剂具有固化速度快、基材适用性广和节约能源等优点，但是紫外光辐照固化需要加入紫外光引发剂和紫外光引发助剂，紫外光引发剂多为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基-环己基苯酮、二苯甲酮、安息香甲醚、安息香乙醚或安息香正丁醚等；紫外光引发助剂多为三乙胺、二乙胺、三乙醇胺或二乙醇胺等。胶粘层固化后残留的紫外光引发剂容易向表面迁移，生成毒性副产物，具有较强的气味，且涂膜容易变黄，大大限制了紫外光固化压敏胶粘剂在高档产品(如食品标签、美容用品标签和个人护理用品标签)的发展空间。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有较强的内聚力、较好的初粘性和理想的持粘性、不含小分子化合物，不会形成毒性副产物，可适应不同应用要求、性能稳定的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂及其合成方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂，其特征在于，该乳液压敏胶粘剂由以下组分及重量份含量的原料通过自由基乳液热聚合合成制得：

紫外光活性单体            0.02～4；

光交联功能单体            2～20；

其他单官能度单体          15～40；

乳化剂                    0.2～3；

引发剂                    0.04～0.8；

链转移剂                  0.02～0.3；

pH调节剂                  0～2；

分散介质                  50～80。

所述的乳液压敏胶粘剂的原料包括以下组分及重量份含量：

紫外光活性单体            0.1～3；

光交联功能单体            5～15；

其他单官能度单体          20～35；

乳化剂                    0.8～2.5；

引发剂                    0.1～0.6；

链转移剂                  0.08～0.25；

pH调节剂                  0.5～1.5；

分散介质                  60～75。

所述的乳液压敏胶粘剂的原料包括以下组分及重量份含量：

紫外光活性单体            1～1.5；

光交联功能单体            8～10；

其他单官能度单体          28～30；

乳化剂                    1.5～1.8；

引发剂                    0.3～0.5；

链转移剂                  0.12～0.2；

pH调节剂                0.8～1.2；

分散介质                68～70。

所述的紫外光活性单体选自含紫外光活性基团的丙烯酸酯类单体或烯类单体中的一种或几种；所述的光交联功能单体选自丙烯酸酯类单体或烯类单体中的一种或几种；所述的其他单官能度单体选自丙烯酸酯类单体或烯类单体中的3～8种；所述的乳化剂选自阴离子型乳化剂或非离子型乳化剂中的一种或几种。

所述的紫外光活性单体选自4-(2-羟基-3-烯丙氧基-丙氧基)二苯甲酮、4-(2-羟基-3-丙烯酰氧基-丙氧基)二苯甲酮、4-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基-丙氧基)二苯甲酮、4-(2-丙烯酰氧基-乙基)二苯甲酮、4-(2-甲基丙烯酰氧基-乙基)二苯甲酮、4-丙烯酰氧基二苯甲酮中的一种或几种；

所述的光交联功能单体选自丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异癸酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯或甲基丙烯酸-2-羟丙酯中的一种或几种；

所述的其他单官能度单体选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、乙酸乙烯酯、苯乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、衣康酸、顺丁烯二酸二丁酯、顺丁烯二酸二辛酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺或丙烯腈中的3～8种；

所述的乳化剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚或磺基琥珀酸乙氧基乙醇单酯二钠盐中的一种或几种；

所述的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、叔丁基过氧化氢、过氧化氢或甲醛合次硫酸氢钠。

所述的链转移剂选自正十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇或巯基乙醇；所述的pH调节剂选自碳酸氢钠、碳酸氢铵、磷酸二氢钠或磷酸二氢铵；所述的分散介质为去离子水。

一种单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂的制备方法，其特征在于，将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、乳化剂、链转移剂和部分分散介质投入反应釜中在室温下搅拌20min～50min得到预乳化液；将预乳化液的5wt％～15wt％、引发剂的15wt％～25wt％、pH调节剂和其余分散介质投入另一反应釜中，在75℃～90℃下搅拌反应0.5h～2h，使之发生种子乳液聚合；向种子乳液中以1滴/5s的速度滴加剩余预乳化液，1滴/min的速度滴加剩余引发剂，预乳化液1.5h～3.5h滴加完毕，引发剂2h～5h滴加完毕；预乳化液和引发剂滴加完毕后继续反应3h～6h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液。

一种单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂的应用，其特征在于，将单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂涂布在待涂覆产品基材上，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联即可，紫外光自交联的辐照能量为200mJ～2000mJ。

紫外光交联压敏胶粘层的交联度按索氏抽提法测试。

紫外光交联压敏胶粘带的性能测试如下：初粘性按GB/T 4852-2002《压敏胶粘带初粘性试验方法(滚球法)》测试；持粘性按GB/T 4851-1998《压敏胶粘带持粘性试验方法》测试；180°剥离强度按GB/T 2792-1998《压敏胶粘带180°剥离强度试验方法》测试。

与现有技术相比，本发明乳液压敏胶粘剂中的紫外光活性基团在乳液聚合过程中以共价键的方式与聚合物链结合，避免了外加紫外光引发剂和紫外光引发助剂引起的小分子的析出和迁移。压敏胶粘剂涂布干燥，然后在紫外灯辐照下，二苯甲酮型紫外光活性基团和非双键型光交联功能基团反应生成共价键，形成交联的压敏胶粘层，本发明产品具有以下优点：

(1)通过对乳液压敏胶粘剂的成分和分子结构的设计，经紫外光辐照快速形成交联的压敏胶粘层，具有较强的内聚力、较好的初粘性和理想的持粘性；(2)可利用现有的乳液型压敏胶的涂布装置；(3)不含小分子化合物，不会形成毒性副产物，透明性良好；(4)可通过调节紫外光活性单体的用量、光交联功能单体的用量和其他单官能度单体的用量获得合适的交联度，以适应不同应用要求；(5)由于紫外光活性基团在乳液中性能稳定，避光条件下不会和其他基团发生交联反应，仅在紫外光作用下才会发生自交联，在室温下避光贮存6个月，性能仍保持稳定。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂由以下组分(重量份)为原料合成：

具体合成过程为：将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、乳化剂、链转移剂和部分分散介质投入反应釜中在室温下搅拌30min得到预乳化液；将预乳化液的10wt％、引发剂的20wt％、pH调节剂和其余分散介质投入另一反应釜中，在85℃下搅拌反应1h，使之发生种子乳液聚合；向种子乳液中以1滴/5s的速度滴加剩余的预乳化液，1滴/min的速度滴加剩余的引发剂，预乳化液2h滴加完毕，引发剂2.5h滴加完毕；预乳化液和引发剂滴加完毕后继续反应4h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液。

上述所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500mJ。经测试，紫外光辐照后压敏胶粘层的交联度为80％；压敏胶粘带的初粘性为16(球号)，持粘性为大于72小时，180°剥离强度为2.8N/25mm。

实施例2

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂由以下组分(重量份)为原料合成：

合成过程与实施例1相同。所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500mJ。经测试，紫外光辐照后压敏胶粘层的交联度为96％；压敏胶粘带的初粘性为12(球号)，持粘性为大于72小时，180°剥离强度为2.1N/25mm。

实施例3

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂由以下组分(重量份)为原料合成：

合成过程与实施例1相同。所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500mJ。经测试，紫外光辐照后压敏胶粘层的交联度为82％；压敏胶粘带的初粘性为15(球号)，持粘性为大于72小时，180°剥离强度为2.8N/25mm。

实施例4

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂由以下组分(重量份)为原料合成：

合成过程与实施例1相同。所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500mJ。经测试，紫外光辐照后压敏胶粘层的交联度为85％；压敏胶粘带的初粘性为15(球号)，持粘性为大于72小时，180°剥离强度为2.8N/25mm。

实施例5

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂由以下组分(重量份)为原料合成：

合成过程与实施例1相同。所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500mJ。经测试，紫外光辐照后压敏胶粘层的交联度为92％；压敏胶粘带的初粘性为12(球号)，持粘性为大于72小时，180°剥离强度为2.0N/25mm。

实施例6

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂由以下组分(重量份)为原料合成：

具体合成过程为：将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、乳化剂、链转移剂和部分分散介质投入反应釜中在室温下搅拌30min得到预乳化液；将预乳化液的5wt％、引发剂的15wt％和其余分散介质投入另一反应釜中，在85℃下搅拌反应1h，使之发生种子乳液聚合；向种子乳液中以1滴/5s的速度滴加剩余的预乳化液，1滴/min的速度滴加剩余的引发剂，预乳化液1.5h滴加完毕，引发剂2h滴加完毕；预乳化液和引发剂滴加完毕后继续反应3h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液。

上述所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为800mJ。经测试，紫外光辐照后压敏胶粘层的交联度为80％；压敏胶粘带的初粘性为16(球号)，持粘性为大于72小时，180°剥离强度为2.8N/25mm。

实施例7

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂由以下组分(重量份)为原料合成：

具体合成过程为：将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、乳化剂、链转移剂和部分分散介质投入反应釜中在室温下搅拌50min得到预乳化液；将预乳化液的15wt％、引发剂的25wt％、pH调节剂和其余分散介质投入另一反应釜中，在90℃下搅拌反应1h，使之发生种子乳液聚合；向种子乳液中以1滴/5s的速度滴加剩余的预乳化液，1滴/min的速度滴加剩余的引发剂，预乳化液3.5h滴加完毕，引发剂5h滴加完毕；乳化液和引发剂滴加完毕后继续反应6h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液。

上述所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为1000mJ。经测试，紫外光辐照后压敏胶粘层的交联度为80％；压敏胶粘带的初粘性为16(球号)，持粘性为大于72小时，180°剥离强度为2.8N/25mm。

实施例8

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂由以下组分(重量份)为原料合成：

4-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基-丙氧基)二苯甲酮    0.1；

甲基丙烯酸-2-羟丙酯                           15；

丙烯腈                                        20；

磺基琥珀酸乙氧基乙醇单酯二钠盐                2.5；

甲醛合次硫酸氢钠                              0.6；

正十二烷基硫醇                                0.08；

碳酸氢铵                                      0.5～0.8；

去离子水                                      60。

具体合成过程为：将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、乳化剂、链转移剂和部分分散介质投入反应釜中在室温下搅拌25～30min得到预乳化液；将预乳化液的12wt％、引发剂的23wt％、pH调节剂和其余分散介质投入另一反应釜中，在80～85℃下搅拌反应1h，使之发生种子乳液聚合；向种子乳液中以1滴/5s的速度滴加剩余的预乳化液，1滴/min的速度滴加剩余的引发剂，预乳化液1.5～2h滴加完毕，引发剂2～2.5h滴加完毕；乳化液和引发剂滴加完毕后继续反应3～4h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液。

上述所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为1500mJ。经测试，紫外光辐照后压敏胶粘层的交联度为80％；压敏胶粘带的初粘性为16(球号)，持粘性为大于72小时，180°剥离强度为2.8N/25mm。

实施例9

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂由以下组分(重量份)为原料合成：

4-丙烯酰氧基二苯甲酮      3；

丙烯酸异癸酯              5；

丙烯酸月桂酯              35；

壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐  0.8；

过氧化氢                  0.1；

叔十二烷基硫醇或巯基乙醇  0.25；

磷酸二氢钠                1.2～1.5；

去离子水                  75。

具体合成过程为：将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、乳化剂、链转移剂和部分分散介质投入反应釜中在室温下搅拌30min得到预乳化液；将预乳化液的12～15wt％、引发剂的22～25wt％、pH调节剂和其余分散介质投入另一反应釜中，在85～90℃下搅拌反应1.5～2h，使之发生种子乳液聚合；向种子乳液中以1滴/5s的速度滴加剩余的预乳化液，1滴/min的速度滴加剩余的引发剂，预乳化液3.2～3.5h滴加完毕，引发剂4～5h滴加完毕；乳化液和引发剂滴加完毕后继续反应5～6h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液。

上述所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为1800～2000mJ。经测试，紫外光辐照后压敏胶粘层的交联度为80％；压敏胶粘带的初粘性为16(球号)，持粘性为大于72小时，180°剥离强度为2.8N/25mm。

实施例10

本实施例的单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物乳液压敏胶粘剂由以下组分(重量份)为原料合成：

4-(2-丙烯酰氧基-乙基)二苯甲酮   1～1.5；

丙烯酸异辛酯                    8～10；

丙烯酸-2-羟乙酯                 28～30；

壬基酚聚氧乙烯醚                1.5～1.8；

叔丁基过氧化氢                  0.3～0.5；

正十二烷基硫醇                0.12～0.2；

磷酸二氢铵                    0.8～1.2；

去离子水                      68～70。

具体合成过程为：将紫外光活性单体、光交联功能单体、其他单官能度单体、乳化剂、链转移剂和部分分散介质投入反应釜中在室温下搅拌30min得到预乳化液；将预乳化液的10wt％、引发剂的20wt％、pH调节剂和其余分散介质投入另一反应釜中，在85℃下搅拌反应1h，使之发生种子乳液聚合；向种子乳液中以1滴/5s的速度滴加剩余的预乳化液，1滴/min的速度滴加剩余的引发剂，预乳化液2h滴加完毕，引发剂2.5h滴加完毕；乳化液和引发剂滴加完毕后继续反应4h，冷却后得到单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液。

上述所得单组分紫外光自交联型丙烯酸酯共聚物压敏胶粘剂乳液在基材上涂布，挥干溶剂后在紫外光固化装置中进行光照交联，紫外光自交联的辐照能量为500～600mJ。经测试，紫外光辐照后压敏胶粘层的交联度为80％；压敏胶粘带的初粘性为16(球号)，持粘性为大于72小时，180°剥离强度为2.8N/25mm。