一种高性能丙烯酸泡棉胶带及其制备方法与流程

本发明属于泡棉胶带，特别是涉及一种高性能丙烯酸泡棉胶带及其制备方法。

背景技术：

1、丙烯酸泡棉胶带是一种以丙烯酸酯聚合物为基体、内部具有泡面芯层并在两面涂覆压敏胶的双面粘结材料，兼具粘接、减震、隔音、密封、应力缓冲等功能，广泛应用于结构件的无缝装配与固定。随着现代汽车工业对轻量化、安全性和舒适性要求的不断提升，传统机械扣件和硫化橡胶密封条逐渐被高性能结构胶和泡棉胶带替代。在汽车玻璃装配过程中，泡棉胶带粘结工艺成为主流方法，其通过实现玻璃与车身、橡胶条之间的无缝连接，提升外观美观度，兼顾车辆整体的减震、隔音与密封需求。

2、在汽车玻璃实际装配与整车长期服役场景中，泡棉胶带需先与玻璃表面底涂剂结合、再与橡胶条粘接，并在车辆全生命周期内持续承受车身振动、温度交变、雨水盐雾及强紫外线照射。现有泡棉胶带往往采用单一聚合物配方同时承担芯层支撑与表面粘接功能，使得材料难以兼顾缓冲耐蠕变与高粘接活性，这导致车辆在长期行驶过程中，玻璃在反复振动与冷热循环载荷作用下产生持续的微小位移与应力累积，泡棉芯层逐渐发生压缩永久形变和胶体蠕变，粘接界面随之松弛甚至剥离，玻璃出现异响、漏风渗水及定位偏移等现象，整车nvh表现明显下降；同时，在户外长期暴晒与雨水盐雾环境下，胶层易发生热氧与光老化而变脆开裂，进一步加剧粘接失效，缩短玻璃总成的使用寿命并带来安全隐患。

3、针对丙烯酸泡棉胶带进行改进，例如，申请公布号为cn112745771a的中国发明专利申请公开了一种丙烯酸泡棉胶带，包括贴合在一起的丙烯酸泡棉层和离型膜层，丙烯酸泡棉层两侧面均具有粘性，制备过程中通过丙烯酸单体的低温可控本体聚合制备出较低粘度的丙烯酸预聚液。接着以丙烯酸预聚液为主体，添加交联剂，光引发剂，发泡剂，在紫外光照射下制备丙烯酸泡棉胶带。上述技术方案的丙烯酸泡棉层兼具支撑缓冲功能和表面粘结功能，相当于芯层和表面粘接层采用同一配方，无法对支撑缓冲功能和表面粘结功能进行分别优化，应用于汽车玻璃时，长期振动会导致泡棉胶带易发生压缩永久变形，粘结界面易松弛剥离。申请公布号为cn116445091a的中国发明专利申请公开了一种耐低温冲击型丙烯酸泡棉胶带，至少包括压敏胶层、丙烯酸泡棉层、丙烯酸粘合层，压敏胶层包括丙烯酸丁酯类、固化剂和溶剂，丙烯酸泡棉层包括丙烯酸预聚体、发泡剂和交联剂，丙烯酸粘合层包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸和氟化丙烯酸酯。上述技术方案通过氟化丙烯酸酯赋予材料自清洁性和防沾污性，从而大大增强丙烯酸泡棉胶带的自洁性能，但是该压敏胶层仅仅关注其粘结强度，未对胶层与汽车玻璃底涂剂之间的化学兼容性进行设计，若将该丙烯酸酯泡棉胶层应用于汽车玻璃，胶层与底涂剂之间仅依靠物理粘附结合，界面结合强度有限，在车身长期振动和冷热变化作用下，粘结界面容易发生松弛和剥离。

4、因此，现有公开的丙烯酸泡棉胶带应用于汽车玻璃装配过程中，还存在以下问题：芯层支撑缓冲功能与表面粘结功能无法独立优化，难以兼顾抗蠕变和高粘结性能；对于胶层和汽车玻璃底涂剂之间的化学兼容性缺乏相应的改性方法。如何使胶带兼顾支撑缓冲功能与表面粘结功能的同时，提升胶层与底涂剂之间的界面结合强度，并在整车长期振动和户外耐候环境下仍然保持稳定的粘接与密封性能，急需研发一种综合性能优异的丙烯酸泡棉胶带。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高性能丙烯酸泡棉胶带及其制备方法，以解决现有技术丙烯酸泡棉胶带应用于汽车玻璃装配过程中胶带无法兼顾支撑缓冲功能与表面粘结功能的问题。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种高性能丙烯酸泡棉胶带，胶带为对称的三明治结构，从中心向两侧依次设置有丙烯酸泡棉芯层、丙烯酸压敏胶层和离型层；丙烯酸泡棉芯层为全闭孔泡棉结构；

3、丙烯酸泡棉芯层包括丙烯酸酯聚合物a、发泡剂、固化剂、引发剂、增韧剂、功能性填料、色浆、抗氧剂和溶剂；丙烯酸压敏胶层包括丙烯酸酯聚合物b、增粘树脂、交联剂、引发剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和溶剂；丙烯酸酯聚合物a和丙烯酸酯聚合物b均包括丙烯酸软单体、丙烯酸硬单体和丙烯酸功能单体；丙烯酸酯聚合物a中丙烯酸功能单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、含氟(甲基)丙烯酸酯中的一种或多种；丙烯酸酯聚合物b中丙烯酸功能单体为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯中的一种或两种；

4、丙烯酸酯聚合物a中丙烯酸软单体的含量小于丙烯酸酯聚合物b中丙烯酸软单体的含量。

5、含氟(甲基)丙烯酸酯为侧链氟代烷基的碳原子数为3-12的单体，例如2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酸十三氟辛酯或甲基丙烯酸十三氟辛酯等。

6、本发明将泡棉胶带的结构设计为对称三明治结构，将传统的单层结构分为芯层和压敏胶层，芯层为泡棉胶带提供足够的支撑、抗蠕变和抗疲劳功能，压敏胶层提高与底涂剂之间的界面结合强度。其中丙烯酸泡棉芯层的丙烯酸酯聚合物a中丙烯酸软单体的比例较低，丙烯酸硬单体和丙烯酸功能单体的比例相对较高，使芯层具有更高的内聚强度、剪切强度和抗蠕变性能，在受压时不易发生永久塑性变形，而丙烯酸压敏胶层的丙烯酸酯聚合物b中丙烯酸软单体的比例较高，降低了玻璃化转变温度，使胶层具有较好的初粘力、柔韧性和润湿性，提高胶层的粘接效果。另外，丙烯酸酯聚合物a中丙烯酸功能单体能够提高交联密度，提升芯层内聚力，含氟单体还能够降低表面能，使芯层具有优异的耐介质性能和低吸水率。丙烯酸酯聚合物b中丙烯酸功能单体包含羧基或羟基，这些极性基团能与汽车玻璃底涂剂中的异氰酸酯基、硅烷偶联剂等发生化学键合，从根本上解决胶层仅依靠物理吸附进行界面粘结的问题。

7、优选的，丙烯酸软单体为丙烯酸异辛酯、丙烯酸正丁酯中的一种或两种；丙烯酸硬单体为甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯中的一种或两种。

8、通过上述技术方案对丙烯酸软单体和丙烯酸硬单体的类型进行了限定，其中丙烯酸异辛酯的侧链较长，空间位阻较大，可以使聚合物的玻璃转化温度降低，具备良好的低温抗冲击性能，丙烯酸正丁酯可以提供良好的初粘性。甲基丙烯酸甲酯具有较高的玻璃转化温度和刚性，显著提高共聚物的内聚强度和耐热性，提高胶带的耐热性能。

9、优选的，丙烯酸泡棉芯层按照重量份数包括以下组分：

10、丙烯酸酯聚合物a100份

11、发泡剂0.5-5份

12、固化剂0.3-3份

13、引发剂0.5-4份

14、增韧剂5-20份

15、功能性填料1-4份

16、色浆1-5份

17、抗氧剂0.1-2份

18、溶剂20-60份。

19、通过上述技术方案限定了丙烯酸泡棉胶层的各组分含量，保证芯层具有高发泡性、优异的抗撕裂韧性以及合适的压缩模量，实现良好的抗振性能。

20、更优选的，丙烯酸泡棉芯层按照重量份数包括以下组分：

21、丙烯酸酯聚合物a100份

22、发泡剂1-3份

23、固化剂1-2份

24、引发剂1-2份

25、增韧剂8-15份

26、功能性填料1-4份

27、色浆2-4份

28、抗氧剂0.5-1.5份

29、溶剂30-50份。

30、优选的，丙烯酸压敏胶层按照重量份数包括以下组分：

31、丙烯酸酯聚合物b100份

32、增粘树脂5-30份

33、交联剂0.5-3份

34、引发剂0.5-4份

35、抗氧剂0.1-1份

36、紫外线吸收剂0.1-3份

37、溶剂20-40份。

38、优选的，丙烯酸酯聚合物a的制备原料按照重量份数包括以下组分：

39、丙烯酸软单体50-70份

40、丙烯酸硬单体10-20份

41、丙烯酸功能单体3-6份；

42、丙烯酸酯聚合物b的制备原料按照重量份数包括以下组分：

43、丙烯酸软单体75-90份

44、丙烯酸硬单体5-15份

45、丙烯酸功能单体1-5份。

46、通过上述技术方案对丙烯酸酯聚合物a和丙烯酸酯聚合物b的各组分含量进行优化，通过精确调整单体比例，使芯层具有良好的支撑性能，而胶层具有高粘接性能。

47、优选的，发泡剂为物理发泡剂或化学发泡剂，物理发泡剂为粒径5-20μm的可膨胀微球，化学发泡剂为偶氮二甲酰胺、磺酰肼类化合物中的一种；

48、增韧剂为粒径50-500nm的核壳结构丙烯酸酯类增韧剂、丁腈橡胶、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种；

49、抗氧剂为主抗氧剂和辅助抗氧剂的复配体系，主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂，辅助抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂。主抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或多种，辅助抗氧剂选自三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或多种。主抗氧剂和辅助抗氧剂两者的复配使用可以产生协同效应，有效捕获自由基并分解氢过氧化物，从而抑制胶体在加工和使用过程中的热氧老化。核壳结构丙烯酸酯类增韧剂可购自钟渊化学、陶氏、日科。

50、优选的，固化剂为多异氰酸酯类化合物、环氧型固化剂、乙酰丙酮铝中的一种或多种。多异氰酸酯类化合物为ipdi、hdi、mdi等。引发剂为自由基热分解型引发剂，选自偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种。功能性填料为气相二氧化硅、空心玻璃微球、碳酸钙中的一种或多种。功能性填料用于调节流变性和增强力学性能。溶剂为丙酮、乙酸乙酯、甲苯、甲基乙基酮中的一种或多种，溶剂的用量以能够形成适宜的涂布粘度为准。色浆为炭黑色浆或氧化铁灰色浆中的一种，以满足汽车外观的遮蔽要求。

51、优选的，增粘树脂为氢化松香树脂、萜烯树脂或c5/c9石油树脂中的一种或多种；

52、交联剂为多异氰酸酯类交联剂或金属螯合物类交联剂；

53、紫外线吸收剂为苯并三唑类紫外线吸收剂、三嗪类紫外线吸收剂或二苯甲酮类紫外线吸收剂中的一种或多种。多异氰酸酯类交联剂为tdi、hdi、ipdi等。苯并三唑类紫外线吸收剂的分子结构中含有苯丙三唑官能团的化合物，如巴斯夫1130，米兰化工uv1130，极易化学uv326等。

54、更优选的，紫外线吸收剂的重量份数为0.5-2份。

55、离型层为离型膜，其表面覆有机硅离型剂，离型力控制在5-20gf/25mm，离型层用于保护丙烯酸压敏胶层，在使用前易于剥离。

56、本发明第二方面提供了一种高性能丙烯酸泡棉胶带的制备方法，包括以下步骤：

57、s1：将丙烯酸软单体、丙烯酸硬单体、丙烯酸功能单体、占丙烯酸泡棉芯层总引发剂用量30-50%的引发剂和占丙烯酸泡棉芯层总溶剂用量50-70%的溶剂经聚合制得固含量为40-60%的丙烯酸酯聚合物溶液a；

58、s2：向丙烯酸酯聚合物溶液a中依次加入增韧剂、功能性填料、色浆、抗氧剂混合均匀，然后加入剩余引发剂和剩余溶剂混合均匀，然后再加入发泡剂混合均匀，最后加入固化剂混合均匀，得到芯层浆料；其中丙烯酸酯聚合物溶液a的添加量以干重计；

59、将芯层浆料涂布于临时离型膜上，随后通过分段控温烘道处理，冷却后在裸露的芯层表面再覆上一层临时离型膜，收卷后得到丙烯酸泡棉芯层/临时离型膜半成品；

60、s3：将丙烯酸软单体、丙烯酸硬单体、丙烯酸功能单体、引发剂和占丙烯酸压敏胶层总溶剂用量50-70%的溶剂经聚合制得固含量为40-60%的丙烯酸酯聚合物溶液b；

61、s4：向丙烯酸酯聚合物溶液b中依次加入增粘树脂、抗氧剂、紫外线吸收剂和剩余溶剂混合均匀，再加入交联剂混合均匀，得到胶层浆料；其中丙烯酸酯聚合物溶液b的添加量以干重计；

62、将胶层浆料涂布于离型层上，随后通过烘道加热处理，得到丙烯酸压敏胶层/离型层半成品；

63、s5：将步骤s2制得的临时离型膜/丙烯酸泡棉芯层/临时离型膜半成品两面的临时离型膜剥离，同时将两卷步骤s4制备的丙烯酸压敏胶层/离型层半成品以其胶面对称复合于丙烯酸泡棉芯层的上下两个表面上，形成离型层/丙烯酸压敏胶层/丙烯酸泡棉芯层/丙烯酸压敏胶层/离型层的对称三明治结构，最后熟化得到丙烯酸泡棉胶带。

64、优选的，芯层浆料在临时离型膜上的涂布厚度为200-500μm，丙烯酸压敏胶层的厚度为20-60μm，离型层的厚度为50-150μm。

65、优选的，分段控温烘道处理为先在60-80℃处理3-8min，随后升温至90-130℃处理5-15min；烘道加热处理为在70-100℃处理3-10min。

66、通过上述技术方案，在60-80℃下，溶剂（如乙酸乙酯、甲苯等）高效安全地挥发，此时温度低于发泡剂的起始膨胀温度，保证发泡前溶剂已基本脱除，避免泡孔内充满溶剂蒸汽。随后升温至90-130℃，此时发泡剂剧烈膨胀，同时固化剂和引发剂在此温度下高效工作，胶体迅速交联，锁住气孔。

67、本发明采用上述的技术方案，与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

68、（1）本发明采用对称三明治结构，将单层结构分为丙烯酸泡棉芯层和丙烯酸压敏胶层，针对芯层和压敏胶层中的单体含量进行调整，最终芯层具有优异的支撑作用、抗蠕变性能，压敏胶层具有优异的粘结性能，解决了传统胶带无法同时兼顾支撑功能和表面粘结性能的问题。

69、（2）本发明在丙烯酸压敏胶层的丙烯酸酯聚合物b中引入含有羧基和羟基等极性基团的功能性单体，使其与汽车玻璃底涂剂发生化学键连，提高胶带与底涂剂之间的界面粘结强度，解决汽车长期振动和冷热交变工况下界面脱层的问题。

70、（3）本发明的丙烯酸泡棉胶带在芯层和胶层中复配抗氧剂和紫外线吸收剂，使胶带在户外暴晒、高温环境下长期有效，适配汽车的全生命周期。

71、（4）本发明采用两步法溶液聚合和对称复合工艺制备丙烯酸泡棉胶带，反应温和可控，设备兼容性强，显著提升了大规模工业量产的稳定性。