热塑性弹性体SIS的改性制备及对热熔压敏胶性能的影响研究

作     者：冯道硕 

作者单位：山东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄昊飞;荣卫锋

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：SIS嵌段共聚物 热塑性弹性体 化学改性 物理掺杂改性 热熔压敏胶 

摘      要：聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯(SIS)是一种广泛使用的嵌段型热塑性弹性体,也被称为热塑性橡胶,是继天然橡胶、合成橡胶后的第三代橡胶。因具有高弹性、易加工、低模量、低粘度、易共混、余料可重复利用等特点而被广泛用于胶粘剂、建筑涂料、油墨、装饰防水卷材、塑料及沥青改性等领域。但SIS属于非极性高聚物,与极性材料的相容性和粘结性较差,因此SIS产品的使用范围受到一定限制。本论文首先进行SIS的制备工艺探索工作,确定最优的聚合反应条件,随后对制备的SIS进行亲水性改性,最后制备亲水性SIS基热熔压敏胶。1、SIS制备:以阴离子聚合为机理、环己烷为溶剂、正丁基锂为引发剂和苯乙烯、异戊二烯为原料通过三步加料法制备SIS,通过实验研究了聚合温度和时间对聚合收率的影响并通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定SIS的分子量。研究结果显示:当一嵌段反应温度为65℃、反应时间为30 min,二嵌段反应温度为80–85℃、反应时间为30 min,三嵌段反应温度为80–85℃、反应时间为25-30 min时,制备的SIS聚合收率最佳,GPC显示的M为111685。其次,参照美国科腾公司的D1111和D1162两种产品制备出两种型号的SIS产品。2、SIS亲水性改性。本文采用三种方法进行改性,(1)聚合改性:以甲苯为溶剂、正丁基锂为引发剂、2-乙烯基吡啶(2-VP)为功能性单体、苯乙烯和异戊二烯为基本单体使用分步加料法制备聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯-聚乙烯吡啶(SISV)的四嵌段聚合物、聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚乙烯吡啶(SIV)的三嵌段聚合物和聚异戊二烯-聚乙烯吡啶(IV)两嵌段聚合物。水接触角和水膨张度测试结果显示,SISV、SIV和IV的亲水性均优于SIS。(2)物理掺混改性:以正丁基锂为引发剂引发2-VP聚合制备聚乙烯吡啶(PVP)。按不同掺杂比例掺杂到SIS中,测试表明各掺杂比例的亲水性均优于本体SIS且在60 wt%掺杂比例制备出的膜亲水性效果最佳。(3)磺化改性:以乙酰硫酸盐为磺化剂,在N气氛中合成不同磺化度的磺化SIS,水接触角和水膨张度测试表明:各掺杂比例的磺化SIS亲水性均优于SIS并在60 wt%达到最佳。3、热熔压敏胶的制备。通过机械搅拌在一定温度下将增粘树脂、抗氧化剂、填料和改性SIS分步加入,冷却到一定温度后倒入模具中得到热熔压敏胶。研究结果表明:物理掺杂PVP改性出的SIS基热熔压敏胶,力学性能测试结果显示,除在10%和20%掺杂比例下性能略有下降外,其余掺杂比例下力学性能均未受影响,其中在掺杂比例为60%时,180°剥离强度达到最佳,掺杂比例为80%时,初粘力强度达到最佳;亲水性测试结果表明,掺杂PVP的SIS基热熔压敏胶亲水性均好于纯SIS基热熔压敏胶。化学聚合改性SIS基热熔压敏胶,力学性能方面SIV基热熔压敏胶与纯SIS基热熔压敏胶相比则基本不变,SISV和IV基热熔压敏胶的降幅维持在5%左右;亲水性测试结果显示SISV、SIV和IV基热熔压敏胶的亲水性测试也优于纯SIS基热熔压敏胶。物理掺杂与化学聚合两种改性出的胶粘剂比较发现,在相同PVP含量时,化学聚合改性SIS基热熔胶的亲水性优于掺杂改性,稳定性更高。