探究即时贴的秘密.doc

发表期刊：《化学教学》 2011年第11期
探究即时贴的秘密
但世辉
（襄阳市东风中学，湖北襄阳 441004）

摘要：通过分析即时贴的内部构成，阐述了即时贴工作时的力学特征，进而研究了即时贴可反复使用的原理。
关键词：即时贴；压敏胶；黏接力；内聚力
1 问题的提出
压敏胶
底涂剂
基 材
背面处理剂
图1 即时贴的结构示意图
人教版普通高中课程标准实验教科书（必修1）第四章介绍了压敏胶黏剂制品（即时贴）的新奇之处：普通的胶水和黏合剂要等到溶剂挥发后才能黏结牢固，而压敏胶黏剂（即时贴）则不同，它同壁虎脚与墙壁间的相互作用原理相似，只需轻轻一压就能黏结牢固，撕下后还不影响被黏物的表面，可反复使用，非常方便。[1]”至于即时贴为何拥有这样优异的使用性能，课本并没有作出相关说明。对此，笔者做出了以下几方面的探讨。
2 即时贴的构成
即时贴一般由压敏胶、底涂剂、基材、背面处理剂等构成（图1）[2],其核心部分为压敏胶。
2.1 压敏胶
压敏胶，顾名思义就是对压力敏感的胶黏剂，它是一类无需借助于溶剂、热或其它手段，只需施加轻度指压，即可与被黏物牢固黏合的胶黏剂，其特点是黏之容易、揭之不难、剥而不损，在较长时间内胶层不会干涸，这也保证了用其制作的胶带（即时贴）可反复使用的优势。根据压敏胶主体材料的成分可将其分为橡胶系列和树脂系列两大类，以下以橡胶型压敏胶为例进行说明。
图2 聚异戊二烯结构简式
橡胶型压敏胶由橡胶弹性体、增黏剂、防老剂等组分溶于溶剂中配制而成。橡胶弹性体需采用平均相对分子质量较大的聚合物制成，包括天然橡胶、异丁烯橡胶、丁苯橡胶等。以天然橡胶为例，其是由人工栽培的三
叶橡胶树分泌的乳汁，经凝固加工而制得，它是以聚异戊二
烯（图2）为主要成分的不饱和状态的天然高分子化合物，
n约为10000左右，相对分子质量分布在10万到180万之间，平均相对分子质量也有70万左右。如此大的平均相对分子质量保证了胶体内部分子之间具有极大的分子间作用力，即具有极高的内聚强度，在压敏胶遭遇外力拉伸时依然能保证胶层不被破坏，进而能够反复使用。
增黏剂是添加于胶黏剂中，对被黏物表面具有湿润作用，并且能够在一定的条件（温度、压力、时间）下产生高黏接性能的物质。由于橡胶弹性体在室温下一般都是固体，本身基本上没有黏性，因此必须在压敏胶中加入增黏剂才能产生黏性。和橡胶弹性体不同的是，增黏剂一般采用相对分子质量较小（一般在200到2000）的树脂制成，主要品种有松香类树脂、石油树脂等。以松香类树脂为例，其是由松香酸和其同分异构体组成，分子式为C19H29COOH，相对分子质量为302。如此低的相对分子质量使其能够很好地溶入压敏胶层中，并且很容易在被黏物表面扩散，从而形成一个很薄黏性层，该黏性层能够在外力作用下发生黏性流动，润湿被黏物表面，从而发生黏合作用。
防老剂主要是为防止橡胶制品的老化。橡胶型压敏胶在使用环境中长期使用通常会因光、热、金属离子的催化作用发生氧化老化。老化的结果是大分子发生断裂、交联等行为而发生化学变化，使物理性能下降，以至黏接失效，因此在橡胶型压敏胶的配方中必须加入适当的防老剂。
2.2 基材、底涂剂和背面处理剂
基材是支撑压敏胶黏剂的材料，常用的基材有塑料薄膜、纸张、发泡材料以及金属箔片等。
底涂剂的主要作用是增强压敏胶和基材之间的黏结力，使胶黏带解卷时压敏胶不残留在基材的背面，同时能保证压敏胶在与被黏物剥离时不残留在被黏物的表面，可使压敏胶反复使用。
背面处理剂又称隔离剂其主要作用在于隔离开基材和压敏胶层，以卷盘状压敏胶为例，隔离剂处于基材和压敏胶层之间，使压敏胶带解卷容易，展开方便。
基材
图3 即时贴的四大黏接性能示意图
被黏物表面
压敏胶层
3 即时贴的工作原理
3.1 即时贴的力学特征
要保证即时贴可重复使用这一优越性能，就必
须在使用时依然能够保障即时贴各组成部分的稳定
性，具体在于压敏胶层的稳定性和清洁型。对于这
一原理可用即时贴的各种黏结性能（图3）进行解释，具体包括初黏力T、黏接力A、内聚力C和黏基力K。
初黏力又称快黏力，是指即时贴与被黏物轻轻地快速接触时所表现出的对被黏物表面的黏接能力，此时即时贴尚未受力；黏接力是指用适当的压力和时间进行黏贴后，即时贴和被黏物表面之间所表现出来的黏结能力，此时即时贴已经受力，和被黏物已经黏合；内聚力是指胶黏剂层本身抵抗外力作用的能力，此时即时贴可能会受到正拉、剪切或剥离三种外力作用；黏基力是指胶黏剂与基材之间的黏结力，用来衡量即时贴受外力作用时胶层和基材抵抗脱离的能力。简言之，初黏力和黏结力用以衡量即时贴与被黏物黏合的能力，其值越大，黏合能力越强；内聚力和黏基力用以衡量即时贴与被黏物抗剥离的能力，其值越大越能保证即时贴各构成部分的完整性，方能保证其使用时的可重复能力[3]。
和一般胶黏剂制品不同的是，即时贴的四大黏合性能往往满足以下平衡关系：K>C>A>T。其中，A>T保证了胶层部分的压敏性，即轻轻一压就会润湿被黏物表面并将被黏物黏牢；C>A保证了胶层内部的内聚力大于胶层表面的黏接力，这样当揭除胶带时才不会出现胶层破坏的现象，不会导致胶黏剂污染被黏物表面、拉丝等弊病，也为即时贴的继续使用提供了可能；K>C保证了当揭除胶带时不会产生胶层脱离基材的现象，进而保证了即时贴的完整性。
3.2 即时贴的使用过程
即时贴的工作过程可以理解为润湿、受力和揭除三个过程。
如前所述，压敏胶为即时贴的核心部分，主要由橡胶弹性体和增黏剂等混合而成。当即时贴的压敏胶层和被黏物表面接触时，由于增黏剂成分的相对分子质量较小，因此增黏剂分子的的移动速率较快，很容易扩散并润湿被黏物的表面，形成一层黏接膜，此时即时贴和被黏物之间开始黏贴；当即时贴受力之后，使得增黏剂各分子与被黏物表面分子间的距离变得非常近，从而产生分子间引力即黏接力，加之增黏剂分子极小故接触面积很小，这样就导致了黏接力数值上的巨大，即黏合能力很强，此时即时贴和被黏物已经黏接的十分牢固；当想重复使用即时贴时，这就表现为揭除的过程，此时即时贴受到外力作用，增黏剂与被黏物表面之间的黏接膜破裂，胶层脱离被黏物表面，同时由于橡胶弹性体材料的相对分子质量较大，分子之间的吸引力即内聚力较强，使得C>A，胶层未被破坏，胶层的完整性使得即时贴具有了反复使用的性能特点[4]。
通过以上作用过程可以看出，即时贴的核心在于压敏胶，压敏胶的性能主要由黏结力和内聚力体现，而这两种力又由材料的相对分子质量的大小决定：相对分子质量越大内聚力越强，相对分子质量越小黏接力越大，这就是为什么教材中讲到“一般选择相对分子质量较大的橡胶或树脂作基料，再加入增黏树脂，就可以达到这一要求（反复使用）”的原因。
参考文献：
[1]宋心琦.化学2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2004：100.
[2]黄玉媛，陈立志，刘汉金等.粘合剂配方[M].北京：中国纺织出版社，2008：265～269.
[3]张翼，齐暑华，段国晨等.压敏胶研究进展[J].中国胶黏剂，2010，19（8）：49～50.
[4]张爱清.压敏胶黏剂[M].北京：化学工业出版社，2002：252～265.