基本信息
- 项目名称：
- 电工胶带用耐高温无卤阻燃丙烯酸酯共聚乳液的制备及其产业化
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 我国是目前世界上最大的电子及电器生产制造基地，而电工胶带多使用美国、日本溶剂型含溴阻燃胶带，为了响应国家节能环保政策和打破国外对此类产品的垄断，我们的研究应运而生。 本作品采用预乳化半连续种子乳液聚合工艺，通过选择合适的反应型乳化剂、功能单体、反应型增粘树脂和无机纳米粒子，并加入自制反应型含磷阻燃剂合成乳液；然后加入交联固化剂和添加型无卤阻燃剂，并在胶带的生产中使体系固化。这样制备的压敏胶带具有环保、耐高温和阻燃的显著特点，并且耐介质、耐老化、耐电压性能优良。 目前，本产品已经进入生产阶段。
- 详细介绍：
- 近年来全球压敏胶带市场以年均约4.7％的速度增加，而我国年增长速度超过9.5%，压敏胶带的产量已经超过日本仅次于美国，居世界第二位。而且随着经济的爆炸性发展、消费者收入的增加、压敏胶带行业的快速发展以及符合国情需要的压敏胶带产品，特别是工业和特种压敏胶带优质产品适用性的增强，到 2010年底中国有望超过美国成为世界最大的压敏胶带市场。 虽然中国的压敏胶制品产量非常大，但是生产压敏胶制品的企业多数是劳动密集型企业，它们生产的产品附加值低，利润微薄。目前我国大部分胶带属于包装用低端产品，其他的电器胶带，汽车胶带，美纹纸胶带，保护胶带等中高端产品，70%以上依赖进口。特别地，中国是全球领先的电子装配胶带的主导市场之一，但使用的基本都是美国、日本等进口胶带，这对于中国压敏胶带和电子电器行业的发展非常不利。 目前常用的电工压敏胶为溶剂型压敏胶，虽然其综合性能优良，适合用于电子电器方面，但是由于采用了有机溶剂，因此在生产和使用过程中会污染环境，危害人们的身心健康。这使它的开发与利用有一定的限制。 近年来，以乳液型压敏胶取代溶剂型压敏胶成为研究的热点。乳液型压敏胶以其水性、无毒、低成本使人们意识到其广阔的应用前景。尤其以具有优良耐候性、耐光性、耐碱性的聚丙烯酸酯乳液最为热门。但聚丙烯酸酯乳液的不足也同样突出，如耐高温性、耐水性不足等。目前，乳液型聚丙烯酸酯压敏胶仅能用于一些如包装密封低端产品使用。但随着一系列对聚丙烯酸酯乳液改性技术的深入，其压敏胶的性能不断提高，必将成为未来压敏胶发展的导向。 由于电工用压敏胶带易燃，在电路短路或者放电时容易引发火灾，对人们生命和财产的安全构成很大的威胁，因此开发阻燃型电工用压敏胶带具有重大的意义。目前常用的阻燃型压敏胶是含卤的，这种含卤阻燃型压敏胶在燃烧时会生成大量的烟、有毒及腐蚀性气体，因此在欧美一些发达国家已经禁用含卤阻燃剂。而目前使用的无卤阻燃剂为添加型，用量大，与基体的相容性差，阻燃持久性不强，同时大幅的降低胶粘带或者膜的力学等性能，严重限制其应用范围。 针对目前溶剂型和含卤阻燃压敏胶的所面临的环境问题，添加型无卤阻燃压敏胶阻燃持久性、胶粘带或者膜的力学等不足，乳液型压敏胶耐高温性、耐水性差并且易燃的缺点；打破国外溶剂型含卤阻燃电工用压敏胶对我国该类市场的垄断；满足我国对电工用压敏胶日益增长的需求，我们开展了我们的研究工作。 乳液型压敏胶目前常用交联的方法来提高其耐高温性和内聚力。交联可分为内交联和外交联，本作品采用内外交联相结合的方法提高乳液型压敏胶的耐高温性，采用可聚合乳化剂提高耐水性、抗迁移性，反应型和添加型无卤阻燃剂并用提高阻燃性，反应型增粘树脂及无机纳米粒子提高力学性能等方法制备出性能优异的乳液型压敏胶。本作品制备出来的压敏胶耐高温性达到200℃，阻燃性能达到V0级，并且各项性能良好。 本作品是具有突出耐高温、阻燃等性能的压敏胶粘带，主要应用于飞机汽车制造，变压器、马达、电子电器、仪表、军工等领域的绝缘、密封、保护、固定、减震等。 本发明已达国际领先水平，首次使用乳液型压敏胶生产高档胶带的，并填补了国内许多压敏胶带行业的空白。同时，本发明的生产成本仅为国外溶剂型亚克力产品的1/2，有机硅产品的1/5。本产品以其性能和价格上的优势，必能在国内外得推广使用，将会创造出巨大的经济效益。 本发明又以自身的水性、环保，在生产使用过程中不会对人体、环境以及电器部件产生伤害的特点，在创造经济效益的同时，又兼顾了环境和社会效益，必将成为日后压敏胶的主流产品。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.目的：响应国家环保节能政策，针对目前高档电工用胶带为溶剂型压敏胶，使用含卤阻燃剂的问题，制备出乳液型耐高温无卤阻燃压敏胶带，打破美国3M和日本日东公司（溶剂型）的垄断，促进我国胶带行业和电子电器、汽车制造行业的发展。 2.基本思路：①选择或合成合适的功能单体、乳化剂、交联剂等原料，设计合理的配方，优化具体工艺条件。②通过在聚合中加入自制反应性含磷阻燃剂和协同无卤阻燃剂达到阻燃目的。③内外交联技术和无机纳米粒子的双重措施来提升耐高温性能。④反应性增粘树脂改性提高力学性能。⑤采用反应性乳化剂以获得较好的抗迁出性与耐水性。 3.创新点：①内外交联及无机纳米粒子提高耐高温性，反应性增粘树脂保证力学性能；②自制反应性无卤阻燃剂提高阻燃性；③反应性乳化剂提高耐水和抗迁移性。 4.技术关键：①为保证产品耐温及力学稳定性，尽可能确保所有原料和助剂具有反应性；②反应型含磷阻燃剂的制备和协同磷氮阻燃剂的选取；③反应性乳化剂、增粘树脂、纳米粒子、交联剂的选择，搭配及投料方式。 5.技术指标 固含量：55±1%; 粘度:1000±100mPa.s 初粘力:15＃-28#;剥离强度:230-400N/m 持粘力:>30天; 耐甲苯:溶胀不明显 耐凡立水:无翘头及残胶 耐高温:200℃; 耐电压:>4.5kV 老化性能:通过; 阻燃性能:V0级
科学性、先进性
- 目前常用的电工用压敏胶是溶剂型压敏胶，虽然其综合性能优良，但是由于采用了有机溶剂，因此在生产和使用过程中会污染环境，危害人们的身体健康。 乳液型压敏胶特别是聚丙烯酸酯乳液压敏胶以环保、节能，并具有优良的耐候性，引起了人们的重视。但其在电工胶带方面使用存在着耐高温性差的问题，限制了在高端产品中的应用。 目前常用的阻燃型压敏胶是含卤的，在燃烧时会生成大量的烟、有毒及腐蚀性气体，污染环境，在欧美一些发达国家已经禁用。 因此本作品与目前压敏胶相比有如下特点和显著进步： ①水性环保，成本低。采用乳液聚合技术制备环保、节能、绿色的乳液型压敏胶（部分）取代目前溶剂型压克力、橡胶及有机硅压敏胶，使整体成本降低50％-80%。 ②反应性与添加型复合无卤阻燃，不仅阻燃持久性和阻燃效果好，而且保持了压敏胶的力学性能。 ③耐高温（200℃），使乳液型压敏胶的耐高温性从130℃提高到200℃。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年5月荣获**省第十届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖 2008年11月荣获第六届“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛金奖 2008年9月荣获**“迎奥运”知识产权创新大赛特别奖 2007年9月荣获第十七届全国发明展览会金奖
作品所处阶段
- 在广东新丰杰力电力材料有限公司中试成功并开始批量生产。
技术转让方式
作品可展示的形式
- 实物、产品；图片；样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.使用说明：目前高档胶带主要依靠进口，而这些胶带又是溶剂型丙烯酸酯、有机硅型，本作品攻克众多技术难点，首次使用乳液型压敏胶生产高档胶带，打破了国外垄断，填补了国内许多压敏胶带行业的空白。 2.技术特点和优势：①水性环保，成本低;②耐高温（200℃）无卤阻燃性;③耐介质及电性能优异。 3.推广前景的技术性说明及适用范围：本产品是乳液型聚丙烯酸酯压敏胶，具有环保、成本低的优势；其次，无卤阻燃符合国际发展趋势；第三，通过内外交联、反应性增粘树脂改性提高了产品的耐温、耐溶剂、力学等性能。 本作品主要应用于飞机汽车制造，电子电器、变压器、马达、仪表、军工等领域的绝缘、密封、保护、固定、减震等。 4.市场分析及经济效益预测：目前，我国高档电工胶带需求以每年10%的速度增长，但主要依赖进口。本发明在满足性能的同时，生产成本仅为溶剂型亚克力产品的1/2，有机硅产品的1/5。若按国内2008的需求量计算，本发明大约可创造500亿元的利润。
同类课题研究水平概述
- 压敏胶种类繁多，而乳液型压敏胶在压敏胶中产量最高应用最广，但一般多用于低端产品，其耐水、耐高温性及电性能差等缺点使其难登大雅之堂。近些年来，国内外对其进行大量改性研究。 1 交联改性：丙烯酸酯的交联改性有内交联和外交联。内交联是在乳液聚合过程中通过功能单体之间的反应来实现，但交联密度低，耐溶剂和耐温性不好；外交联是在基体乳液中加入交联剂，在制备胶带的烘道中发生交联反应，这样可以避免因充分交联引起乳液的粘度过大，有利于涂布，但外交联会引起力学性能的急剧下降，大大限制了其应用。 2 增粘树脂改性：在丙烯酸酯乳液中加入分子量较小的增粘树脂乳液可以降低聚合物与被粘表面的界面张力，增加压敏胶的力学性能。但丙烯酸酯树脂与增粘树脂的相容性较差，因此增黏效果不好。同时，松香及乳化松香中的乳化剂容易富集和迁移，导致耐候性和耐温性不佳。 3 反应性乳化剂改性：传统乳化剂为小分子，其存在使压敏胶易吸水变白，内聚强度下降；乳化剂（特别是在高温下）还可能迁移到胶接界面并富集，引起界面粘接性能下降。因此，减少乳化剂的用量或采用特殊的乳化剂可提高压敏胶的耐水性及稳定性。现多用无皂化乳液聚合来改善压敏胶的耐水性。 4 有机硅改性：乳液型压敏胶的低温柔韧性和高温稳定性较差，难以粘接低表面能的材料。将有机硅与丙烯酸酯乳液共混，或者用含双键的有机硅单体与丙烯酸酯单体进行乳液共聚合，可制得有机硅改性的丙烯酸酯乳液压敏胶。有机硅能赋予产品良好的低温柔韧性、高温稳定性、耐油性、耐候性及耐水性等，但存在着相容性差的问题。 5 纳米无机粒子改性：随着纳米技术、表面改性技术以及乳液聚合技术的发展，纳米粒子引入到丙烯酸酯乳液中成为目前研究的热点。纳米无机粒子改性丙烯酸酯乳液压敏胶具有在保持有机高分子乳液成膜性好、柔软性优良的基础上，又兼有无机物的不燃性、耐热性、耐候性、耐溶剂性等优点。 6 阻燃改性：压敏胶在电器工业中的应用，往往在阻燃方面有较高的要求。传统的含卤型阻燃剂虽然能达到较好的阻燃能力，但随着一列的环保标准的颁布，其应用受到限制。有机磷氮系阻燃剂是一种具有较好阻燃性能的阻燃剂，目前主要为添加型，而且用量大，导致产品性能下降。
