基本信息
- 項目名稱：
- 電工膠帶用耐高溫無鹵阻燃丙烯酸酯共聚乳液的制備及其產(chǎn)業(yè)化
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 我國是目前世界上最大的電子及電器生產(chǎn)制造基地，而電工膠帶多使用美國、日本溶劑型含溴阻燃膠帶，為了響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保政策和打破國外對此類產(chǎn)品的壟斷，我們的研究應(yīng)運而生。 本作品采用預(yù)乳化半連續(xù)種子乳液聚合工藝，通過選擇合適的反應(yīng)型乳化劑、功能單體、反應(yīng)型增粘樹脂和無機納米粒子，并加入自制反應(yīng)型含磷阻燃劑合成乳液；然后加入交聯(lián)固化劑和添加型無鹵阻燃劑，并在膠帶的生產(chǎn)中使體系固化。這樣制備的壓敏膠帶具有環(huán)保、耐高溫和阻燃的顯著特點，并且耐介質(zhì)、耐老化、耐電壓性能優(yōu)良。 目前，本產(chǎn)品已經(jīng)進入生產(chǎn)階段。
- 詳細介紹：
- 近年來全球壓敏膠帶市場以年均約4.7％的速度增加，而我國年增長速度超過9.5%，壓敏膠帶的產(chǎn)量已經(jīng)超過日本僅次于美國，居世界第二位。而且隨著經(jīng)濟的爆炸性發(fā)展、消費者收入的增加、壓敏膠帶行業(yè)的快速發(fā)展以及符合國情需要的壓敏膠帶產(chǎn)品，特別是工業(yè)和特種壓敏膠帶優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品適用性的增強，到 2010年底中國有望超過美國成為世界最大的壓敏膠帶市場。 雖然中國的壓敏膠制品產(chǎn)量非常大，但是生產(chǎn)壓敏膠制品的企業(yè)多數(shù)是勞動密集型企業(yè)，它們生產(chǎn)的產(chǎn)品附加值低，利潤微薄。目前我國大部分膠帶屬于包裝用低端產(chǎn)品，其他的電器膠帶，汽車膠帶，美紋紙膠帶，保護膠帶等中高端產(chǎn)品，70%以上依賴進口。特別地，中國是全球領(lǐng)先的電子裝配膠帶的主導(dǎo)市場之一，但使用的基本都是美國、日本等進口膠帶，這對于中國壓敏膠帶和電子電器行業(yè)的發(fā)展非常不利。 目前常用的電工壓敏膠為溶劑型壓敏膠，雖然其綜合性能優(yōu)良，適合用于電子電器方面，但是由于采用了有機溶劑，因此在生產(chǎn)和使用過程中會污染環(huán)境，危害人們的身心健康。這使它的開發(fā)與利用有一定的限制。 近年來，以乳液型壓敏膠取代溶劑型壓敏膠成為研究的熱點。乳液型壓敏膠以其水性、無毒、低成本使人們意識到其廣闊的應(yīng)用前景。尤其以具有優(yōu)良耐候性、耐光性、耐堿性的聚丙烯酸酯乳液最為熱門。但聚丙烯酸酯乳液的不足也同樣突出，如耐高溫性、耐水性不足等。目前，乳液型聚丙烯酸酯壓敏膠僅能用于一些如包裝密封低端產(chǎn)品使用。但隨著一系列對聚丙烯酸酯乳液改性技術(shù)的深入，其壓敏膠的性能不斷提高，必將成為未來壓敏膠發(fā)展的導(dǎo)向。 由于電工用壓敏膠帶易燃，在電路短路或者放電時容易引發(fā)火災(zāi)，對人們生命和財產(chǎn)的安全構(gòu)成很大的威脅，因此開發(fā)阻燃型電工用壓敏膠帶具有重大的意義。目前常用的阻燃型壓敏膠是含鹵的，這種含鹵阻燃型壓敏膠在燃燒時會生成大量的煙、有毒及腐蝕性氣體，因此在歐美一些發(fā)達國家已經(jīng)禁用含鹵阻燃劑。而目前使用的無鹵阻燃劑為添加型，用量大，與基體的相容性差，阻燃持久性不強，同時大幅的降低膠粘帶或者膜的力學(xué)等性能，嚴重限制其應(yīng)用范圍。 針對目前溶劑型和含鹵阻燃壓敏膠的所面臨的環(huán)境問題，添加型無鹵阻燃壓敏膠阻燃持久性、膠粘帶或者膜的力學(xué)等不足，乳液型壓敏膠耐高溫性、耐水性差并且易燃的缺點；打破國外溶劑型含鹵阻燃電工用壓敏膠對我國該類市場的壟斷；滿足我國對電工用壓敏膠日益增長的需求，我們開展了我們的研究工作。 乳液型壓敏膠目前常用交聯(lián)的方法來提高其耐高溫性和內(nèi)聚力。交聯(lián)可分為內(nèi)交聯(lián)和外交聯(lián)，本作品采用內(nèi)外交聯(lián)相結(jié)合的方法提高乳液型壓敏膠的耐高溫性，采用可聚合乳化劑提高耐水性、抗遷移性，反應(yīng)型和添加型無鹵阻燃劑并用提高阻燃性，反應(yīng)型增粘樹脂及無機納米粒子提高力學(xué)性能等方法制備出性能優(yōu)異的乳液型壓敏膠。本作品制備出來的壓敏膠耐高溫性達到200℃，阻燃性能達到V0級，并且各項性能良好。 本作品是具有突出耐高溫、阻燃等性能的壓敏膠粘帶，主要應(yīng)用于飛機汽車制造，變壓器、馬達、電子電器、儀表、軍工等領(lǐng)域的絕緣、密封、保護、固定、減震等。 本發(fā)明已達國際領(lǐng)先水平，首次使用乳液型壓敏膠生產(chǎn)高檔膠帶的，并填補了國內(nèi)許多壓敏膠帶行業(yè)的空白。同時，本發(fā)明的生產(chǎn)成本僅為國外溶劑型亞克力產(chǎn)品的1/2，有機硅產(chǎn)品的1/5。本產(chǎn)品以其性能和價格上的優(yōu)勢，必能在國內(nèi)外得推廣使用，將會創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟效益。 本發(fā)明又以自身的水性、環(huán)保，在生產(chǎn)使用過程中不會對人體、環(huán)境以及電器部件產(chǎn)生傷害的特點，在創(chuàng)造經(jīng)濟效益的同時，又兼顧了環(huán)境和社會效益，必將成為日后壓敏膠的主流產(chǎn)品。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 1.目的：響應(yīng)國家環(huán)保節(jié)能政策，針對目前高檔電工用膠帶為溶劑型壓敏膠，使用含鹵阻燃劑的問題，制備出乳液型耐高溫無鹵阻燃壓敏膠帶，打破美國3M和日本日東公司（溶劑型）的壟斷，促進我國膠帶行業(yè)和電子電器、汽車制造行業(yè)的發(fā)展。 2.基本思路：①選擇或合成合適的功能單體、乳化劑、交聯(lián)劑等原料，設(shè)計合理的配方，優(yōu)化具體工藝條件。②通過在聚合中加入自制反應(yīng)性含磷阻燃劑和協(xié)同無鹵阻燃劑達到阻燃目的。③內(nèi)外交聯(lián)技術(shù)和無機納米粒子的雙重措施來提升耐高溫性能。④反應(yīng)性增粘樹脂改性提高力學(xué)性能。⑤采用反應(yīng)性乳化劑以獲得較好的抗遷出性與耐水性。 3.創(chuàng)新點：①內(nèi)外交聯(lián)及無機納米粒子提高耐高溫性，反應(yīng)性增粘樹脂保證力學(xué)性能；②自制反應(yīng)性無鹵阻燃劑提高阻燃性；③反應(yīng)性乳化劑提高耐水和抗遷移性。 4.技術(shù)關(guān)鍵：①為保證產(chǎn)品耐溫及力學(xué)穩(wěn)定性，盡可能確保所有原料和助劑具有反應(yīng)性；②反應(yīng)型含磷阻燃劑的制備和協(xié)同磷氮阻燃劑的選??；③反應(yīng)性乳化劑、增粘樹脂、納米粒子、交聯(lián)劑的選擇，搭配及投料方式。 5.技術(shù)指標 固含量：55±1%; 粘度:1000±100mPa.s 初粘力:15＃-28#;剝離強度:230-400N/m 持粘力:>30天; 耐甲苯:溶脹不明顯 耐凡立水:無翹頭及殘膠 耐高溫:200℃; 耐電壓:>4.5kV 老化性能:通過; 阻燃性能:V0級
科學(xué)性、先進性
- 目前常用的電工用壓敏膠是溶劑型壓敏膠，雖然其綜合性能優(yōu)良，但是由于采用了有機溶劑，因此在生產(chǎn)和使用過程中會污染環(huán)境，危害人們的身體健康。 乳液型壓敏膠特別是聚丙烯酸酯乳液壓敏膠以環(huán)保、節(jié)能，并具有優(yōu)良的耐候性，引起了人們的重視。但其在電工膠帶方面使用存在著耐高溫性差的問題，限制了在高端產(chǎn)品中的應(yīng)用。 目前常用的阻燃型壓敏膠是含鹵的，在燃燒時會生成大量的煙、有毒及腐蝕性氣體，污染環(huán)境，在歐美一些發(fā)達國家已經(jīng)禁用。 因此本作品與目前壓敏膠相比有如下特點和顯著進步： ①水性環(huán)保，成本低。采用乳液聚合技術(shù)制備環(huán)保、節(jié)能、綠色的乳液型壓敏膠（部分）取代目前溶劑型壓克力、橡膠及有機硅壓敏膠，使整體成本降低50％-80%。 ②反應(yīng)性與添加型復(fù)合無鹵阻燃，不僅阻燃持久性和阻燃效果好，而且保持了壓敏膠的力學(xué)性能。 ③耐高溫（200℃），使乳液型壓敏膠的耐高溫性從130℃提高到200℃。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年5月榮獲**省第十屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎 2008年11月榮獲第六屆“挑戰(zhàn)杯”中國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃競賽金獎 2008年9月榮獲**“迎奧運”知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新大賽特別獎 2007年9月榮獲第十七屆全國發(fā)明展覽會金獎
作品所處階段
- 在廣東新豐杰力電力材料有限公司中試成功并開始批量生產(chǎn)。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品；圖片；樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 1.使用說明：目前高檔膠帶主要依靠進口，而這些膠帶又是溶劑型丙烯酸酯、有機硅型，本作品攻克眾多技術(shù)難點，首次使用乳液型壓敏膠生產(chǎn)高檔膠帶，打破了國外壟斷，填補了國內(nèi)許多壓敏膠帶行業(yè)的空白。 2.技術(shù)特點和優(yōu)勢：①水性環(huán)保，成本低;②耐高溫（200℃）無鹵阻燃性;③耐介質(zhì)及電性能優(yōu)異。 3.推廣前景的技術(shù)性說明及適用范圍：本產(chǎn)品是乳液型聚丙烯酸酯壓敏膠，具有環(huán)保、成本低的優(yōu)勢；其次，無鹵阻燃符合國際發(fā)展趨勢；第三，通過內(nèi)外交聯(lián)、反應(yīng)性增粘樹脂改性提高了產(chǎn)品的耐溫、耐溶劑、力學(xué)等性能。 本作品主要應(yīng)用于飛機汽車制造，電子電器、變壓器、馬達、儀表、軍工等領(lǐng)域的絕緣、密封、保護、固定、減震等。 4.市場分析及經(jīng)濟效益預(yù)測：目前，我國高檔電工膠帶需求以每年10%的速度增長，但主要依賴進口。本發(fā)明在滿足性能的同時，生產(chǎn)成本僅為溶劑型亞克力產(chǎn)品的1/2，有機硅產(chǎn)品的1/5。若按國內(nèi)2008的需求量計算，本發(fā)明大約可創(chuàng)造500億元的利潤。
同類課題研究水平概述
- 壓敏膠種類繁多，而乳液型壓敏膠在壓敏膠中產(chǎn)量最高應(yīng)用最廣，但一般多用于低端產(chǎn)品，其耐水、耐高溫性及電性能差等缺點使其難登大雅之堂。近些年來，國內(nèi)外對其進行大量改性研究。 1 交聯(lián)改性：丙烯酸酯的交聯(lián)改性有內(nèi)交聯(lián)和外交聯(lián)。內(nèi)交聯(lián)是在乳液聚合過程中通過功能單體之間的反應(yīng)來實現(xiàn)，但交聯(lián)密度低，耐溶劑和耐溫性不好；外交聯(lián)是在基體乳液中加入交聯(lián)劑，在制備膠帶的烘道中發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，這樣可以避免因充分交聯(lián)引起乳液的粘度過大，有利于涂布，但外交聯(lián)會引起力學(xué)性能的急劇下降，大大限制了其應(yīng)用。 2 增粘樹脂改性：在丙烯酸酯乳液中加入分子量較小的增粘樹脂乳液可以降低聚合物與被粘表面的界面張力，增加壓敏膠的力學(xué)性能。但丙烯酸酯樹脂與增粘樹脂的相容性較差，因此增黏效果不好。同時，松香及乳化松香中的乳化劑容易富集和遷移，導(dǎo)致耐候性和耐溫性不佳。 3 反應(yīng)性乳化劑改性：傳統(tǒng)乳化劑為小分子，其存在使壓敏膠易吸水變白，內(nèi)聚強度下降；乳化劑（特別是在高溫下）還可能遷移到膠接界面并富集，引起界面粘接性能下降。因此，減少乳化劑的用量或采用特殊的乳化劑可提高壓敏膠的耐水性及穩(wěn)定性。現(xiàn)多用無皂化乳液聚合來改善壓敏膠的耐水性。 4 有機硅改性：乳液型壓敏膠的低溫柔韌性和高溫穩(wěn)定性較差，難以粘接低表面能的材料。將有機硅與丙烯酸酯乳液共混，或者用含雙鍵的有機硅單體與丙烯酸酯單體進行乳液共聚合，可制得有機硅改性的丙烯酸酯乳液壓敏膠。有機硅能賦予產(chǎn)品良好的低溫柔韌性、高溫穩(wěn)定性、耐油性、耐候性及耐水性等，但存在著相容性差的問題。 5 納米無機粒子改性：隨著納米技術(shù)、表面改性技術(shù)以及乳液聚合技術(shù)的發(fā)展，納米粒子引入到丙烯酸酯乳液中成為目前研究的熱點。納米無機粒子改性丙烯酸酯乳液壓敏膠具有在保持有機高分子乳液成膜性好、柔軟性優(yōu)良的基礎(chǔ)上，又兼有無機物的不燃性、耐熱性、耐候性、耐溶劑性等優(yōu)點。 6 阻燃改性：壓敏膠在電器工業(yè)中的應(yīng)用，往往在阻燃方面有較高的要求。傳統(tǒng)的含鹵型阻燃劑雖然能達到較好的阻燃能力，但隨著一列的環(huán)保標準的頒布，其應(yīng)用受到限制。有機磷氮系阻燃劑是一種具有較好阻燃性能的阻燃劑，目前主要為添加型，而且用量大，導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降。
