2.1　热熔压敏胶的组成

热熔压敏胶通常由4个主要成分组成：苯乙烯嵌段共聚物（SBC）、增黏剂（天然和石油树脂）、增塑剂（各类矿物油）和抗氧化剂（AO）。这4个组成成分有各自的功能与流变性。本章只讨论各个组成成分的功能。

2.1.1　苯乙烯嵌段共聚物

SBC为热熔压敏胶提供了内聚力、强度和耐热性。室温下苯乙烯相（塑料相）在胶黏剂中形成物理性交联网络。SBC在苯乙烯相的玻璃化转变温度以上熔融并且可以流动，这个温度大约为90～110℃。热熔压敏胶市场中有4种常用的SBC：苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（SIS）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）、苯乙烯-（乙烯-丁烯）-苯乙烯（SEBS，氢化的SBS）和苯乙烯-（乙烯-丙烯）-苯乙烯（SEPS，氢化的SIS）。这些SBC的分子结构如图2-1中所示。每种SBC都有着自身特殊的分子结构，可用于各式各样的特殊应用场合。

早期Dow Chemical曾经将SIS的部分苯乙烯改为α-甲基-苯乙烯（alpha-methyl-styrene，AMS），用以提高SIS的耐热性。因为AMS本身可以得到将近160℃的软化温度。如果该计划成功，SIS的耐热应用市场将可大幅提升，特别是汽车市场。不过，因为α-甲基-苯乙烯与中间嵌段（例如，异戊二烯）的兼容性较苯乙烯佳，形成SAMS-（Random SAMS/Isoprene）-Soprene-（Random Isoprene/SAMS）-SAMS的五段结构，使得该计划并没有得到预期的耐热性。最后该计划中止。为了环境保护及提高热熔压敏胶的耐热性及耐增塑剂性能，未来的原料制造厂及胶黏剂研究者应在热熔压敏胶的耐热性和耐增塑剂性能方面继续努力。

SBC中苯乙烯含量（质量分数）、偶联度（三嵌段百分含量）比例和熔体流动速率（MFR）（或称为熔融指数，MI）是影响热熔压敏胶黏性能和加工性能的三个关键分子结构参数。SBC的形态如图2-2所示[24]。每个单独的SBC分子链都是由中间嵌段（橡胶相）和端嵌段（塑料相）组成的。这些端嵌段结合在一起时就形成了物理性交联相。当周围温度高于物理性交联相的软化点时，这些结合的相就会再熔融分开。当苯乙烯含量增加时，物理性交联相（塑料相）的形态会从圆球状（spherical）变成柱状，进而成为板状。相同的配方，苯乙烯含量增加时，胶黏剂就会较硬。如果二嵌段比例增加（三嵌段比例减少），胶黏剂较会流动或润湿接触表面。很多应用的差异其实就在热熔胶在施胶或接合时的流动性与接触面积。MFR（MI）值越大，表示高分子的分子量越小，也因此可得较低的熔融黏度或稠度。反过来说，当一个SIS的MI值越低，高分子的分子量越大，就表示相同的配方混合后的稠度较高。虽然配方会呈现类似的剥离力与初黏力，但是配方的耐热剪切或高温内聚力会较高。SAFT（剪切粘接失效温度）也会相对升高。因此，提供稳定的批次间MI值，对于SBC制造商是非常重要的。目前许多SBC的制造商多提供混合后SBC的MI值。往往配方者或下游工厂人员得到相同或相似的MI值，却得不到相似的耐热剪切失效温度SAFT或高温持黏力。这是因为MI值分布不均所造成。总而言之，对于一个配方者而言，苯乙烯含量、二嵌段比例和熔体流动速率都是研究热熔压敏胶重要的信息。我们会在后面章节里讨论个别SBC提供物性的流变性。

2.1.2　增黏剂

增黏剂是使用石油或天然原料合成的低分子量聚合物，软化点的范围从室温以下到160℃；分子量300～2500。增黏剂可以为胶黏剂提供特殊的黏着性和较低的熔体黏度。热熔压敏胶最常使用的增黏剂有两大类（图2-3）。

（1）石油烃类树脂[25]　C5（脂肪族）、C9（芳香族）、C10（双环戊二烯，DCPD）、C5/C9（共增黏剂）、C9/C10（共增黏剂）和它们的加氢树脂（图2-4）。这些增黏剂的单体都是从石油裂解和精馏得到的。

（2）天然树脂　松香、萜烯以及它们的衍生物。萜烯是从松节油的馏分和柑橘中得到的。α-蒎烯、β-蒎烯和柠檬烯是三种主要类型的萜烯原料（图2-5）。松香可以直接从松树中得到（图2-6）。松香酸的三个来源是：①脂松香，直接从成活的松树上割浆采收；②木松香，从老树根中馏出；③浮油松香，为木纤维制浆过程中的副产物（图2-7）。

增黏剂的选择主要取决于所用的SBC和应用市场。SBC和增黏剂兼容时，混合得到的热熔压敏胶是透明的，而且室温黏性通常比较高。兼容性较差或不兼容的SBC和增黏剂共混物则呈现浑浊或不透明状，室温黏性较低或者根本不黏。目前有很多增黏剂的制造厂商可以提供各式各样及不同分子量或软化点的增黏剂来调整胶黏剂的特性。然而，若无法在分馏时控制在增黏剂中同分异构体，如异戊二烯（isoprene）、间戊二烯（piperylene）和双环戊二烯（cyclo-pentadiene）的比例，就无法得到相同或类似的C5树脂，也就无法与SBC得到兼容性相同的结果。进而会使胶黏剂得不到相同的胶黏物性。因此，增黏剂的制造厂应尽可能提供同分异构体相同比例的增黏剂。当然，每一次都得到相同的软化点或分子量的树脂，就可以使混合后的热熔压敏胶得到相同或类似的玻璃化转变温度，也因此可得到相同或类似的胶黏物性。

增黏剂的分子量和软化点有直接关系。分子量越大则软化点越高。相同的热熔压敏胶配方，加入不同软化点的树脂，固然会得到不同的耐热性，但也使热熔压敏胶的耐低温性产生变化。通常，加入软化点较高的增黏剂，会得到略高的耐高温性能但同时也会损失一些耐低温的特性。因为热熔压敏胶的玻璃化转变温度会随着增黏剂的软化点增高而上升。这里的平衡点必须和SBC与加入的矿物油种类共同思考。

有许多人不明白增黏剂制造厂为何很少提供较低软化点增黏剂的主要原因。通常，增黏剂在低于软化点45℃以下的温度储存时会有结块现象。如果增黏剂在夏天储存，且在没有空调的仓库内，100℃的增黏剂可能没有结块的现象（100℃-45℃=55℃），但是85℃（85℃-45℃=40℃）或以下的增黏剂可能就会开始结块。为了解决此问题，三方面人员须共同努力。合成增黏剂人员要提供具有稳定的低软化点的增黏剂；使用厂仓库的温度在夏天时要尽量降低；必要时，使用厂须将已结块的增黏剂预先打碎再投入混合设备内。如此便可很容易借由低软化点的增黏剂得到耐低温性较佳的热熔压敏胶。

2.1.3　增塑剂

增塑剂或是矿物油可以有效地大幅降低胶黏剂的硬度和熔融黏度，改善热熔压敏胶的耐低温性能，同时还可以降低胶黏剂的配方成本。SBC基热熔压敏胶配方中常用的增塑剂有两种类型，矿物油与聚丁烯油（polybutene oil）。每一种矿物油是含有不同比例链烷基（Cp）、环烷基（Cn）和芳香基（Ca）组分的混合物（图2-8）。具有不同比例碳型类别或溶解度参数的矿物油与所选用SBC有不同程度的兼容性，因此会对胶黏性造成不同程度的影响，特别是耐低温和耐高温的性能。通常含有Ca的矿物油，芳香烃（aromatic）会与苯乙烯互溶，明显地降低胶黏剂的耐热性，不建议使用于SBC中。另外，每种矿物油的玻璃化转变温度不同（这部分可以从各矿物油流变性的结果获得），通常Cp值越高或Cn值越低，玻璃化转变温度越低。不同来源的矿物油和相同比例的SBC混合后的胶黏剂玻璃化转变温度会改变，也因此得不到相同的胶黏物性。建议在使用所选择的矿物油之前先了解每种矿物油的特性。流变数据是很好的依据。聚丁烯油CH2—CH（CH2CH3的极性或兼容指数非常低，因此和多数没有加氢的SBC的橡胶中嵌段不太兼容。在与SBC混合使用时，聚丁烯油的氢化程度和分子量是两个兼容性的重要参数。氢化程度越高则极性越小，与橡胶中嵌段的兼容性越差。分子量越低，与SBC的兼容性越好。以聚丁烯油取代矿物油虽可以大幅提高热熔压敏胶的内聚力和耐热性，但是会因与橡胶中嵌段兼容性较差而渗油，因而导致翘边的问题较为明显，需要注意。

通常矿物油的使用量要控制在40 phr（SBC质量的40％）之内，来防止渗油。例如SBC含量是35％，矿物油可以加入14％。这种特性对不渗油或低渗油纸标签的应用甚为重要。当SBC的分子量提高或MI值降低，矿物油的含量就可以增加。为了得到适当的玻璃化转变温度，在不加入很高矿物油含量造成渗油的情况下，通常我们可以引进较低软化点的增黏剂。但是液态增黏剂容易造成鬼影（ghosting）现象，也要特别注意。

2.1.4　抗氧化剂

在化学品市场中有很多不同类型的抗氧化剂。基本上可以分为一次抗氧化剂，如胺与酚类，和二次抗氧化剂，如硫醇与亚磷酸酯类。一般来说，适当的抗氧化剂应该能够有效地终结在混合中的热老化、机械剪切和长期储存时环境所产生的反应性自由基，以防止或减少热熔压敏胶的裂解。详细的抗氧化剂反应和功能在之后的章节会讨论。

2.1.5　热熔压敏胶配方

热熔压敏胶配方中所使用的成分都是100％不含挥发性有机化合物的固体（注：矿物油也被视为一种100％的固体，因为它们在生产和涂胶过程中只有很少量低分子量的会挥发或受热损失）。热熔压敏胶在生产、储存和涂胶过程中都是安全的，没有火灾和爆炸的危险。表2-1列出了热熔压敏胶所用成分的一些基本物理性质。

生产热熔压敏胶所用的一些典型原材料如图2-9所示。

将这些组分在高温条件下混合在一起时（一般为170℃以下），并没有化学反应或交联现象发生。热熔压敏胶仅仅是几种组分的均匀混合物。这种物理性混合物的结构如图2-10所示。可以将高分子视为溶质，而将低分子量的添加剂，如增黏树脂和矿物油，视为溶剂；整个混合物就成为一个“固态溶液”。“固态溶液”和一般习惯认知的“流体溶液”有些不同。在流体溶液中，溶剂可以快速挥发离开溶质母体；它只是被用来带动高分子的一个媒介物，而非用来调整胶黏剂配方物性的一个成分。而热熔胶中用来调整配方物性的低分子量添加剂则需要花很长的时间或等待胶黏剂接触到其他物质后才会慢慢地离开高分子溶质母体。当这些小分子逐渐离开母体之后，整体配方的比例会产生变化。胶黏物性也因此随着老化时间延长或温度上升而慢慢不断地改变。最显著的例子是，当热熔压敏胶被应用在商标纸或胶带时，会随着储存时间的延长，压力的上升，或温度的提高，使得增黏树脂或矿物油慢慢离开高分子母体，进入所使用的面材中。严重时，会造成标签或胶带明显渗油、失黏或翘边的现象。解决此问题的方法是选择兼容性较好的高分子和添加剂体系；同时尽量减少和使用的高分子相对不太兼容低分子量物质的比例。治本的方法则是在面材与热熔压敏胶接触的接口上加一层防止移行的底涂剂。

经常会有错觉，认为热熔压敏胶的室温压敏性是由于在配方中加入矿物油才产生的。事实上，一个热熔压敏胶并不一定要加入矿物油才能得到室温压敏性。也因此，可通过在配方中减少矿物油的使用量，来降低矿物油移行的现象。相同的，当增黏剂的软化点过低，如室温更低，也容易造成移行。