加氢石油树脂与SIS热塑性弹性体的协同增粘效应

热塑性弹性体（TPE）中的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS），凭借“室温下高弹性、高温下可熔融加工”的特性，成为压敏胶、热熔胶等领域的核心基材，但其自身粘接性能（初粘力、持粘力、剥离强度）存在短板，需搭配增粘树脂优化。加氢石油树脂作为低极性、高耐候性的增粘剂，与 SIS 的分子结构存在天然适配性，二者复配时可通过“界面相容-分子协同-性能互补”形成协同增粘效应，不仅能显著提升粘接强度，还能改善 SIS 胶黏剂的耐候性、热稳定性与施工适应性。深入解析这一协同效应的作用机制、影响因素及应用场景，可为高性能胶黏剂配方开发提供关键技术支撑。

一、协同增粘的结构基础：SIS 与加氢石油树脂的分子适配性

协同效应的产生前提是两种材料的分子结构能够相互兼容、互补 ——SIS 的嵌段结构决定其弹性与加工性，加氢石油树脂的极性、软化点则匹配其增粘需求，二者在分子层面的适配性为协同增粘奠定基础。

（一）SIS的分子结构特征：弹性与粘接的矛盾点

SIS由“硬段（苯乙烯嵌段，PS）”与“软段（异戊二烯嵌段，PI）”交替组成，呈“PS-PI-PS”三嵌段结构：

硬段（PS）：室温下呈玻璃态，分子链刚性强，可形成物理交联点，赋予SIS弹性回复性与力学强度，但自身无粘性，且含量过高会导致胶黏剂硬脆、初粘力下降；

软段（PI）：室温下呈高弹态，分子链柔性好，可与被粘物表面接触浸润，但极性低（仅含少量双键），分子间作用力弱，单独使用时持粘力、剥离强度不足（如纯SIS压敏胶的180° 剥离强度仅 1.5-2.0kN/m）。

简言之，SIS的核心矛盾是“硬段提供强度但抑制粘性，软段具备粘性潜力但强度不足”，需增粘树脂调节硬软段平衡，激活软段的粘接能力。

（二）加氢石油树脂的分子结构优势：适配SIS的增粘需求

加氢石油树脂（以C5、C9型为主）的分子结构特点与SIS的增粘需求高度契合：

低极性与相容性：分子链以饱和烷烃、环烷烃为主，极性基团（羟基、羧基）含量＜0.5%，与SIS的非极性软段（PI）相容性优异 —— 树脂可均匀分散于PI相，不与PS硬段发生相分离（因PS极性略高于PI，树脂更倾向于溶胀PI软段），避免传统极性增粘树脂（如松香树脂）与SIS相容性差导致的“分层、粘接力波动”问题；

可控软化点与粘度：软化点可通过原料与工艺调控（80-160℃），高温下熔融粘度低（180℃时500-2000mPa・s），能快速渗透至SIS分子链间隙，改善胶黏剂的流动性与浸润性；室温下呈半固态，可与 PI 软段形成“弹性-粘性”复合结构，提升初粘力；

耐候性与稳定性：加氢过程去除不饱和双键，耐氧化、耐紫外线老化能力远优于未加氢树脂，与SIS复配后可抑制PI软段的双键氧化降解，延长胶黏剂的使用寿命（如人工氙灯老化1000h后，粘接强度保持率＞85%，未加氢树脂组仅 60%）。

二、协同增粘效应的作用机制：从分子互作到性能提升

加氢石油树脂与SIS的协同增粘并非简单的“物理混合”，而是通过“相区调控-分子链作用-界面优化”三重机制，解决SIS自身的粘接短板，实现“1+1＞2”的性能提升。

（一）相区调控：优化SIS的硬软段平衡

SIS 的粘接性能依赖硬软段的比例平衡，加氢石油树脂通过“选择性溶胀软段”调节相区结构：

树脂分子优先渗透至PI软段相，使PI相体积膨胀、分子链间距增大，降低软段的玻璃化转变温度（Tg）—— 纯SIS的PI相Tg约-60℃，添加20%加氢石油树脂后，Tg降至-75℃以下，软段柔性显著提升，胶黏剂在室温下更易与被粘物表面贴合，初粘力从纯SIS的5-8N提升至15-20N；

树脂不溶胀PS硬段相，仅在硬段周围形成“树脂富集层”，既不破坏硬段的物理交联作用（保证胶黏剂的力学强度），又能减少硬段对软段的束缚，避免因硬段含量过高导致的胶黏剂硬脆（如添加树脂后，SIS胶黏剂的断裂伸长率从300%提升至500%以上）。

简言之，树脂通过“溶胀软段、保护硬段”，让SIS的“弹性”与“粘性”达到良好的平衡，为后续粘接性能提升奠定结构基础。

（二）分子链作用：增强内聚力与界面结合力

加氢石油树脂与SIS分子链间的相互作用，是协同增粘的核心驱动力，主要体现在两个层面：

内聚力增强：树脂分子链的饱和碳链与PI软段的碳链通过“范德华力”与“疏水相互作用”结合，形成“树脂-PI”互穿网络结构 —— 这结构可分散胶黏剂受力时的应力，避免局部应力集中导致的分子链断裂，使持粘力显著提升（如纯SIS胶黏剂在70℃、1kg载荷下的持粘时间仅0.5h，添加25%树脂后延长至8-10h）；

界面结合力提升：树脂的低熔融粘度使其在涂覆过程中能快速浸润被粘物表面（如塑料、金属、纸张），填充表面微小缝隙，同时树脂分子与被粘物表面的极性基团（如羟基、羧基）形成弱氢键作用，增强界面附着力 —— 以铝箔为被粘物时，纯 SIS 的 180° 剥离强度仅 1.8kN/m，添加 20%树脂后提升至 3.5-4.0kN/m，且断裂位置从“胶-铝箔界面”转变为“胶层内聚断裂”，证明界面结合力已超过胶层内聚力。

（三）界面优化：改善浸润性与抗老化性

除分子层面的作用外，加氢石油树脂还能从宏观界面角度优化SIS胶黏剂的粘接性能：

浸润性改善：树脂的加入降低了SIS胶黏剂的表面张力（从纯SIS的32mN/m 降至28-30mN/m），使其更易在低表面能被粘物（如聚乙烯、聚丙烯）表面铺展，避免因浸润不足导致的“虚粘”（如在聚丙烯表面，纯SIS的初粘力几乎为0，添加树脂后可达10-12N）；

抗老化性协同：SIS的PI软段含少量双键，易受紫外线、氧气攻击发生氧化降解，导致胶黏剂变硬、粘接力下降；加氢石油树脂无双键，且能在胶层表面形成“致密保护层”，阻挡氧气与紫外线侵入，同时树脂分子可捕获氧化产生的自由基，抑制降解反应 —— 老化试验显示，SIS/加氢石油树脂复配胶黏剂经2000h氙灯老化后，剥离强度保持率达82%，远高于纯SIS的45%与SIS/未加氢树脂组的58%。

三、影响协同增粘效应的关键因素

协同增粘效应的强弱并非固定，受“树脂类型与参数”“SIS结构特性”“复配比例”三大因素调控，需精准匹配才能至大化增粘效果，避免因参数不匹配导致的性能劣化。

（一）加氢石油树脂的类型与参数

·树脂类型（C5 vs C9）：

C5加氢石油树脂：分子链以脂肪族结构为主，极性更低，与SIS的PI软段相容性极佳，更适合提升初粘力与低温柔韧性（如在-20℃低温环境下，C5树脂复配胶黏剂的剥离强度保持率达90%，C9树脂组仅 75%），适配低温施工场景（如北方户外粘接）；

C9加氢石油树脂：分子链含少量芳香环结构，极性略高于C5树脂，与SIS的相容性稍弱，但能提供更高的剥离强度与热稳定性（70℃持粘时间比C5树脂组长2-3h），适配高温环境（如汽车内饰粘接、电子元件固定）。

·软化点：软化点过低（＜100℃）会导致胶黏剂高温流淌（70℃时持粘时间＜2h）；过高（＞140℃）则会使胶黏剂硬脆、初粘力下降（＜10N）。合适的软化点范围为100-130℃，此时胶黏剂的初粘力（15-20N）、持粘力（8-12h）与剥离强度（3.5-4.0kN/m）达到平衡。

（二）SIS的结构特性

苯乙烯（PS）含量：PS含量过低（＜15%）会导致胶黏剂内聚力不足、持粘力差；过高（＞30%）会使胶黏剂硬脆、初粘力与剥离强度下降。与加氢石油树脂复配时，PS含量以 18%-25%为宜 —— 此时树脂可充分溶胀PI软段，同时PS硬段能提供足够内聚力，协同效果至佳（如PS含量20%的SIS与25%树脂复配，剥离强度达4.2kN/m，高于PS含量15%组的3.0kN/m与30%组的2.8kN/m）；

分子量与分布：高分子量SIS（数均分子量＞15万）的力学强度高，但熔融粘度大，树脂分散困难；低分子量SIS（＜10 万）的熔融粘度低，树脂易分散，但内聚力不足。推荐选择数均分子量12-15万、分子量分布窄（＜2.0）的SIS，此时树脂分散均匀（粒径＜1μm），且胶黏剂的内聚力与流动性平衡。

（三）复配比例

SIS与加氢石油树脂的复配比例直接决定协同效应的强弱，需根据应用需求调整：

初粘力优先场景（如标签胶、临时粘接）：树脂添加量为SIS质量的 15%-20%—— 此时树脂主要改善浸润性与软段柔性，初粘力可达18-22N，持粘力满足短期使用（70℃下 3-5h）；

持粘力与剥离强度优先场景（如胶带、结构胶）：树脂添加量为25%-35%—— 树脂与SIS形成致密的互穿网络，持粘力达10-15h，剥离强度3.8-4.5kN/m，但初粘力略有下降（12-15N）；

过量添加（＞40%）：树脂会形成连续相，破坏 SIS 的嵌段结构，导致胶黏剂内聚力急剧下降（持粘时间＜1h），甚至出现“发粘、渗油”现象，完全失去协同效应。

四、协同增粘效应的典型应用场景

基于 SIS/加氢石油树脂复配胶黏剂的优异性能，其在压敏胶、热熔胶两大领域应用广泛，尤其适用于对粘接强度、耐候性有高要求的场景。

（一）压敏胶领域：标签、胶带与医用敷料

包装标签胶：需具备高初粘力（快速贴附）、耐温性（适应仓储高温），采用“PS含量20%的SIS+20%C5 加氢石油树脂（软化点 110℃）”复配，初粘力达20N，70℃持粘时间5h，且耐老化性优异，标签在户外储存6个月无翘边、脱落；

工业胶带（如遮蔽胶带、双面胶）：需高剥离强度与内聚力，选择“PS含量22%的SIS+30%C9加氢石油树脂（软化点 120℃）”，180° 剥离强度达4.3kN/m，70℃持粘时间 12h，可满足金属、塑料等基材的长期粘接；

医用敷料胶：需低刺激性、耐汗性，采用“低分子量SIS（12万）+25%C5加氢石油树脂”，胶黏剂柔软性好（断裂伸长率550%），对皮肤的剥离强度温和（1.5-2.0kN/m，避免损伤皮肤），且耐汗性优异（贴附48h无脱落）。

（二）热熔胶领域：木材加工、汽车内饰与电子粘接

木材封边热熔胶：需快速固化、高剥离强度，采用“PS含量25%的SIS+35%C9加氢石油树脂（软化点130℃）”，熔融粘度低（180℃时1500mPa・s），涂覆后10秒内固化，木材与封边条的剥离强度达5.0kN/m，且耐湿热性好（60℃、90%湿度下储存1个月，强度保持率 85%）；

汽车内饰粘接（如仪表盘、门板）：需耐高低温（-40℃至 80℃）、耐老化，选择“PS含量22%的 SIS+30%C9加氢石油树脂+2%抗氧剂”，-40℃低温弯折无裂纹，80℃持粘时间8h，氙灯老化 2000h 后强度保持率 80%，满足汽车内饰的长期使用需求；

电子元件粘接（如传感器、连接器）：需低挥发性、高绝缘性，采用“高纯度加氢石油树脂（VOCs＜50ppm）+SIS”复配，胶黏剂的体积电阻率＞10¹⁴Ω・cm，且高温下无挥发物（120℃加热2h，重量损失＜0.5%），避免污染电子元件。

加氢石油树脂与SIS热塑性弹性体的协同增粘效应，源于二者分子结构的天然适配性 —— 树脂通过选择性溶胀SIS软段、增强分子间作用、优化界面浸润性，解决了SIS“弹性与粘性失衡”的核心问题，实现了初粘力、持粘力、剥离强度与耐候性的同步提升，这一效应的强弱受树脂类型（C5/C9）、软化点，SIS 的苯乙烯含量、分子量，以及复配比例调控，需根据应用场景精准匹配参数。

在实际应用中，该复配体系已成为高性能压敏胶、热熔胶的核心配方，广泛服务于包装、工业、医用、汽车、电子等领域。未来，通过“树脂分子改性（如引入功能性基团提升极性）”“SIS/树脂复合粒子制备（改善分散性）”等技术创新，可进一步拓展协同增粘效应的边界，为更高要求的粘接场景（如极端高低温、强腐蚀环境）提供解决方案，推动胶黏剂行业向“高性能、长效化、绿色化”发展。

本文来源：河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/