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标签用热熔压敏胶的胶黏力技术探讨

888真人赌博网游戏:2017-04-05  浏览次数:81
热熔压敏胶具有零污染、安全健康、节省存储与运输空间、可自动化高速加工和具有高初黏性的特色与优势,在欧美国家和地区已经被成功地应用在标签领域超过30年的时间,而中国在最近10年间才开始尝试将热熔压敏胶应用到标签市场。由于热熔压敏胶具有标签用其他胶无可比拟的优势,其应用前景毋庸置疑。正确认识和使用热熔压敏胶是当前标签从业者的一项重要任务。担任中国胶粘剂工业协会海外技术顾问的曹通远博士从1985年开始致力于标签用热熔压敏胶的研究,有着非常丰富的理论和实践经验。我们有幸邀请到曹通远博士为本栏目撰稿,在连续刊载的“标签用热熔压敏胶的胶黏力探讨”、“标签用热熔压敏胶的特性探讨”、“标签用热熔压敏胶在中国发展的隐忧与改善方向”等3篇文章中,曹通远博士将与读者分享他的心得体会和宝贵经验。

从20世纪70年代晚期SIS(苯乙烯-异戊二稀嵌段共聚物)被引进压敏胶配方之后,以SIS为基础配制而成的热熔压敏胶就逐渐应用在各类标签上。在热熔压敏胶的发展过程中,为了满足多样化的应用市场与特殊需求,许多不同分子结构的SIS和配合使用的增黏剂如雨后春笋般地被合成出来。不论热熔压敏胶中的个别原材料具有怎样特殊的分子结构,在选择原材料时都需要考虑各成分之间的兼容性和混合完成之后的胶黏物性。本文将着重探讨标签用热熔压敏胶的胶黏力。

热熔胶是具有100%固体成分,不含溶剂和水,加热后具有可塑性的一种胶黏剂。热熔胶在室温下为固体,受热后会软化,甚至变成熔融体,在一定的高温下可产生极佳的热黏性,用于黏结各种不同的材质。热熔胶在加热及冷却过程中并不会发生任何化学变化,如架桥反应。仅呈现可逆的物理形态的变化。在室温下为固态,以手指施加轻微压力即可产生胶黏效果的热熔胶一般称之为热熔压敏胶。大多数热熔压敏胶都包含苯乙烯嵌段共聚物(提供热熔压敏胶的耐热性、强度或内聚力)、增黏树脂(改善黏着特性,降低熔融黏度)、软化油(降低黏度、硬度,改善耐寒性,降低成本)、抗氧化剂(防止或减缓胶黏剂因受高热、机械剪切、存储造成的氧化与老化)等四种成分。

  热熔压敏胶胶黏力的来源及一些影响因素

1.胶黏力的来源

胶黏剂要提供适当的胶黏力,需要通过下列5种作用:①物理性吸附;②机械着锚;③高分子内部穿透;④化学架桥;⑤静电吸引。热熔压敏胶的胶黏方式主要依靠物理性吸附及机械着锚。

(1)物理性吸附

物理性吸附力从弱到强可分为凡得瓦耳力、偶电性、氢键及离子键。实际应用测试证实,极性高的胶黏剂可对被贴物诱导出较大的接口极性差而互相吸附,两者间的密着性也因此提高,从而产生较佳的胶黏力。适当选用极性较高的化学物质合成热熔压敏胶,澳门赌博网站:可以提高胶黏强度,增强对被贴物的吸附力。然而,极性较高的化学成分(元素)通常具有较高的活性,容易与氧气作用而产生老化现象。除此之外,极性较高的化学成分颜色通常较深,会影响胶黏剂或贴合物的外观,而降低了产品价值。对于表面能或极性很低的被贴物,如PE、PP等材质,在理论上需要选用极性非常低的胶黏剂来获得最小的接口接触角度或最大接触面积,从而获得最佳的凡得瓦耳力。但实际经验表明,凡得瓦耳力对整体热熔压敏胶胶黏力的贡献并不如两物质接口间极性差所产生的电偶性来得显著。

此外,为了获得最佳的胶黏性,通常除了应选择极性较高的增黏剂来改善胶黏力外,还需调整胶黏剂的黏弹性来获得最佳的效果。如果浅色透明的外观是某些特殊应用热熔压敏胶的必要诉求,那么所选用的颜色较浅、极性较低的增黏树脂将会明显地降低界面间的吸附力,使胶黏力减弱。欲提高浅色透明热熔压敏胶的胶黏力,则须依赖胶黏剂的黏弹性来弥补吸附力的不足。

(2)机械着锚

不论胶黏剂的颜色与极性如何,任何胶黏剂都具有特有的黏弹性。黏性部分可使胶黏剂永久性流动、变形及永久性延伸;弹性部分则可使胶黏剂产生瞬间形变、反弹性、抗张强度及耐热性等。胶黏剂的黏弹性变化与高分子树脂、增黏剂、软化油及各种添加剂的类别、分子量、成分比、兼容性等有极大关系。温度、速度、时间及压力的变化也会改变胶黏剂的黏弹性。

2.影响因素

想要获得一个全能的热熔压敏胶配方是不可能的。通常,要设计一个理想的胶黏物性组合,除了需要了解物理吸附性的贡献外,还需要考虑被贴物表面的粗糙度和接口断裂模式等。

(1)被贴物的表面粗糙度

表面完全平滑的被贴物,不论胶黏剂的流动性与机械着锚性如何,可获得的最大接触表面积均为100%。但当表面粗糙度增加时,流动性不足的胶黏剂可得到的接触表面积会小于100%,而流动性较好的胶黏剂则可得到超过100%的接触表面积。在单位投影面积上,胶黏剂与被黏物接触表面越大,则剥离时所需的能量越高。如果胶黏剂在接触被贴物表面的瞬间即有很好的流动性,且在剥离被贴物的条件下(如温度、速度)有足够的延伸率与抗张强度,则胶黏剂就可以展现出优异的胶黏物性,如初期黏着力与剥离力。

(2)接口断裂模式

胶黏层接口的断裂模式与胶黏剂、被贴物的强度有密切关系。如果粘贴之后,必须使被贴物撕裂,则胶黏剂的内聚力及接口能量必须大于被贴物本身的内聚强度。如果期望产生在胶黏接口失败的断裂模式,则胶黏剂与被贴物本身的内聚强度必须高于接口能量。欲得到胶内聚力不足而产生胶体断裂的现象,则需要降低胶黏剂的内聚强度。除了上述几种断裂现象外,还有一种称为规则性(周期性)跳动断裂现象。

通常,弹性高、内聚力强的胶黏剂可提供较高的耐热性,但此类胶黏剂在室温下的流动性稍显不足。反之,在室温下流动性很好、黏性佳的胶黏剂通常耐低温性好。当胶黏剂与面材着锚不佳,在低温或高速剥离时,可能会发生胶黏剂从面材脱落的胶转移或脱胶现象。

  热熔压敏胶的黏性测试

热熔压敏胶的上胶方式有很多种,但不论以哪一种方式上胶,热熔压敏胶都必须在熔胶槽内预先加热成熔融的流动状态,再以适当的上胶设备将其直接喷涂或转印于面材或被贴物上。最常用的标签上胶装置有辊轮 (Roller) 和口模 (Slot-Die) 两种。一般而言,黏度较低的热熔压敏胶较容易涂布,加工温度也可以适度降低,适用于不耐热的面材,如PE、PP膜和热敏感纸等。

热熔压敏胶的基本物性测试包括软化点与黏度,而最常见的胶黏物性测试则包括初黏性、剥离力与持黏力测试。为了沟通方便起见,每一种物性测试都必须按照标准测试方法进行。目前,在国标中与胶黏物性相关的标准测试方法有:初黏性测定方法-斜面滚球法(GB 4852-84)、持黏性试验方法(GB/T 4851-1998)和180°剥离强度试验方法(GB/T 2792-1998)。这些方法与国际上所通用的测试方法大同小异。在逐步迈向全球化的时代里,建立一套全球性的标准测试方法将是所有业者的共同愿望与努力的目标。通常,我们可以黏度和软化点的高低做为涂胶加工时作业条件设定的参考。

  热熔压敏胶的应用实例

过去30年来,许多特性不同的热熔压敏胶已经成功地应用于各种自黏胶带与标签市场中。然而,所有的热熔压敏胶制造厂和终端使用者都期望能开发或取得一种在不同的温度环境和相异的应用市场中能提供类似功能的热熔压敏胶产品,比如说,所选用的热熔压敏胶可以不分四季贴在各种不同的被贴物上,却可呈现相同的胶黏性。用户有这样的想法或期望是很正常的。然而,从高分子科学、胶黏科学与流变学(黏弹性)的观点来说,这是不可能做得到的事情,或者说这是违反科学的想法。任何物质在不同的温度下本来就具有不同的物性,不是人类的意愿所能改变的。另外,每一种物质的表面能或极性源自于其分子结构,很自然的会感应出与胶黏剂间互异的物理吸附性能,这也不是人类的意愿所能强加改变的。

了解高分子物质的本质或限制之后,在发展热熔压敏胶的配方时就需要顺应物质的特性,同时配合终端应用市场的个别加工工艺与测试条件(如温度、速度、角度、压力和时间等),提供最适当而非全能的的产品。

  在热熔压敏胶标签的实际应用市场中,大致有下列5大类产品:

(1)一般用途;
(2)高初黏性;
(3)高耐寒性;
(4)高耐热性;
(5)可重复粘贴(可移除)。

不同用途的热熔压敏胶会具备不同的胶黏物性,通常是不可以随意互换取代使用的。然而,不论是哪一种用途的热熔压敏胶都必须具备良好的加工性能。通常,热熔压敏胶配方者都会以市场与客户的可接受价位、加工性与终端胶黏物性为导向,选择最适当的原材料,配出最佳成本与物性组合的产品。理论上,只要满足市场要求的配方就是理想的配方,没有所谓的全能配方,更没有所谓的秘方。

表1列出了市场上具有代表性的几种热熔压敏胶产品。各种胶黏物性的高低多是按照市场或个别客户的物性需求所设计配成的。每一个成功或存在的配方都有它特殊的市场价值。对于热熔压敏胶的各种胶黏物性,由于它们所要搭配的面材与面对的被贴物过于复杂,我们无法强用一个简单的物性指标范围来规范。

表1 当前市场上具有代表性的几种热熔压敏胶产品的基本物性


 
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