CN111655812A - 用于粘合剂的基于硅的保护膜、其生产方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜,其特征在于,所述保护膜基于硅酮,并且具有小于或等于100ng/cm2、优选小于或等于50、优选小于或等于20ng/cm2、并且甚至更优选小于10ng/cm2的可提取硅酮水平。本发明还涉及所述保护膜的生产方法及其用途。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于粘合剂或自粘合剂的基于硅的保护膜,特别是基于硅酮的保护膜,更特别地基于聚硅氧烷的保护膜,所述粘合剂或自粘合剂任选地包括纸或塑料基底,所述基底具备至少一个剥离涂层,以及涉及一种组件,所述组件包括粘合或自粘合元件和至少一个如上所示的保护膜。
粘合剂可以是各种类型。在电子应用中,粘合剂通常基于丙烯酸酯,但不限于此,并且优选是电子级的。在其他情况下,外部膜(例如在使用前固定到触屏的那些外部膜)通过硅酮粘合剂具备粘合或自粘合特性。在其他应用中,例如在医疗装置中,所述粘合剂或自粘合剂更确切地是基于硅酮,并且特别是但不限于医用级的粘合剂或自粘合剂。
本发明进一步涉及所述保护膜的用途及其生产方法。
背景技术
因此,在第一方面,本发明涉及一种用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜。
粘合或自粘合元件可以具有各种形式。包括第一粘合或自粘合面和不粘合的第二面的粘合或自粘合元件与包括具备粘合或自粘合特性的第一面和第二面的粘合元件之间存在区别。
这些粘合剂优选是压敏粘合剂或自粘合剂,并且根据其应用而具有不同性质。在电子工业中,粘合剂具有丙烯酸/丙烯酸酯性质,然而医疗领域通常优选硅酮粘合剂或自粘合剂。它们具有优异的耐热和冷的特性、电绝缘性,并且特别安全且可靠。基于硅酮的压敏胶带易于去除,并且又在各种表面上具有良好的附着特性。例如,它们存在于用于遮蔽的粘合剂、特种胶、保护膜、双面胶带和标签中。
用于医疗用途的基于硅酮的粘合或自粘合医疗装置可以具有各种形式,例如旨在放置在皮肤上的粘合电极、贴剂和皮内粘合剂以及粘合或自粘合敷料。
对于包括具备粘合或自粘合特性的第一面和第二“不粘”面的粘合或自粘合元件,可以将粘合或自粘合涂层施加在各种类型的基底例如纸上以形成标签、塑料或聚合物基底、织造或非织造基底和医疗装置(例如医用敷料)。
当商业上供应的粘合或自粘合元件基本上是平的时,它们通常被施加在“不粘”基底上,即基于纸或塑料或聚合物的基底(在其上施加不粘涂层)上。这些具备不粘涂层的基底形成呈可剥离层(称为“剥离衬垫”)形式的保护膜,所述保护膜附着在许多基于硅酮的粘合或自粘合元件上,例如在用于医疗用途的许多基于硅酮的粘合或自粘合医疗装置上。
因此,有关于用于基于硅酮的粘合剂或自粘合剂的基于硅的保护膜的许多应用,例如用于医疗用途。
当这些粘合或自粘合元件缠绕成粘合剂卷、某些医用敷料、保护膜卷出售时,它们可以是但不总是施加在“不粘”基底上。有时,粘合或自粘合面位于粘合元件的第二不粘面上。在这种情况下,形成保护膜的不粘涂层可以在其涂覆有粘合剂或自粘合剂之前或之后直接施加在粘合或自粘合元件的第二“不粘”面上。
对于包括具备粘合或自粘合特性的第一面和具备粘合或自粘合特性的第二面的粘合或自粘合元件(双面粘合或自粘合元件),粘合或自粘合涂层可以施加在各种类型的基底例如纸基底、塑料基底或聚合物基底、织造或非织造基底上、或者甚至在将基底固定到保护膜上之前施加在保护膜上。
当商业上供应的双面粘合或自粘合元件基本上是平的时,它们通常位于两个“不粘”基底之间,即基于纸或塑料或聚合物的基底(在其上施加不粘涂层)上。这些不粘基底形成附着在许多粘合元件上的呈可剥离层(称为“剥离衬垫”)形式的保护膜。
当这些双面粘合或自粘合元件缠绕成粘合剂卷、某些医用敷料、某些保护膜卷出售时,它们可以施加在“不粘”基底上,所述基底包括在形成保护膜(也呈可剥离层的形式)的基底的两面上具备不粘涂层的基底。
因此,有关于用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜的许多应用。
在本发明的意义上,具有低粘附性的表面被称为“不粘”。该粘附性是相对于与具有低粘附性的表面接触的第二表面来表征的。
现有技术
已知施加在基底上的用于粘合元件的基于硅的保护膜,例如用于暂时保护粘合剂的膜,其通常由硅酮层组成。此硅酮层赋予基底弱的附着特性。后者使得可以在将粘合剂施加到物体上之前保护粘合剂。硅酮层可以在基底(纸或塑料)表面处热交联或通过UV交联,液相化学沉积(湿法化学沉积),通过等离子体辅助的气相化学沉积(等离子体辅助的化学气相沉积),通过与含氟和/或硅的化合物或单体的反应,通过使用粉末的涂覆(粉末涂覆)。
遗憾的是,这些常规的用于暂时保护粘合剂的膜在某些电子应用中不可用(例如,用于硬盘或通过光学级粘合剂定位的触屏,因为施加在基底上的硅酮部分转移到粘合剂上并且不可接受地污染后者,此后它干扰电子组件。
已知施加在基底上的用于医疗用途的粘合或自粘合医疗装置的基于硅酮的保护膜,例如用于暂时保护粘合剂的膜,其通常由硅酮层组成。然而,这些用于暂时保护粘合剂的膜仅与丙烯酸粘合剂或橡胶相容。
已知施加在基底上的用于医疗用途的粘合或自粘合医疗装置的基于氟硅酮的保护膜,例如用于暂时保护粘合剂的基于硅酮的膜。
此硅酮或氟硅酮层赋予基底低的附着特性。后者使得可以在将粘合剂施加到物体或主体上之前保护粘合剂。硅酮层可以在基底(纸或塑料)表面处热交联或通过UV交联,液相化学沉积(湿法化学沉积),通过等离子体辅助的气相化学沉积(等离子体辅助的化学气相沉积),通过与含氟和/或硅的化合物或单体的反应,通过使用粉末的涂覆(粉末涂覆)。
最常用的处理技术由基于硅酮涂层的湿法沉积组成。此种类型的处理以两个步骤进行,处理的第一步骤由沉积乳液组成,并且第二步骤由干燥形成的表面涂层组成。这种形成的硅酮层还赋予基底低附着特性,允许在将粘合剂施加到物体上之前使粘合剂被保护。
遗憾的是,使用这些类型的处理遇到许多问题,并且例如可能如下:沉积工艺有时很长,并且需要许多中间步骤。能量消耗高。某些基于硅酮涂层的化学处理涉及有机溶剂,并且因此与环境不相容;其他使用利用乳化剂的水相乳液,具有转移到粘合剂中的风险。当将具有此表面涂层的基底用作粘合剂的基底,例如作为标签的基底时,存在明显的转移可能性,例如硅酮材料转移到粘合剂上,这具有降低其粘着性的效果,或转移到与涂层接触的任何表面上,这具有引起不期望污染的效果。
可替代地,在自粘合元件例如基于硅酮的自粘合元件的存在下,硅酮材料从保护膜转移到自粘合元件上可能在一方面降低其粘合性,而且还可能与粘合或自粘合元件的基于硅的材料反应。实际上,硅化的粘合或自粘合元件由交联剂、催化剂和硅酮形成,并且反应通常尚未完成,在这种情况下,硅酮材料转移到自粘合元件上可能产生不受控制的和/或不期望的反应产物,因为在基于硅酮的粘合剂或自粘合剂与保护膜之间产生化学键,所述化学键降低或甚至消除了其可剥离性,这代表了主要缺陷,在医疗领域中,更确切地在医疗装置领域中特别令人烦恼(参见文章“Release liner Selection for drug delivery andMedical device design[用于药物递送和医疗装置设计的剥离衬垫选择]”-Engineering360Media Solutions[工程360媒介解决方案]2017年8月)。
这既适用于电子工业中使用的保护膜,并且也适用于医疗装置,例如要施加在皮肤上的敷料、贴剂和电极。在后者情况下,不受控制的反应可能引起免疫或过敏反应,或产品与医疗行业不相容。此外,硅酮材料在形成敷料的自粘合元件上的释放可能将硅酮材料释放到敷料下面的伤口中,这当然是不期望的。
因此,在医疗行业和电子领域(要避免被硅酮污染)中,通常需要具有低硅酮释放以便不降低粘合元件的粘合品质的保护膜,而且还特别需要用于医疗用途的基于硅酮的粘合或自粘合医疗装置。实际上,完全不期望完成状态的电子组件被标签污染,污染洁净室的气氛,伤口被硅酮污染或在自粘合基底与可能从保护膜释放的硅酮之间发生不受控制的反应。
还有用于暂时保护粘合剂的不含硅酮的膜。尽管这些不含硅酮的膜不存在环境或粘合剂被硅酮污染的风险,但是不幸的是,它们具有过大的剥离力并且具有“迅捷(zippy)”效应(不平稳的剥离),这使用户烦恼。
发明内容:
如开始提及的,本发明提供了一种用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜,更特别是基于硅酮的保护膜,特别地基于聚硅氧烷的保护膜,其特征是,所述保护膜基于硅酮,并且具有小于或等于100ng/cm2、优选小于或等于50ng/cm2、更优选小于或等于20ng/cm2、并且甚至更优选小于10ng/cm2、优选小于5ng/cm2的可提取硅酮水平,所述水平是通过以非挥发性的(IDEMA标准M7-98“Organic Contamination as Nonvolatile Residue(NVR)[作为非挥发性残留物(NVR)的有机污染物]”,ECSS-Q-ST-70-05C“Detection of organiccontamination of surfaces by infrared spectroscopy[通过红外光谱法检测表面的有机污染物]”,希捷(Seagate)20800032-001Rev C.&20800014-001Rev G,西部数据(WesternDigital)2092-772141Rev AD&2092-771888Rev AC)或挥发性的(IDEMA标准M11-99“General Outgas Test Procedure by Dynamic Headspace Analysis[通过动态顶空分析法的一般排气测试程序]”,希捷20800020-001Rev N,西部数据2092-001026Rev AC&2092-771888Rev AC)单体或低聚物形式释放的硅酮的量来测量。
例如,它可以是用于医疗装置的基于硅酮的粘合剂或自粘合剂的医疗级的基于聚硅氧烷的保护膜,并且对例如扩散通过粘合剂的药用物质保持相对惰性。
实际上,根据本发明显而易见的是,可以提供一种保护膜,其中通过转移的污染特别低,同时提供了借助于具有改善的剥离特征的硅酮的可能性,而不必使用有机或氟化分子,这引起其他困难。
此外,使用基于硅酮的保护膜有利地允许为其上固定有保护膜的基底赋予疏水特性,使其可用于例如电子工业以及还有医疗行业领域,并且随着时间推移保持粘合元件的品质。
根据本发明的用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜具有低表面能和低粘附性(所谓的“剥离”效果),同时是疏水的,并且几乎不释放任何可提取的硅酮。因此,根据本发明的保护膜的这些特征的独特组合使其可用于具有较高要求的领域,例如电子行业,因为在保护膜(疏水性不粘基底)与制成粘合或自粘合的基底之间具有附着力,例如标签;胶带;双面粘合剂;保护膜,特别是电子级的;布置成与皮肤接触的胶带或敷料、贴剂、电极或敷料,特别是医用级的,但是也特别适用于基于硅酮的压敏粘合剂和自粘合剂。
根据本发明,当测量可提取硅酮的水平时,我们测量释放的硅酮(特别是以单体或低聚物的形式)的量,在用己烷冲洗确定的保护膜表面样品后(IDEMA标准M7-98“OrganicContamination as Nonvolatile Residue(NVR)[作为非挥发性残留物(NVR)的有机污染物]”,或标准ECSS-Q-ST-70-05C“Detection of organic contamination of surfaces byinfrared spectroscopy[通过红外光谱法检测表面的有机污染物]”,希捷(Seagate)20800032-001Rev C.&20800014-001Rev G,西部数据(Western Digital)2092-772141RevAD&2092-771888Rev AC)或通过使确定的保护膜表面样品脱气(IDEMA标准M11-99“GeneralOutgas Test Procedure by Dynamic Headspace Analysis[通过动态顶空分析法的一般排气测试程序]”,希捷20800020-001Rev N,西部数据2092-001026Rev AC&2092-771888RevAC)。
根据本发明的保护膜是可以施加在现有基底(例如现有胶带的面)上的保护膜,或者可以包括由纸、织造或非织造织物、或塑料制成的基底。
在本发明的一个优选实施例中,用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜具有根据标准FTM10在TesaTM 7475粘合剂上测量的小于或等于2N/25mm的剥离力。
在本发明的另一个优选实施例中,用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜具有根据标准FTM11测量的大于或等于80%的残余粘着率。
实际上,根据本发明的膜具有不损害粘合剂或自粘合剂性能的特征。在暴露于用于暂时保护粘合剂的膜之后粘合剂的残余粘着率,即附着力,是粘合剂的初始附着力(在与用于暂时保护粘合剂的膜接触之前)的大于或等于80%。
在本发明的又另一个优选实施例中,用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜具有通过XPS/ESCA技术测量的小于或等于1at%(原子%)的氮水平。
这些值是在正常检测(检测角度θ=0°)中在300μ×700μm的面积上使用具有单色Al-Kα源(225W)的Nova-KratosTM类型的设备从测量光谱中确定的。在这些条件下的分析深度小于10nm。
在根据本发明的变体中,用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜由彼此上下地沉积的一系列基于硅酮的层形成。
有利地,在根据本发明的用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜中,每个硅酮层具有在5nm与100nm之间、优选在10nm与60nm之间、并且甚至更优选在10nm与30nm之间的厚度。
优选地,根据本发明的用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜具有在5nm与100nm之间、优选在10nm与60nm之间、并且更优选在10nm与30nm之间的厚度。
实际上,如果硅酮层的厚度不足,则所述层不能均匀地覆盖基底,这导致剥离力增加和迅捷效应;如果厚度过大,则由于硅酮的总量变得太大(已知在最坏的情况下可转移的硅酮的总量与层的厚度成比例),污染和/或转移的风险增加。优选厚度在10nm与60nm之间、并且甚至更优选在10nm与30nm之间。在5nm以下,沉积物是不均匀的,这引起不期望的不平稳分离(迅捷效应)。此外,当厚度太小时,附着力增加。超过30nm厚度,所需的层品质没有进一步提高,但是可转移的硅酮的总量不必要地变大。
在本发明的一个具体实施例中,用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜具有至少一个表面,所述表面具有在Krüss DSA25设备上测量的大于90°、优选大于95°、并且甚至更优选大于100°的水静态接触角。
在本发明的又另一个具体实施例中,用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜具有根据欧文斯和温特模型通过两种液体(水和二碘甲烷)的接触角测量结果计算出的小于30mN/m、优选小于25mN/m、并且甚至更优选小于20mN/m的表面能。
本发明还涉及一种组件,其包括至少一种根据本发明的用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜,和具有具备粘合或自粘合特性的第一面的粘合或自粘合元件。
更特别地,在根据本发明的组件中,以保护膜形式附着在所述具备粘合或自粘合特性的第一面上的所述保护膜是可剥离的。
甚至更优选地,在根据本发明的组件中,所述粘合或自粘合元件具有具备粘合或自粘合特性的第一面和第二不粘面,所述保护膜附着在所述第二不粘面上。
在根据本发明的组件的变体中,所述粘合或自粘合元件具有具备粘合或自粘合特性的第二面,第二基于硅的保护膜任选地附着在其上。
在根据本发明的另一个实施例中,所述粘合元件是标签。
在根据本发明的又另一个实施例中,所述粘合元件是粘合或自粘合医疗装置,是旨在与皮肤接触的粘合或自粘合医用敷料(例如硅化的)、贴剂、粘合电极。
本发明还涉及一种生产用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜的方法,所述保护膜具备至少一个基于硅酮的涂层,所述涂层旨在置于纸、织造或非织造织物、或塑料的基底上。
生产用于粘合或自粘合元件的保护膜的方法是从现有技术中已知的。
例如,从文献WO 2016/071256中已知一种使用低频反应器(2至100kHz)在从5至50kV的交流电压下以在30与5000Hz的开关频率脉冲的等离子体处理的方法。与使用常规等离子体(未脉冲)的处理相反,这些脉冲使得可以引起剥离层的特性的改变。
文献WO 2016/071256描述了一种保护膜,所述保护膜包括基底和剥离层,所述剥离层基于长列表的基于硅酮的化合物,但是也基于其他分子,例如氟化烷烃和聚烯烃、氨基甲酸酯、蜡及其混合物。文献WO 2015/019063或WO 2015/019062描述了类似的保护膜。
然而,此文献未提及从用于粘合剂的基于硅酮的保护膜中可提取的硅酮水平,以及在分离保护膜后粘合剂的残余粘着率。
因此,仍然需要确定一种用于生产用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜的方法,其中可提取硅酮水平低。
本发明涉及表面沉积物的特定领域,所述沉积物使基底的表面变得疏水且不粘。期望有一种新的方法来有效地执行具有疏水特性的涂层在基底表面上的沉积,所述涂层具有低表面能和低粘附性(所谓的“剥离”效果),同时解决现有表面处理方法中遇到的上述问题。实际上,在若干个技术领域中,特别是在粘合膜领域中,这两个特征有利地组合,这允许可控制地减小疏水性不粘基底(即,在根据本发明的表面处理方法后获得的基底)与粘合基底(例如,用于医疗用途的基于硅酮的标签或粘合或自粘合医疗装置)之间的附着力。此外,必须有可能在移动的塑料膜上进行此方法。
根据本发明的方法的特征在于所述方法包括以下步骤:
a)将所述基底从用于形成所述保护膜的等离子体涂覆室中的基底源行进到所述保护膜的收集点,
b)在腔室中、在选自包含环状特征基团的硅氧烷的至少一种硅酮前体的存在下将所述基底的第一面暴露于等离子体沉积,该腔室中存在由至少一种等离子体气体组成的气氛、以及所述等离子体气体的受介质阻挡控制的放电(DBD),所述等离子体气体选自稀有气体或其混合物,
c)在所述等离子体中由所述硅酮前体形成所述基于硅酮的涂层,以及
d)收集具备所述至少一个基于硅酮的涂层的所述保护膜。
所述问题根据本发明通过移动基底的表面处理方法来解决,特别地使柔性或半刚性的聚合物膜或纸通过处理区域。更确切地,这是一种方法,其中使基底经受在气体混合物中产生的等离子体,这导致此基底的表面状态改变,特别地通过在上述表面上形成沉积物。
本发明特别地涉及一种方法,所述方法可以潜在地在接近大气压的压力下进行,并且所述方法适用于在辊中对聚合物膜进行连续的表面处理(“辊对辊”类型的方法)。
根据本发明的方法包括如下步骤:其中在至少一种选自包含环状特征基团的硅氧烷的硅前体的存在下在等离子体气体(选自惰性气体)的大气压下,使所述基底的至少一个表面暴露于受介质阻挡控制的放电(DBD=介质阻挡放电,本身已知的技术),以在所述移动基底上形成所述涂层。
通过根据本发明的方法处理的膜在其外表面(即不与基底接触的表面)上的附着力小于未经涂覆的膜的附着力,可以通过沉积参数调节所述附着力。
在腔室中由惰性气体组成的等离子体形成气氛和在等离子体中喷射的前体(选自包括环状特征基团的硅氧烷)的组合使得可以特别出人意料地获得具有非常低的可提取物水平的基于硅的保护膜。
有利地,根据本发明,所述等离子体气体是氩或氦,并且优选地是氩。
在本发明的有利的实施例中,所述硅酮前体是环硅氧烷。
在本发明的特别有利的实施例中,所述硅酮前体是环烷基硅氧烷、优选环甲基硅氧烷。
有利地,所述硅酮前体是十甲基环五硅氧烷(CAS号541-02-6)或八甲基环四硅氧烷(CAS号556-67-2)、六甲基环三硅氧烷(CAS号541-05-9)、十二甲基环六硅氧烷(CAS号540-97-6)或这些中的两种或更多种的混合物。
有利地,在根据本发明的生产方法中,腔室中的所述气体气氛具有小于或等于50ppmv、优选小于或等于20ppmv、并且甚至更优选小于或等于10ppmv的氧含量。
在根据本发明的方法的优选实施例中,所述基底以在10与60m/min之间、优选地在10与50m/min之间、优先地在20与40m/min之间、有利地在25与40m/min之间、非常有利地在30与40m/min之间的基底行进速度移动。
有利地,在根据本发明的生产方法中,所述等离子体沉积的沉积时间为小于或等于4秒、优选小于或等于2秒、并且甚至更优选小于或等于1秒。
非常优选地,处理是单程进行的,并且没有任何后处理。这有助于使机器的生产率(以单位处理面积/单位机器时间表示)最大化,并且使所述方法的操作成本最小化。
这使得可以获得高行进速度,并且导致非常薄的层。高行进速度意味着高生产率(以单位处理面积/单位机器时间表示),并且因此所述方法的操作成本低。在一方面,小的厚度意味着每单位处理表面积的前体分子消耗是低的(这有助于使所述方法的操作成本最小化),并且在另一方面,意味着当按预期使用层时,理论上可以转移到粘合剂上的每单位表面积的硅酮总量是低的。
在本发明的优选实施例中,腔室中的所述气体气氛处于大气压±100Pa下。
在本文中,“接近大气压的压力”是指与大气压相差不超过几十Pa或约一百Pa的压差(正或负)的压力。更确切地,优选地,所述腔室中的压力与大气压相差最多±100Pa。
在本发明的优选实施例中,所述放电是在低频下,优选具有在0.10W/cm2与10W/cm2之间、更优选在0.15W/cm2与8W/cm2之间、更特别地在0.2W/cm2与5W/cm2之间、或甚至在0.25W/cm2与0.8W/cm2之间、并且甚至更优选在0.35W/cm2与0.7W/cm2之间的功率密度,单位面积是指电极的累计面积。
本发明最后涉及根据本发明的保护膜用于粘合或自粘合元件的用途,所述粘合或自粘合元件包括具备粘合或自粘合特性的第一面。
在根据本发明的变体中,本发明最后涉及基于聚硅氧烷的保护膜用于根据本发明的基于硅酮的粘合剂或自粘合剂以及基于硅酮的粘合或自粘合元件的用途,例如基于硅酮的压敏粘合剂或包括第一粘合面(粘合剂位于其上)的粘合医疗装置。
在优选用途中,保护膜是呈与第一面接触的可剥离保护膜的形式。
在根据本发明的一个特定用途中,所述粘合元件具有具备粘合或自粘合特性的第一面和第二不粘面,所述保护膜附着在所述第二不粘面上。
在根据本发明的另一个特定用途中,所述粘合元件具有具备粘合或自粘合特性的第二面,第二基于硅的保护膜任选地附着在其上。
在一个特别优选的用途中,所述粘合元件是基于硅酮的标签、双面胶带、压敏保护膜。
在另一个特别优选的用途中,所述粘合或自粘合医疗装置是旨在与皮肤接触的粘合或自粘合医用敷料(例如硅化的)、贴剂、粘合电极。
优选地,上述用途在洁净室中进行。此外,根据本发明的生产方法可以在洁净室中进行。
此外,根据本发明的保护膜可以通过常规技术(伽马灭菌、在气态介质中、UV等)灭菌。
发明描述
从下面给出的非限制性的描述中并且参考实例和附图,本发明的其他特征、细节和优点将变得更清楚。
除非另有说明,否则以ppm(百万分率)给出的气体浓度是按体积计的ppm(ppmv)。
根据本发明,基底在大气压下暴露于等离子体。等离子体是在包含一种或多种硅氧烷前体的等离子体气体(He、Ar)中产生的;此前体将在下面说明。将基底暴露于等离子体和前体分子导致在基底表面上形成薄的沉积物。此薄的沉积物赋予了用于粘合元件的保护膜低附着力和非常少量的可提取硅酮。此外,此沉积物不显著降低粘合剂对包含它的保护膜的残余粘着率。
因此,在根据本发明的保护膜的生产方法中,在大气压下的等离子体沉积使得可以在基底上生产不粘层以形成保护膜(剥离衬垫)。
根据本发明的方法可以在反应器中进行,在反应器内发生介质阻挡放电(DBD)。
有利地,基底以辊对辊模式行进通过处理区域。
在优选的实施例中,处理反应器是辊对辊DBD类型的;它通常包含以下元件:
-具有合适介质涂层的处理圆筒(例如具有400mm的直径和800mm的长度)。此圆筒以在5与200m/min之间范围内选择的速度推动要在处理电极下处理的柔性膜。
-处理腔室,位于处理圆筒上方并且包括电极和用于注入气体的装置;注入装置与电极相邻使得可以将一种或多种气体注入电极的正前方和要处理的膜表面上,即:惰性气体、等离子体气体、前体、载气、任选的掺杂气体。
电极连接到可变功率(0.1至10W/cm2)的低频HV发生器(通常一至几十kHz)。功率密度在0.10W/cm2与10W/cm2之间、更优选在0.15W/cm2与8W/cm2之间、更特别地在0.2W/cm2与5W/cm2之间、或甚至在0.25W/cm2与0.8W/cm2之间、并且甚至更优选在0.35W/cm2与0.7W/cm2之间,单位面积是指电极的累计面积。
处理腔室中的提取系统使得可以抽空等离子体气体以及在等离子体中产生且未转化为沉积物的任何副产物。等离子体气体产生等离子体,这是在大气压下放电的特定特征。注入载气以输送前体(单体)。相对于惰性气体、等离子体气体和载气,可以注入少量的掺杂剂。惰性气体、等离子体气体和/或载气可以相同或不同,并且可以是氩和/或氦。
有利地,在处理反应器中保持惰性处理气氛,其中氧的水平小于50ppm、优选小于20ppm、并且甚至更优选小于10ppm。
例如在专利申请WO 2016/170242中以申请人的名义描述了此类反应器。
为了确保等离子体的稳定性和均匀性(获得具有可接受的三维均匀性的薄沉积物的两个必要条件),必须非常精确地调整电极的活性表面与在电极下方在处理辊上沿其行进的膜之间的间隙。例如,如果膜与电极的活性表面之间的距离设置为1mm,则此距离有利地是以±0.2mm的标准偏差稳定的。
前体有利地被直接注入到放电中,这使得可以使前体在电极之间的浓度最大化。这对于在单程中使处理成为可能是有用的。放电中高浓度的前体通常导致等离子体中粉末的形成;这些粉末使产品无法使用,并且在反应器维护中引起许多问题。在高气体速度下,可以减少前体分子在等离子体中的停留时间;这避免了粉末的形成。因此,可以在高浓度的前体下进行操作,这使得可以单程进行沉积而不形成粉末。
还应注意,形成的保护膜暴露于等离子体降低薄层的性能。因此,多程沉积不一定是期望的。
例如,在WO 2016/170242中描述的类型的反应器中使用以下参数:
前体的流速优选在8g/h与14g/h之间、更优选在8.5g/h与13g/h之间;在10g/h的值下获得良好的结果,但是在5g/h或20g/h的值下结果较差。基底的速度优选在3m/min与8m/min之间、优选在3.5m/min与8.5m/min之间,但是在2m/min或10m/min的值下结果较差。功率优选在450W与700W之间、更优选在500W与650W之间,但是在300W或900W的值下结果较差。等离子体气体优选是氩。
在本发明的上下文中,前体应该是包含环状特征基团的硅氧烷,例如环烷基硅氧烷、优选环甲基硅氧烷。诸位发明人出人意料地发现,因此不包含环状特征基团的线性烷基硅氧烷不能给出令人满意的结果,然而使用包含环状特征基团的硅氧烷(例如环烷基硅氧烷、并且特别地环甲基硅氧烷)使得可以解决本发明试图解决的问题。
有利地,所述硅酮前体是十甲基环五硅氧烷(CAS号541-02-6)或八甲基环四硅氧烷(CAS号556-67-2)、六甲基环三硅氧烷(CAS号541-05-9)、十二甲基环六硅氧烷(CAS号540-97-6)或这些中的两种或更多种的混合物。
实施例
实施例1
通过在大气压下在氩等离子体中沉积薄层进行表面处理。等离子体气体是氩。下表1给出了对于形成根据本发明的保护膜在PET基底上获得的最好结果。特别地,在去除经处理的PET的保护膜之后,确定粘合剂的剥离力和残余粘着率。
使用几种类型的有机硅氧烷单体来生产基于硅的剥离层的沉积物,以在100至10000ppm(按体积计)范围内的单体比例:
●DMCPS=十甲基环五硅氧烷;CAS号541-02-6;
●OMCTS=八甲基环四硅氧烷,CAS号556-67-2;
●OTES=三乙氧基(辛基)硅烷,CAS号2943-75-1
●HMDSO=六甲基二硅氧烷,CAS号107-46-0;
还使用两种类型的OH或NH官能化反应性硅酮前体单体(SilmerTM)来制造基于硅酮的薄沉积物,以在100至5000ppm范围内的单体比例。这些单体的商品名是:SilmerTM NH Di-8和SilmerTM OH A0 UP(由斯泰化学公司(Siltech)提供)。它们是线性聚烷基硅氧烷;更确切地,SilmerTM NH Di-8是包含NH端基的线性氨基聚二甲基硅氧烷(分子量约860至940),并且SilmerTM OH A0 UP是具有丙基羟基末端官能团的聚二甲基硅氧烷(分子量约280)。
为了比较,研究了非硅酮类型的单体(十二烷基乙烯基醚,CAS号765-14-0)来制造不含硅的释放沉积物,以100ppm的单体比例。还测试了氟硅酮类型的单体。
如可以看出的,在600mm宽度的PET膜上(在600W的氩等离子体下以20m/min处理,向其中引入60g/h的DMCPS(样品称为“DMCPS”))获得最好结果,尽管可以进行预处理,但是在这种情况下预处理不是必须的同时得到优异的结果。在纸和BOPP膜上进行了相同的优选方法,结果优异。
表1总结了在根据本发明生产的样品上测量的保护膜的特征。
表1
在此表中:
-“迅捷”表示粘合剂从保护膜上不平稳地分离;
-θ水是在Krüss DSA25设备上测量的水静态接触角;
-Es是根据欧文斯和温特模型通过两种液体(水和二碘甲烷)的接触角测量结果计算出的表面能;
-Fp 7475是根据标准FTM 10用AR1000设备测量的TESA 7475粘合剂的剥离力;
-Fp MD15是由JDC公司(美国田纳西州)提供的MD15粘合剂(用于电子领域应用的超纯丙烯酸粘合剂)的剥离力。
-AR Nitto 31b是根据标准FTM 11在清洁的玻璃板上测量的粘合剂Nitto31b的残余粘着率;此粘合剂被本领域技术人员用来测量残余粘着率。
本领域技术人员熟悉的标准FTM 10和FTM 11由FINAT(在纸和其他基底上的粘合剂和热封粘合剂制造商和加工商国际联合会)发布:
-FTM 10“用于自粘合层压体的经硅酮涂覆的基底的品质:剥离力(300mm/分钟)”(Quality of silicone coated substrates for self-adhesive laminates:releaseforce(300mm per minute)),
-FTM 11“用于自粘合层压体的经硅酮涂覆的基底的品质:残余粘着率”(Qualityof silicone coated substrates for self-adhesive laminates:subsequentadhesion)。
表2示出了在大气压下在用等离子体处理的三个样品中碳、氧、硅和氮的测定结果(以原子百分比计)。这些值是在正常检测(检测角度θ=0°)中在300μ×700μm的面积上使用具有单色Al-Kα源(225W)的Nova-KratosTM类型的设备从测量光谱中确定的。在这些条件下的分析深度小于10nm。
表2
注意,样品“DMCPS氩1”对应于表1中的样品“DMCPS”。用包含前体DMCPS的氮等离子体制备样品“DMCPS氮”:此层包含氮。其Fp值太高。在类似于样品“DMCPS氩”的那些条件下制备样品“DMCPS氩2”,但是它具有小于10nm的厚度:XPS光谱揭示了由于基底引起的对信号的贡献,并且因此所示浓度不反映通过根据本发明的方法沉积的层的组成。
使用单体DMCPS确定通过根据本发明的方法处理的塑料膜样品的可提取残余硅氧烷的含量。为了确定该残余硅氧烷的含量,用正己烷冲洗经处理的50cm2区域,并且将液相浓缩在ZnSe板上并通过傅里叶变换红外光谱法(FTIR)(分辨率4cm-1,扫描8次,镜速0.20cm/s)进行分析。硅氧烷含量是基于硅氧烷特有的光谱带强度确定的(在约2800与300cm-1之间,如ECSS参考文献“Space product assurance:Detection of organic contamination ofsurfaces by infrared spectroscopy[航天产品保证:通过红外光谱法检测表面的有机污染物]”编号ECSS-Q-ST-70-05C,日期为2009年3月6日,在第21页点e.和表5.1所示),通过一系列聚(二甲基硅氧烷)标准物(来自奥德里奇公司(Aldrich)的商业产品,索引号378380(CAS号63148-62-9))对强度进行校准。该测量结果示于表3。在另一程序中,将样品在恒定气流下加热。通过气相色谱和质谱检测(GC-MS)来确定样品发射的分子的身份和量(参见表3的第4列)。
表3示出了在根据上述方法处理的样品上的硅酮化合物的提取的测量结果。
表3
实施例2
在70℃温度和50%的水分含量下接触20小时后,将在根据本发明的保护膜上的粘合剂的剥离力(根据标准FINAT 10测量)与在基于氟硅酮的商用保护膜上的相同粘合剂的剥离力进行比较。结果示于图1中。如可以看出的,根据本发明的保护膜的剥离力低于基于氟硅酮的保护膜的剥离力。
在根据本发明的保护膜上的粘合剂的平均剥离力Fp是0.9N/25mm。
在商用保护膜(氟硅酮)上的粘合剂的平均剥离力Fp是1.0N/25mm。
当然,本发明不以任何方式限于上述实施例,并且可以在仍处于所附权利要求的范围内的同时对其进行许多修改。
Claims (12)
1.一种用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜,其特征在于,所述保护膜基于硅酮,并且具有小于或等于100ng/cm2、优选小于或等于50、优选小于或等于20ng/cm2、并且甚至更优选小于10ng/cm2、优选小于5ng/cm2的可提取硅酮水平,所述水平是通过以非挥发性的(IDEMA标准M7-98“作为非挥发性残留物(NVR)的有机污染物”,ECSS-Q-ST-70-05C“通过红外光谱法检测表面的有机污染物”,希捷20800032-001Rev C.&20800014-001Rev G,西部数据2092-772141 Rev AD&2092-771888Rev AC)或挥发性的(IDEMA标准M11-99“通过动态顶空分析法的一般排气测试程序”,希捷20800020-001Rev N,西部数据2092-001026Rev AC&2092-771888Rev AC)单体或低聚物形式释放的硅酮的量来测量。
2.根据权利要求1所述的用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜,其进一步包含纸、织造或非织造织物、或塑料的基底。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜,其具有选自以下各项的以下特征中的至少一项:根据标准FTM10在TesaTM7475粘合剂上测量的小于或等于2N/25mm的剥离力,根据标准FTM11测量的大于或等于80%的残余粘着率,具有在Krüss DSA25设备上测量的大于90°、优选大于95°、并且甚至更优选大于100°的水静态接触角的表面,根据欧文斯和温特模型通过两种液体(水和二碘甲烷)的接触角测量结果计算出的小于30mN/米、优选小于25nN/m、并且甚至更优选小于20nN/m的表面能。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜,其具有根据XPS/ESCA技术测量的小于或等于1at%的氮水平。
5.一种组件,其包括至少一种根据权利要求1至4中任一项所述的用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜,和具有具备粘合或自粘合特性的第一面的粘合或自粘合元件。
6.根据权利要求5所述的组件,其中,所述粘合元件是标签,胶带,双面粘合剂,保护膜,特别是电子级的,粘合或自粘合医疗装置,例如旨在与皮肤接触的粘合或自粘合医用敷料,例如硅化的,贴剂,粘合电极,特别是医用级的。
7.一种生产用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜的方法,所述保护膜具备至少一个基于硅酮的涂层,所述涂层旨在置于纸、织造或非织造织物、或塑料的基底上,所述方法包括以下步骤
a)将所述基底从用于形成所述保护膜的等离子体涂覆室中的基底源移动到所述保护膜的收集点,
b)在腔室中、在选自包含环状特征基团的硅氧烷的至少一种硅酮前体的存在下将所述基底的第一面暴露于等离子体沉积,该腔室中存在由至少一种等离子体气体组成的气氛、以及所述等离子体气体的受介质阻挡控制的放电(DBD),所述等离子体气体选自稀有气体或其混合物,
c)在所述等离子体中由所述硅酮前体形成所述基于硅酮的涂层,以及
d)收集具备所述至少一个基于硅酮的涂层的所述保护膜。
8.根据权利要求7所述的生产用于粘合或自粘合元件的基于硅的保护膜的方法,其中,所述腔室中的所述气体气氛具有小于或等于50ppmv、优选小于或等于20ppmv、并且甚至更优选小于或等于10ppmv的氧含量。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法,其中,所述基底以在10与60m/min之间、优选地在10与50m/min之间、优先地在20与40m/min之间、有利地在25与40m/min之间、非常有利地在30与40m/min之间的基底行进速度移动,和/或所述腔室中的所述气体气氛处于大气压±100Pa下,和/或所述等离子体沉积的沉积时间为小于或等于4秒、优选小于或等于2秒、并且甚至更优选小于或等于1秒,和/或所述放电是在射频下,优选具有在0.10W/cm2与10W/cm2之间、更优选在0.15W/cm2之间、更特别地在0.2W/cm2之间、或甚至在0.25W/cm2与0.8W/cm2之间、并且甚至更优选在0.35W/cm2与0.7W/cm2之间的功率密度,单位面积是指电极的累计面积。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的保护膜用于粘合元件的用途,所述粘合元件包括具备粘合或自粘合特性的第一面和最终的第二不粘面,所述保护膜,所述保护膜附着在所述具备粘合或自粘合特性的第一面上和/或所述第二不粘面上。
11.根据权利要求10所述的用途,其中,所述粘合元件是标签;胶带;双面粘合剂;保护膜,特别是电子级的;粘合或自粘合医疗装置,例如旨在与皮肤接触的粘合或自粘合医用敷料,例如硅化的,贴剂,粘合电极,特别是医用级的。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的用途,用于洁净室中。
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