TWI693257B - 矽膠環氧樹脂複合材料 - Google Patents
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Abstract
一種矽膠環氧樹脂複合材料，包含一矽膠配方與一環氧樹脂配方，該矽膠配方與該環氧樹脂配方的重量比介於1：1至6：1，其中該環氧樹脂配方含有一環氧樹脂，該矽膠配方含有一第一高流動性之矽膠原膠或一第二高流動性之矽膠原膠。矽膠環氧樹脂複合材料具有高阻水氣性，且兼具可加工柔軟性與機械強度，能夠滿足金屬爪蓋製程需求。
Description
本發明係關於一種高阻水阻氣性之矽膠環氧樹脂複合材料，其係可供應用於瓶蓋墊片製程之材料配方。
密封容器於罐口封蓋有鋁板或鍍錫薄板製造而成的金屬爪蓋，並於爪蓋內側設置墊片，藉以將爪蓋與罐體緊密結合，達到使罐體內容物與環境完全阻隔的效果，進而維持內容物之新鮮度。墊片材料必須具有適當的柔軟性的與機械強度，聚氯乙烯(PVC)配方作為墊片材料需要高含量可塑劑，才能達到所欲的可加工性，然而除了環境污染的潛在問題，高含量的可塑劑與內容物接觸，亦會有食安問題的疑慮。
為了避免食安疑慮，矽膠無需加入額外的可塑劑被加工作為墊片材料，以替代PVC膠料配方。然而，矽膠材料雖然本身具有高度流動性與柔軟特性，而適用用於瓶蓋墊片製程，然而其具有機械強度不足的問題，且本身阻水特性不足，無法滿足密封需求，反而影響內容物保存效期。
由此可見，現有技術的墊片若採用PVC配方會有潛在毒性問題，而替代的矽膠配方雖滿足食安要求，卻又因無法滿足高阻水阻氣需求，而衍生無法維持良好密封效果的缺點，實有必要發明一種替代性材料以改善現有問題。
為了解決現有矽膠墊片所造成的缺乏有效阻水阻氣特性的問題，本發明提出一種矽膠環氧樹脂複合配方，可供應用於金屬爪蓋之墊片的製程，本發明的複合材料使墊片成品達到所欲的阻水效果，而無食品安全之疑慮，且回收後直接焚燒亦不會有環境汙染之虞，並可完全符合現有金屬爪蓋廠墊片之生產加工製程，解決PVC配方毒性、矽膠配方缺乏機械強度、其他類彈性體材料無法直接在既有產線上直接導入試產等諸多問題。
本發明提供一種矽膠環氧樹脂複合材料，其包含一矽膠配方與一環氧樹脂配方，該矽膠配方與該環氧樹脂配方的重量比介於1：1至6：1，其中該環氧樹脂配方含有一環氧樹脂，該矽膠配方含有一第一高流動性之矽膠原膠或一第二高流動性之矽膠原膠，其中，該第一高流動性之矽膠原膠為具有一乙烯基矽氧烷結構之矽膠原膠，其包含一鉑催化劑；該第二高流動性之矽膠原膠為具有一乙烯基矽氧烷結構與一矽氫鍵結之矽氧烷結構之矽膠原膠，其包含一抑制劑。
另一方面，本發明亦提供一種矽膠環氧樹脂材料用於製造金屬爪蓋的製造方法，其中該金屬爪蓋係以旋轉塗佈設備設置有環狀成型的該矽膠環氧樹脂材料，其步驟包含：取得矽膠環氧樹脂複合材料步驟：將一含有第一高流動性之矽膠原膠A及一第二高流動性之矽膠原膠B的矽膠配方S與一環氧樹脂配E方以1：1至6：1的重量比混合置入一混膠模組進行混膠，取得一矽膠環氧樹脂複合材料；塗佈步驟：將該矽膠環氧樹脂複合材料導入一點膠設備，並滴入或注入一金屬爪蓋之一內表面，而後以旋轉塗佈方式將該金屬爪蓋上塗佈該矽膠環氧樹脂複合材料，使該複合材料旋轉分佈於該金屬爪蓋之內表面之邊緣，形成環狀之一矽膠環氧樹脂墊圈；以及
交聯步驟：塗佈於該金屬爪蓋之矽膠環氧樹脂墊圈以熱輔助乾燥手段完成交聯。
藉由上述說明可知，本發明具有以下優點：
1.本發明採用矽膠為主材料，相對現有的爪蓋材料PVC具有無毒性的優勢，並進一步透過添加環氧樹脂改善矽膠材料的阻水與阻氣性，大幅提昇爪蓋材料的品質。
2.本發明為專門針對旋轉塗佈設備進行旋轉塗佈而開發，可以與現有塗裝製成與設備相互匹配，可以又利於產業利用，大幅減少變更製程可能衍生增加的成本，有利於生產者更容易接受與採納本發明所提之技術。
S:矽膠配方
E:環氧樹脂配方
A:第一高流動性之矽膠原膠
B:第二高流動性之矽膠原膠
C:填充劑
D:稀釋助劑
10:預拌槽
11:儲存槽
12:混膠模組
13:點膠設備
14:金屬爪蓋
圖1係本發明一較佳製程示意圖。
圖2係本發明一較佳金屬爪蓋剖面圖。
請參考圖1，其為本發明矽膠環氧複合材料使用於製造金屬爪蓋墊片的方法，其步驟包含：取得矽膠環氧樹脂複合材料步驟：取含有一第一高流動性之矽膠原膠A及一第二高流動性之矽膠原膠B為1：1重量比之矽膠配方S與一環氧樹脂配方E以1：1至6：1的重量比混合置入一混膠模組12進行混膠；選擇性的一填充劑C及一稀釋助劑D可分別加入矽膠配方S或環氧樹脂配方E，並預先分別於預拌槽10進行混練改質，再置入該混膠模組12進行混膠，取得一矽膠環氧樹脂複合材料；而該填充劑C及該稀釋助劑D也可同時加入該矽膠配方S與該環氧樹脂配方E中
混合，於此不限定。
塗佈步驟：將混合/改質完成之該矽膠環氧樹脂複合材料導入一點膠設備13，並滴入或注入一金屬爪蓋14之一內表面，而後以旋轉塗佈方式將該金屬爪蓋14上塗佈該矽膠環氧樹脂複合材料，使該複合材料旋轉分佈於該金屬爪蓋14之內表面之邊緣，形成環狀之一矽膠環氧樹脂墊圈材料，如圖2所示；交聯步驟：塗佈於該金屬爪蓋之該矽膠環氧樹脂材料以熱輔助乾燥手段完成交聯。
其中，前述的環氧樹脂配方E包括重量比介於1：1~4：1之一環氧樹脂與一固化劑，以及選擇性的一反應促進劑10wt%以下及選擇性的該填充劑C。所述的環氧樹脂的環氧當量(EEW)係為約190至210g/Eq。其中，該環氧樹脂較佳的包括脂肪族環氧化合物(aliphatic epoxy)。其中，該固化劑較佳的包括酸酐類固化劑，例如，但不限於：4-甲基六氫苯酐(methylhexahydrophthalic anhydride,MeHHPA)，可使膠料不黃化變色。該反應促進劑較佳的可為2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚(簡稱DMP-30)。其中，該填充劑C包括滑石粉(Talc)、二氧化矽(SiO2)、鈦白粉(二氧化鈦、TiO2)或黏土(clay)，除作為填充劑外還可以進一步提高環氧樹脂熱穩定性和/或減少水氣通過率。
所述的第一高流動性之矽膠原膠A為具有一乙烯基矽氧烷結構之矽膠原膠，其包括一乙烯基取代基，該第一高流動性之矽膠原膠A可包含一有機過氧化物催化劑(Organic Peroxide)、一有機金屬螯合物催化劑、一有機胺類催化劑或一鉑催化劑，前述催化劑的添加量較佳為10wt%以下，以利反應之進行，該有機過氧化物催化劑可以是過氧化二苯甲醯(Benzoylperoxide)、2,4-二氯過氧化苯甲醯(2,4-dichorobenzoyl peroxide)、過氧化苯甲酸叔丁酯(t-butyl peroxybezoate)、二叔丁基過氧化物(di-tert-butyl peroxide)；該有機金屬螯合物催化劑可以是有機羧酸錫(Et2Sn(OAc)2、Bu2Sn(OAc)2)、有機錫螯合物
(Bu2Sn(OCOC7H15)2、Bu2Sn(OCOC11H23)2)、有機鈦化合物(Ti(OBu)4Ti(OSiMe3)4)等化合物。
所述的第二高流動性之矽膠原膠B為具有一乙烯基矽氧烷結構與一矽-氫(Si-H)鍵結之矽氧烷結構之矽膠原膠，其包含有一抑制劑10wt%以下，該抑制劑較佳可為乙炔醇(Acetylene alcohol)，可做為儲存時及生產中之穩定抑制劑，防止該第二高流動性之矽膠原膠B與該第一高流動性之矽膠原膠A於混膠步驟時過於快速發生交聯反應，導致無法應用之問題產生。
所述的填充劑C添加量至多可達50wt%，其可包含滑石粉(Talc)、鈦白粉(TiO2)、二氧化矽(SiO2)、黏土(clay)或奈米黏土，其中，添加該填充劑C可對該矽膠配方S及/或該環氧樹脂配方E提供顏色之用途，並剪切分散使該填充劑C可以均勻分散於含有該第一高流動性之矽膠原膠A與該第二高流動性之矽膠原膠B的矽膠配方S中。其中，該層狀結構矽酸鹽類，可對該環氧樹脂提供，並剪切分散使該填充劑C可以均勻分散於矽膠配方S中。
所述該稀釋助劑D的添加量則依據該矽膠環氧樹脂複合材料的流動性需求添加，其包含一矽油、一四環體矽油和/或一食品級白蠟油，該稀釋助劑D為用於提高該第一高流動性之矽膠原膠A或該第二高流動性之矽膠原膠B之加工性，其中，該矽油除了可增加該第一高流動性之矽膠原膠A或該第二高流動性之矽膠原膠B之加工性，還可增加其潤滑性。該四環體矽油具揮發之特性，在交聯過程中會逐漸揮發，因此不會影響到該第一高流動性之矽膠原膠A、該第二高流動性之矽膠原膠B與該環氧樹脂配方E的物性，藉此同時滿足該混練改質過程之加工條件且增加其加工性。該食品級白蠟油之添加係用於潤滑，較佳為選用具有低揮發特性的該食品級白蠟油，其局部析出或包覆於交聯完成之該矽膠環氧樹脂複合材料之表面，可改善該該矽膠環氧樹脂複合材料原本乾澀的特性並增加其自潤效果，進而大幅提昇材料物性與加工特性，於使用時可增加該
金屬爪蓋與其對應之罐體旋合時之潤滑性，使兩者旋合更加容易。
所述的取得矽膠環氧樹脂複合材料步驟較佳的包括：取含有第一高流動性之矽膠原膠A與第二高流動性之矽膠原膠B的重量比1：1之矽膠配方S與環氧樹脂配方E以1：1至6：1混合，形成一矽膠環氧樹脂混料，對矽膠環氧樹脂混料加入該填充劑C混練，較佳地，該填充劑C可先與該稀釋助劑D混合並均勻分散後再與該矽膠環氧樹脂混料混合。
所述的取得矽膠環氧樹脂複合材料步驟中，該混膠模組12種類不限定，可以是一雙液混膠機或一混膠槍之一混練裝置，主要是能夠將含有該第一高流動性之矽膠原膠A與該第二高流動性之矽膠原膠B的矽膠配方S、環氧樹脂配方E混合均勻。
所述的交聯步驟中，該熱輔助乾燥手段方法為烘箱加熱、直接加熱乾燥或紅外線加熱方法。
所述的塗佈步驟包括：將該混膠完成之該矽膠環氧樹脂複合材料導入一點膠設備13，使用注射方式以旋轉塗佈機台進行一金屬爪蓋14之矽膠環氧樹脂複合材料之塗佈，並在旋轉離心過程中，使該矽膠環氧樹脂複合材料成形為一矽膠環氧樹脂材料環狀分佈於該金屬爪蓋14之一內部表面之邊緣處，其中，該前述的旋轉塗佈之製程轉速配合該矽膠環氧樹脂複合材料之黏度與流動特性而進行調整，例示的轉速約1800rpm。透過適當控制轉速，使該矽膠環氧樹脂複合材料於旋轉塗佈過程同時達到達到初步消泡與分散的效果，且本發明之該矽膠環氧樹脂複合材料為專門針對旋轉塗佈設備進行旋轉塗佈而開發，可與現有的塗裝製成與設備相互匹配，以利產業之利用。
所述的交聯步驟：將已塗佈在該金屬爪蓋14之矽膠環氧樹脂複合材料完成交聯，使該矽膠環氧樹脂複合材料緊密固定結合於該金屬爪蓋14之內部表面。所述的交聯可佐以一熱輔助乾燥手段以提昇生產效率。該熱輔助乾燥
手段係為減少完成旋塗後的該金屬爪蓋14上之該矽膠環氧樹脂複合材料之固化時間而達到快速交聯效果，其製造參數可例如持溫170℃約3hr分鐘，使該矽膠環氧樹脂複合材料熟化完成。該熱輔助乾燥手段種類不限，可以為烘箱、直接接觸加熱、紅外線加熱等。為使該第一高流動性之矽膠原膠A與該第二高流動性之矽膠原膠B能快速在高溫下完成交聯反應，故該第一高流動性之矽膠原膠A中較佳包含該鉑催化劑，其為鉑的化合物或配合物之催化劑，可以是鉑的二乙烯基四甲基二矽氧烷溶液(Karstedt催化劑)，可作為促使該第一高流動性之矽膠原膠A與該第二高流動性之矽膠原膠B快速反應之催化劑。
請參考圖2，其為本發明較佳實施例之具有矽膠墊圈的金屬爪蓋之剖面圖，其中，該矽膠環氧樹脂複合材料經旋塗後環狀分佈於該金屬爪蓋14之一內部表面之邊緣處，再進行熱輔助乾燥方法進行交聯製程以固化得該具有矽膠墊圈的金屬爪蓋。
以下列舉本發明之各實施例：
[實施例一]
將環氧樹脂與4-甲基六氫苯酐(methylhexahydrophthalic anhydride,MeHHPA)與2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚(簡稱DMP-30)混合作為環氧樹脂配方E備用。秤取重量比為1：1的第一高流動性之矽膠原膠A與第二高流動性之矽膠原膠B為矽膠配方S，較佳地該矽膠配方S中含有40phr的矽油稀釋劑，接著再加入環氧樹脂配方E，該矽膠配方S與該環氧樹脂配方E比例較佳為3：1，並置入預拌槽10中，再配入內含40phr的矽油稀釋劑120phr，進行攪拌混練20分鐘，該填充劑較佳的為滑石粉，且該滑石粉最多可添加至50wt%，具有最佳的阻水阻氣性，接著將混練完成的矽膠環氧樹脂複合材料置於真空烘箱中，抽真空以脫除攪拌混練產生之氣泡，將脫泡完之矽膠環氧樹脂複合材料導入模具，於170℃，烘烤3小時成型。
其中，該含第一高流動性之矽膠原膠A與第二高流動性之矽膠原膠B的矽膠配方S與環氧樹脂配方E之其他配方，請參考實施方式中之混練改質方式描述內容。
測試交聯完成之矽膠環氧樹脂複合材料之阻水性。
該矽膠環氧樹脂複合材料之阻水性試結果如表1所示，測試方式係以成品之固形狀態進行水氣通過率(water vapor transmission rate,WVTR)測試，用以評估阻水及阻氧性。結果相較於現有厚度為0.609mm純矽膠材料的水氣通過率為131gm/[m2-day]，厚度為0.861mm的矽膠環氧樹脂複合材料的水氣通過率(WVTR)可以降低到36.97gm/[m2-day]，顯示阻水阻氣性質確實大幅提升。
基於前述說明可知，本發明具備下列特點：
1.利用矽膠環氧樹脂複合材料具有高阻水性，解決使用聚氯乙烯墊片之金屬爪蓋可能對人體與環境造成威脅以及使用矽膠墊片的缺乏適當阻水性與機械應力的相關技術問題。
2.本發明複合材料，同時具有所欲高阻水阻氣性質與其他需要的特性，又達到所欲的黏度，可搭配現有的設備，可大幅降低更換材料所需增加的成本，有助於產業之利用。
S:矽膠配方
E:環氧樹脂配方
A:第一高流動性之矽膠原膠
B:第二高流動性之矽膠原膠
C:填充劑
D:稀釋助劑
10:預拌槽
11:儲存槽
12:混膠模組
13:點膠設備
14:金屬爪蓋
Claims (7)
- 一種矽膠環氧樹脂複合材料，其包含一矽膠配方與一環氧樹脂配方，該矽膠配方與該環氧樹脂配方的重量比介於1：1至6：1的範圍內，其中該環氧樹脂配方含有一肪族環氧化合物，該環氧樹脂配方的環氧當量(EEW)為190至210g/Eq，該矽膠配方含有重量比1：1的一第一高流動性之矽膠原膠及一第二高流動性之矽膠原膠，其中，該第一高流動性之矽膠原膠為具有一乙烯基矽氧烷結構之矽膠原膠，其包含一鉑催化劑；該第二高流動性之矽膠原膠為具有一乙烯基矽氧烷結構與一矽氫鍵結之矽氧烷結構之矽膠原膠，其包含一抑制劑。
- 如申請專利範圍第1項的矽膠環氧樹脂複合材料，其中該環氧樹脂配方包括重量比1：1~4：1之一環氧樹脂與一固化劑。
- 如申請專利範圍第2項的矽膠環氧樹脂複合材料，其中該固化劑為4-甲基六氫苯酐(MeHHPA)。
- 如申請專利範圍第1或2項的的矽膠環氧樹脂複合材料，其中，該第一高流動性之矽膠原膠包含有一有機過氧化物催化劑、一有機金屬螯合物催化劑或一有機胺類催化劑，其中，該有機過氧化物催化劑是過氧化二苯甲醯、2,4-二氯過氧化苯甲醯、過氧化苯甲酸叔丁酯或過氧化二叔丁基；該有機金屬螯合物是有機羧酸錫、有機錫螯合物或有機鈦化合物；該抑制劑為乙炔醇；及該鉑催化劑為鉑的二乙烯基四甲基二矽氧烷溶液。
- 如申請專利範圍第1或2項的矽膠環氧樹脂複合材料，其包含填充劑至多50wt%。
- 如申請專利範圍第5項的矽膠環氧樹脂複合材料，其中該填充劑包含滑石粉、二氧化鈦、二氧化矽或黏土。
- 如申請專利範圍第1或2項的矽膠環氧樹脂複合材料，其包含一稀釋助劑，該稀釋助劑包含一矽油。
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