TWI727772B - 塗佈於聚氯乙烯感壓膠帶之水性壓克力壓敏膠 - Google Patents

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Abstract

本發明係為一種水性壓克力系壓敏膠，其可塗佈於聚氯乙烯感壓膠帶，用以改善傳統溶劑型壓敏膠對於人體、環境與VOCs危害，其為一種環保型壓敏膠，固含量約50~55%左右，對人體及自然環境相對友善。本發明水性壓克力壓敏膠以水作為溶劑，且不含壬基酚，對人體或是環境友善程度相對較溶劑型橡膠高很多；使用在聚氯乙烯壓敏膠帶上，能有效抑制熟成後小分子可塑劑轉移到壓敏膠上，避免造成相關物性較嚴重的衰退，使膠帶能保持優良性能。

Description

塗佈於聚氯乙烯感壓膠帶之水性壓克力壓敏膠
本發明係關於一種塗佈於聚氯乙烯感壓膠帶之水性壓克力壓敏膠，特別利用水性環保底膠與水性環保壓敏膠需使用相關助劑進行輔助。
聚氯乙烯感壓膠帶製作過程中因為會使用到汙染環境的壬基苯酚(nonylphenol,NP)也稱壬基酚作為主要的原料，雖然壬基酚高黏性、高沸點、低蒸氣壓的特性，常常做為製造壬基苯酚聚乙氧基醇類(nonylphenol polyethoxylates,NPEO)的原料之一，但是近年來環保的意識抬頭，因為其化學結構與雌性激素(estrogen)相似，被認定是環境荷爾蒙之一，長期接觸後會有疑慮，因此對生物與環境的污染很大，所以本發明將改善環境賀爾蒙問題。
因聚氯乙烯膜表面能較高，若直接塗佈橡膠系或壓克力系壓敏膠會有脫膠現象，故需於塗佈水性壓克力系膠水前，先塗佈一層底膠做為結合聚氯乙烯膜與橡膠系或壓克力系壓敏膠的媒介，以提升感壓膠對聚氯乙烯膜的密著性(Anchorage)。
傳統聚氯乙烯感壓膠帶的面膠皆使用溶劑型橡膠系壓敏膠居多，一般固含量約15~35%左右，所以溶劑的比例相當高；塗佈過程中易 有揮發性有機物(VOCs)危害，不僅有害人體健康，也會對週遭自然環境造成汙染。
有鑑於此，本發明提供一種水性環保壓敏膠，因不含有機溶液與壬基酚，故對於人體與自然環境較友善，其與水性環保底膠需使用相關助劑進行輔助，而助劑的使用目的為增加水性環保底膠與壓敏膠的分散性、濕潤性、塗佈性等，並運用去離子水調整聚氯乙烯感壓膠帶的水性環保膠水固含量，使塗佈厚度與均勻性得到良好的控制。
本發明所用於聚氯乙烯感壓膠帶的水性環保壓敏膠組成份，反應型乳化劑最佳用量範圍為0.01~3%；軟單體最佳用量範圍為1~35%；交聯劑最佳用量範圍為0.1~7%；水性樹脂，包含C5石油樹脂、萜烯酚樹脂、松香樹脂、水性橡膠(NR/SBR Latex)，最佳用量範圍為0.5~20%。如此既可符合目前環保需求，在物性方面也可以符合目前客戶需求。
本發明之水性環保壓敏膠係用於聚氯乙烯感壓膠帶，由於聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)材質本身具有柔軟、拉伸、電氣絕緣及耐熱等特性，故可使用的產業相當廣泛，如：黏貼於需警示處(如地板、牆壁等處)的警示膠帶、纏繞於管路外部的管路保護膠帶、電線外部纏繞的電氣絕緣膠帶、整理汽車電線線路使用的束線膠帶、植物接枝所使用的接枝膠帶、PCB板電鍍過程中的保護膠帶、鋁門窗等金屬或非金屬板材預防在搬運途中磨損的保護膠帶紙箱封箱的包裝膠帶，聚氯乙烯感壓膠帶可用於纏繞、固定、絕緣、保護甚至印刷後用於商標等，具有相當多的應用。
本發明之水性乳液型一般包裝用壓克力改質壓敏膠，運用目前工業上較常見的丙烯酸乳液壓敏膠類似做法，使用丙烯酸酯類的軟單 體、功能性單體及其他烯類單體與反應型乳化劑以去離子水作為介質，經由反應型乳化劑與適合系統的乳化劑進行乳化聚合反應，製作出粒徑分佈較窄的膠水，並搭配水性樹脂等，使整體網狀結構更扎實緊密，能達到耐可塑劑、耐高溫性、耐水性等特性。
本發明之陰離子反應型乳化劑〈聚氧乙烯烷基醚硫酸銨鹽(Polyoxyethylene alkyl ether ammonium sulfate〉：本發明原料不使用壬基苯酚(nonylphenol,NP)，因為其化學結構與雌性激素(estrogen)相似，被認定是環境荷爾蒙之一，對環境的污染很大，在自由基聚合反應中因結構中含有不飽和雙鍵，可直接與單體反應鍵結，使壓敏膠的結構更為穩定，並搭配非離子型乳化劑，除了提高膠水穩定性與較窄的粒徑分佈外，進而可提高樹脂之耐水性、耐候性等，可因需求選擇不同長度碳鏈的乳化劑做適當調整。用量範圍為總量0.01~5%，最佳用量範圍為0.01~3%。
Figure 109114064-A0101-12-0003-1
反應型乳化劑-聚合物鏈結型態類型示意圖，請參閱圖2
本發明之軟單體有順丁烯二酸二丁酯，順丁烯二酸二辛酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸冰片酯、甲基丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸異冰片酯等，用量範圍為單體總量1~55%，最佳用量範圍為1~35%。
本發明中所使用之商品化水性樹脂種類如萜烯酚樹脂、C5石油樹脂、松香樹脂，水性橡膠可分為天然橡膠與合成橡膠；水性萜烯酚樹脂(Terpene Phenolic Resin如DRT TR系列S.C%：50~54)、水性C5石油樹脂(C-5 RESIN如DRT DP系列S.C%：50~54)、水性松香樹脂(如荒川SUPER ESTER E系列S.C%：50~54)，水性天然橡膠(NR Latex S.C%： 58~62)、水性合成橡膠(SBR Latex S.C%：58~62)，用量範圍為總量0.5~25%，最佳用量範圍為0.5~20%，各廠牌相溶性都會有所差異，需與自體本身膠水體系相溶才能完全發揮消果。
【圖1】係本發明水性壓克力製造反應的流程圖。
【圖2】係本發明反應型乳化劑-聚合物鏈結型態類型示意圖。
水性壓克力膠水製造流程
圖一中完整揭示了水性壓克力製造反應的流程圖。
步驟1.使用丙烯酸酯類的軟單體、功能性單體及其他烯類單體如順丁烯二酸二丁酯，順丁烯二酸二辛酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸冰片酯、甲基丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸異冰片酯等，用量範圍為單體總量1~55%，最佳用量範圍為1~35%與反應型乳化劑用量範圍為0.01~3%以去離子水作為介質，經由反應型乳化劑與適合系統的乳化劑進行預乳化聚合反應。
步驟2.讓反應槽加熱至所需要的溫度後，添加起始劑(一)，常見的水溶性過氧化物，例如過硫酸銨(APS)、過硫酸鉀(KPS)等，使反應開始進行，完成預乳化單體步驟後使用起始劑(二)，常見的水溶性過氧化物，例如過硫酸銨(APS)、過硫酸鉀(KPS)等，開始滴定，滴定時間約為三~五小時後，再恆溫反應一個小時。
步驟3.開始降溫並依序添加氧化劑，(常見的氧化物有TBHP、CHPO等)及還原劑(常見的有SFS、維他命C)。主要是透過氧化還原來終止反應。
步驟4.添加中和劑，例如氨水。主要做酸鹼中和。
步驟5.添加消泡劑，例如以大類可分Silicone系消泡劑、礦物油系消泡劑兩種。主要提供膠水抑泡的效果，改善膠水起泡性。
步驟6.添加流平劑，主要功能可提高膠水在濕膜時的平整度，該產品各大廠家(如BASF CYTEC等)都有相似功能的品項
步驟7.添加抗氧化劑，主要加強抗氧化的效果，例如CIBA#1010，即可得到水性環保壓敏膠。
將反應爐中可能會有舊的膠垢或是反應中產生的顆粒較大的渣，透過過濾方式將其剃除，整體塗佈面才會平整，厚度才能均勻。
水性環保壓敏膠比較測試
將新型水性環保壓敏膠搭配相關物料於聚氯乙烯膜進一步做各種性能的測試與評估；以下說明不同組成份水性環保底膠塗佈聚氯乙烯膜後，聚氯乙烯感壓膠對聚氯乙烯膜附著性影響，塗佈方式為以#4號線棒塗佈約4.5g/每平米(SM)濕膠厚，烘乾條件為105℃×1分鐘，其後將聚氯乙烯膜用感壓膠塗佈其上，塗佈聚氯乙烯膜用感壓膠乾膠厚度為20um，隨後進行70℃×8小時的熟成，熟成後取出置於室溫(23℃)下，於常溫24小時後進行感壓膠對聚氯乙烯膜附著性的測試評估方式，評估方式為黏貼於鋼板上，觀察鋼板與膠面有無脫膠及膠帶背面有無殘膠現象。此外，物性的評估方式有黏著力、背黏力、凝聚力、初黏力等。
測試方法
一.黏著力(ASTM D-1000)測試：
1.將樣品裁切成19m/m寬，用PSTC標準橡皮滾筒以每分鐘300mm之速度來回壓一次，使樣品黏貼於已清潔的ASTM標準鋼板上，並放置20分鐘待測。
2.並將黏貼樣品之板材固定於拉力機上，將Load cell歸零與校正，並設定剥離速度。
3.時間到後將樣品180度反折後開始做黏著力檢測。
二.背黏力(ASTM D-1000)測試：
1.將樣品裁切成19m/m寬，用PSTC標準橡皮滾筒以300mm/min之速度來回壓一次，使樣品黏貼於已清潔的ASTM標準鋼板上；再將相同樣品以一樣的方式做黏貼，並放置20分鐘待測。
2.並將黏貼樣品之板材固定於拉力機上，將Load cell歸零與校正，並設定剥離速度。
3.時間到後將樣品180度反折後開始做背面黏著力檢測。
三.凝聚力(PSTC-7)測試：
檢測儀器：50℃吊掛計時器。
1.將樣品裁切成19m/m寬，用PSTC標準橡皮滾筒以300mm/min之速度來回壓一次，使樣品黏貼於已清潔的ASTM標準鋼板上；在25mm處做切割，使測試面積為19*25(mm*mm)。
2.20分鐘後懸掛於吊掛計時器上，並於下方懸掛500g砝碼，觀察膠面被破壞的狀況與吊掛時間。
四.初黏力(PSTC-6)測試：
檢測儀器：符合PSTC-6標準滾球儀，不鏽鋼球直徑為11mm。
1.確認滾球儀式否保持水平，不鏽鋼球需用丙酮擦乾淨，並用鑷子夾放。
2.自滾球自斜坡滑下裝置至樣品後，量測滾球儀底部到球中心的距離。
實施例
實施例一、
本發明使用自製一般包裝未改質/改質水性壓克力壓敏膠做相關比對測試，另外將改質前後的壓敏膠進行相關熟成後檢測，相關物性比較如表一所示。未改質壓敏膠塗佈於已塗水性底膠之PVC膜上，烘乾後貼標準鋼板會有脫膠現象，導致無法進行相關物性檢測。改質壓敏膠塗佈於已塗水性底膠之PVC膜上，烘乾後貼標準鋼板未有脫膠現象，進行熟成前後相關物性檢測。
Figure 109114064-A0101-12-0007-2
實施例二、
本發明使用自製改質水性壓克力膠水，搭配不同濃度水性樹脂/水性橡膠/交聯劑等，以下範例為水性松香酯，添加比例為5%與 10%，進行相關熟成後檢測，相關物性比較如表二所示。
Figure 109114064-A0101-12-0008-3
實施例三、
本發明使用自製改質水性壓克力膠水，搭配不同濃度水性樹脂/水性橡膠等，以下範例為5%水性松香酯與不同比例的水性橡膠，進行相關熟成後檢測，相關物性比較如表三所示。
Figure 109114064-A0101-12-0008-4
實施例四、
本發明使用自製改質水性壓克力膠水，搭配不同濃度水性樹脂/水性橡膠等，以下範例為10%水性松香酯與不同比例的水性橡膠，進 行相關熟成後檢測，相關物性比較如表四所示。
Figure 109114064-A0101-12-0009-5
本發明以INSTRON 5564拉力機定速剝離膠帶，觀察膠面有無脫膠及膠帶背面有無殘膠現象，慢速剝離測試速度(cm/min)為30，並紀錄相關黏著力與背面黏著力數據。
由上表中可發現水性環保底膠塗佈於聚氯乙烯膜上後，對於各種壓敏膠組合附著性效果優異，不論是慢速剝離或快速剝離皆無膠面脫膠或膠帶背面殘膠現象發生；使用比較實施例一、二、三及四的水性環保底膠的聚氯乙烯感壓膠帶，其膠面對膠面對黏不到5次即發生脫膠現象。本發明為水性環保面膠，因不含有機溶液與壬基酚，故對於人體與自然環境較友善。
本發明所揭露的所有特徵應可以任何結合方式實現。本發明所揭露的每一特徵應可以相同、均等或相似目的的取代物所取代。因此，除非有明確的指定，否則所揭露的每一個特徵僅僅只是均等物或相似特徵的一個種類的一實施例。

Claims (5)

  1. 一塗佈於聚氯乙烯感壓膠帶之水性壓克力壓敏膠組合物，其包括：一水性樹脂，其含量範圍為0.5~25%；一軟單體，其含量為1~55%；及一陰離子反應型乳化劑，其係選自一聚氧乙烯烷基醚硫酸銨鹽，及一非離子型乳化劑，其含量為0.01~5%，所述的水性樹脂係選自一C5石油樹脂、一萜烯酚樹脂及一松香樹脂、及一水性橡膠，所述的水性橡膠係選自一天然橡膠、一丁苯橡膠及一天然乳膠。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之水性壓克力壓敏膠組合物，所述的陰離子反應型乳化劑係為環保型非壬基苯酚天然界面活性劑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之水性壓克力壓敏膠組合物，所述的軟單體係選自一順丁烯二酸二丁酯、一順丁烯二酸二辛酯、一丙烯酸正辛酯、一丙烯酸冰片酯、一甲基丙烯酸環己酯、及一甲基丙烯酸異冰片酯。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之水性壓克力壓敏膠組合物，該軟單體之含量為1~35%。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之水性壓克力壓敏膠組合物，該水性樹脂種類適用範圍為0.5~20%。
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