TWM650559U - 聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，透過水性改質 壓克力壓敏膠，改善傳統溶劑型壓敏膠對於人體、環境與VOCs危害，同時本創作以水作為溶劑，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，使用在聚氯乙烯膜上，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

聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶

本創作係關於一種將水性改質壓克力壓敏膠塗佈於聚氯乙烯膜之水性改質壓克力壓敏膠帶，特別是利用水性環保底膠與水性改質壓克力壓敏膠，且需使用相關助劑進行輔助。塗佈前，先對聚氯乙烯薄膜兩側塗佈阻絕層，藉此層狀構造阻絕可塑劑遷移至感壓膠層，進而防止壓敏膠物性遭受破壞。

聚氯乙烯感壓膠帶製作過程中因為會使用到污染環境的壬基苯酚(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(nonylphenolpolyethoxylates,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極大，應避免使用。

聚氯乙烯感壓膠帶製作過程中因聚氯乙烯膜表面能較高，若直接塗布橡膠系或壓克力系壓敏膠易有脫膠現象，故需于塗布水性壓克力系膠水前，先塗布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；塗布過程中易有揮發性有機物(VOCs)危害，不僅有害人體健康，也會對周遭自然環境造成污染。

因此目前亟需開發一種不含會污染環境的有機溶劑，且又能維持壓敏底膠物性穩定的水性改質壓克力壓敏膠帶。

有鑑於此，本創作提供一種水性改質壓克力壓敏膠，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、塗布性等，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，使塗布厚度與均勻性得到良好的控制。

本創作主要提供一種聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，包含：一第一紫外線樹脂層；一聚氯乙烯膜層，該聚氯乙烯膜層係連接於該第一紫外線樹脂層之下層；一第二紫外線樹脂層，該第二紫外線樹脂層係連接於該聚氯乙烯膜層的下層；一水性塗料層，該水性塗料層係連接於該第二紫外線樹脂層的下層；以及一水性面膠層，該水性面膠層係連接於該水性塗料層的下層。

在本創作一實施例中，所述聚氯乙烯膜層由聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)構成，其材質本身具有柔軟、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。且因聚氯乙烯材質本身具有柔軟、拉伸、電氣絕緣及耐熱等特性但於製造過程添加熱安定劑與可塑劑賦予聚氯乙烯膠膜應用上物理特性，但可塑劑會緩慢遷移至感壓膠塗層內，造成感壓膠層物理性質大幅降低，因此設計紫外線固化樹酯隔離塗層，塗布於聚氯乙烯膠膜上/下層，藉以阻絕可塑劑遷移，造成膠層破壞。

在本創作一實施例中，本創作的第一及第二紫外線樹脂層，含有具有照射反應性位質的(甲基)丙烯酸系共聚物(亦稱為(甲基)丙烯酸系共聚物)，在(甲基)丙烯酸系共聚物結構上，照射反應位置與將與該位置反應的另一位置可存於相同或不同分子結構組成內。照射反應性位置典型為光可交聯位置，照射反應性位質典型為(甲基)丙烯酸系共聚物的側鏈上。具有照射反應性位置的(甲基)丙烯酸系共聚物是為兩種或兩種以上類型的單體的單體組成份的聚合產物。在共聚物之一典型實例中，兩種或兩種以上類型的單體中至少有一者為具有照射反應性位置的(甲基)丙烯基單體，且共聚物為已添加具有照射反應性位置的單體的(甲基)丙烯酸系共聚物。

另外不限於此，在側鏈中具有(甲基)丙烯酸反應位置的共聚物的實例為包括至少一種選自由以下組成的成分的樹酯的(甲基)丙烯酸共聚物：丙烯酸酯壓克力樹酯Grigora A3021(臺灣三研化學有限公司)、聚氨酯改性丙烯酸酯樹酯Grigora P1042(臺灣三研化學有限公司)、聚酯丙烯酸酯樹酯GU8365Q(國精化學股份有限公司)、聚酯丙烯酸酯GU8540C(國精化學股份有 限公司)、四氫呋喃(甲基)丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酯、三丙二醇二(甲基丙)烯酸酯、三輕甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯。

本創作中第一、第二紫外線樹脂層為由現有已知的丙烯酸酯壓克力樹酯Grigora A3021(臺灣三研化學有限公司)、聚氨酯改性丙烯酸酯樹酯Grigora P1042(臺灣三研化學有限公司)、聚酯丙烯酸酯樹酯GU8365Q(國精化學股份有限公司)、聚酯丙烯酸酯GU8540C(國精化學股份有限公司)、四氫呋喃(甲基)丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂酯、三丙二醇二(甲基丙)烯酸酯、三輕甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯製成。

第一、第二紫外線樹脂層之結構皆能夠通過紫外線輻射照射獲取能量激發且當呈其激發態時(甲基)丙烯酸系共聚物、低聚物、預聚物、單體的分子內產生自由基，且在系統內發生反應，諸如由所產生自由基結合在一起，由所形成的過氧化物自由基形成交鏈機構、通過所產生的自由基引出其它氫自由基等等。最後(甲基)丙烯酸系共聚物、低聚物、預聚物、單體之間形成交鏈結構，形成一阻絕層於聚氯乙烯膠面上/下層。此種結構的實例包括樟腦醌結構、二苯甲酮結構、鄰苯甲怸基苯甲酸酯結構、3-香豆素酮結構、2-乙基蔥醌結構或其類似結構。

在本創作一實施例中，水性塗料層使用水性改質橡膠壓克力共聚物，在操作溫度5~50℃下，使用天然乳膠接枝甲基丙烯酸甲酯(最佳範圍15~20%)、丁腈橡膠乳液(最佳範圍15~20%)、羧基變性苯乙烯-丁二烯乳液(最佳範圍0.05~7%)、去離子水((最佳範圍50~70%))...等依照最佳比例摻混後，後續添加相關助劑(如消泡劑/消泡劑)均勻攪拌後塗布使用。

在本創作一最佳實施例中，所述水性面膠層使用水性改質壓克力壓敏膠。(所述水性改質壓克力壓敏膠，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。

在本創作一實施例中，所述水性塗料層包含反應型乳化劑，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市場上的需求。

在本創作一實施例中，所述乳化劑選用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)。本創作原料完全不含壬基苯酚(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，進而可提高樹脂的耐水性、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%。

反應型乳化劑-聚合物鏈結型態類型示意圖

在本創作一實施例中，所述軟單體可選用順丁烯二酸二丁酯，順丁烯二酸二辛酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸冰片酯、甲基丙烯酸環己酯或甲基丙烯酸異冰片酯等，其用量範圍為單體總量1~55%，最佳用量範圍為1~35%。

在本創作一最佳實施例中，所述水性樹脂可選用萜烯酚樹脂、C5石油樹脂或松香樹脂。其中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%。其中各廠牌相溶性會有所差異，需與本身膠水體系相溶才能完全發揮效果。

在本創作一實施例中，所述第一紫外線樹脂層與聚氯乙烯膜層之間緊密貼合。

在本創作一實施例中，所述聚氯乙烯膜層與第一紫外線樹脂層以及第二紫外線樹脂層兩兩之間緊密貼合。

在本創作一實施例中，所述第二紫外線樹脂層與聚氯乙烯膜層以及水性塗料層兩兩之間緊密貼合。

在本創作一實施例中，所述水性塗料層與第二紫外線樹脂層以及水性面膠層兩兩之間緊密貼合。

在本創作一實施例中，所述水性面膠層與水性塗料層緊密貼合。

在本創作一些實施例中，所述第一紫外線樹脂層及第二紫外線樹脂層厚度介於0.005~0.02mm。

在本創作一些實施例中，所述聚氯乙烯膜層厚度介於0.07~0.135mm。

在本創作一些實施例中，所述水性塗料層厚度介於0.001~0.003mm。

在本創作一些實施例中，所述水性面膠層厚度介於0.015~0.025mm。

1:聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶

10:第一紫外線樹脂層

11:PVC膜層

12:第二紫外線樹脂層

13:水性塗料層

14:水性面膠層

圖1為本創作的水性改質壓克力壓敏膠製造流程圖。

圖2為本創作聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶剖面圖。

本創作水性改質壓克力壓敏膠帶中水性面膠層製造流程如下：

(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。

(2)讓反應槽加熱至所需要的溫度後，添加起始劑(一；又稱引發劑)，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恒溫一個小時。

(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。

(4)添加中和劑，例如氨水。主要做酸堿中和。

(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。

(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

(7)添加抗氧化劑，主要加強抗氧化的效果，例如為現有已知的BHT(2,6-二-第三丁基對甲酚Butylated hydroxytolueme)(臺灣三研化學有限公司)。

(8)反應完成後再進行過濾，即可得到水性改質壓克力壓敏膠。(一般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，通過過濾方式將其剃除，才不會影響到後段塗布時會卡在塗布設備上。)

本創作水性改質壓克力壓敏膠性能測試方法與測試專案如下：本創作將自製水性改質壓克力壓敏膠與傳統的聚氯乙烯感壓膠進一步做各種性能的測試比較，以下為針對不同組成份的水性改質壓克力壓敏膠塗布聚氯乙烯膜後，對聚氯乙烯膜附著性的影響測試。塗布方式以#4號線棒塗布約4.5g/每平米(SM)濕膠厚，烘乾條件為於105℃下烘乾1分鐘，接著將感壓膠塗布於聚氯乙烯膜上，感壓膠幹膠塗布厚度為20um，隨後在70℃下進行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，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的速度來回壓一次，使樣品黏貼于已清潔的ASTM標準鋼板上，並放置20分鐘待測。

2.並將黏貼樣品的板材固定於拉力機上，將Load cell歸零與校正，並設定剝離速度。

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的速度來回壓一次，使樣品黏貼于已清潔的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.並將黏貼樣品的板材固定於拉力機上，將Load cell歸零與校正，並設定剝離速度。

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的速度來回壓一次，使樣品黏貼于已清潔的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，並于下方懸掛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，不銹鋼球直徑為11mm。

1.確認滾球儀式否保持水準，不銹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。

實施例一、水性改質壓克力壓敏膠的製備

本創作使用自製一般包裝未改質/改質水性改質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1所示。

本創作自製的經改質的水性改質壓克力壓敏膠以總單體比例55%(丙烯酸丁酯25%、丙烯酸異辛酯20%、甲基丙烯酸甲酯3%、丙烯酸烴丙酯3%、丙烯酸2%、甲基丙烯酸羥乙酯1%和甲基丙烯酸1%)；乳化劑3%；去離子水42%製成。

實驗後發現將未改質壓敏膠塗布于已塗水性底膠的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。而若是搭配自製的經過改質的水性改質壓克力壓敏膠塗布于已塗水性底膠的PVC膜上，烘乾後貼標準鋼板未有脫膠現象，且進行熟成前後相關物性檢測結果如下表1。

實施例二、水性改質壓克力壓敏膠搭配水性松香酯

本創作進一步使用自製的經改質的水性改質壓克力壓敏膠，搭配不同濃度水性樹脂/水性橡膠/交聯劑等，以下範例為額外搭配水性松香酯，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2所示。

實施例三、水性改質壓克力壓敏膠搭配不同比例的水性松香酯及水性橡膠

本創作使用自製改質水性改質壓克力壓敏膠，搭配不同濃度水性樹脂/水性橡膠等，以下範例為額外搭配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3所示。

本創作另又搭配不同濃度水性樹脂/水性橡膠等，以下範例為額外搭配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4所示。

本創作另將PVC膜塗布紫外線樹脂後，搭配不同濃度水性樹脂/水性橡膠等，以下範例為額外搭配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5所示。

本創作以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)設定為30cm/min，並紀錄相關黏著力與背面黏著力資料。

由上表中可發現水性環保底膠塗布於聚氯乙烯膜上後，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。又本創作為水性環保面膠，因不含有機溶液與壬基酚，故對於人體與自然環境友善具有環保的實益。

本創作所揭露的所有特徵應可以任何結合方式實現。本創作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。

1:聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶

10:第一紫外線樹脂層

11:PVC膜層

12:第二紫外線樹脂層

13:水性塗料層

14:水性面膠層

Claims (10)

1. 一種聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，包含：一第一紫外線樹脂層；一聚氯乙烯膜層，所述聚氯乙烯膜層係連接於所述第一紫外線樹脂層之下層；一第二紫外線樹脂層，所述第二紫外線樹脂層係連接於所述聚氯乙烯膜層之下層；一水性塗料層，所述水性塗料層係連接於所述第二紫外線樹脂層之下層；以及一水性面膠層，所述水性面膠層係連接於所述水性塗料層之下層。
2. 如請求項1所述之聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，其中所述第一紫外線樹脂層與聚氯乙烯膜層之間緊密貼合。
3. 如請求項1所述之聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，其中所述聚氯乙烯膜層與第一紫外線樹脂層以及第二紫外線樹脂層兩兩之間緊密貼合。
4. 如請求項1所述之聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，其中所述第二紫外線樹脂層與聚氯乙烯膜層以及水性塗料層兩兩之間緊密貼合。
5. 如請求項1所述之聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，其中所述水性塗料層與第二紫外線樹脂層以及水性面膠層兩兩之間緊密貼合。
6. 如請求項1所述之聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，其中所述水性面膠層與水性塗料層緊密貼合。
7. 如請求項1所述之聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，所述所述第一紫外線樹脂層、第二紫外線樹脂層厚度介於0.005~0.02mm。
8. 如請求項1所述之聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，所述聚氯乙烯膜層厚度介於0.07~0.135mm。
9. 如請求項1所述之聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，所述水性塗料層厚度介於0.001~0.003mm。
10. 如請求項1所述之聚氯乙烯膜水性改質壓克力壓敏膠帶，所述水性面膠層厚度介於0.015~0.025mm。