粘扣带用的热熔压敏胶

1、粘扣带用的热熔压敏胶2011-11-11-曹通远近年来，粘扣带（魔术贴）已经广泛的渗透到人类的日常生活当中。最常见的应用市场有包装、服装、鞋子、行李箱包、家居用品、家俱、文具、运输工具、医疗器材、运动器材、建筑等。粘扣带可以很容易地被车缝在大多数的织物上。但是，对于金属、玻璃、混凝土、木材、陶瓷、硬质塑胶等无法车缝的被贴物，就需要另外加涂一层压敏胶来粘合。溶剂型、水性和热熔压敏胶或是双面胶带都可以被应用于粘扣带上。然而，由于下列的一些优点使得热熔压敏胶成为较受欢迎的一种胶粘剂：环境友好。整个热熔涂布系统中没有溶剂挥发和废水产生。压敏胶涂层厚度高。典型的粘扣带压敏胶涂层厚度是200-250微米。

2、溶剂型或水性胶粘剂很难透过一次涂布达到这么高的厚度。热熔压敏胶在粘扣带上的一次最高涂层厚度，很容易就可以达到500微米。涂布速度快。热熔压敏胶在的涂胶工艺中不需要乾燥烘箱，反而需要在上胶之后以一系列冷却风扇对热熔压敏胶进行冷却和固化。然后立即以离型纸或膜贴合在很粘的胶层表面。涂层宽度可按照粘扣带的宽幅随意调整或纵向间格涂胶。为了避免上胶表面的两侧边缘漏胶，粘扣带通常都以精确宽度的槽形涂布口模上胶。粘扣胶带的两侧边缘可以保留0.5-1mm的宽度不上胶。大部分的热熔压敏胶被涂在粘扣带的背面后，先以离型纸或膜覆盖，卷绕成卷筒状储存。最后再按照市场的实际需要裁成各种尺寸和形状（图5-3-1）。图5-3

3、-1：商品粘扣带粘扣带用热熔压敏胶之上胶方式：热熔压敏胶的上胶方式有很多种。不论以那一种方式上胶，热熔压敏胶必需先在熔胶槽内预先加热成熔融状态，再以适当之上胶设备将热熔压敏胶直接喷涂或转印于基材或被胶粘物上。最常用的上胶设备有辊轮(Roller)和口模(Die)两种。为了满足不同的加工设备与个别特殊背胶製程，通常须提供不同粘弹性之热熔压敏胶。如何同时满足热熔压敏胶之特殊胶粘物性与作业性端赖热熔压敏胶生产者、背胶与使用者共同沟通，合作完成。通常，以口模背胶，可接受较宽之稀稠度范围，约2000至20,000cps。辊轮背胶则需有较低之稀稠度范围，通常约在10,000cps以下。稀稠度较低之热熔压敏

4、胶较易涂布、加工温度亦可适度降低，同时可适用于较不耐热之基材和离型材，如PE、PP膜等；但是这类热熔压敏胶的耐热性通常也相对较低。近年来，已有许多新研发的热塑性高分子产品，可用来发展低稀稠度但同时具有较高耐热性之热熔压敏胶。粘扣带不论是钩带(A)或毛带(B)之背胶面均相当粗糙。为了得到平整的胶粘表面，可将热熔压敏胶以辊轮转涂或口模直接押出于织带背面，再以离型纸或膜覆盖贴合。涂布厚度大约为0.25mm (约250公克/平方公尺)。如果以辊轮上胶，胶面通常较不平整，且无法在织带上胶面的两侧留下空白处。上胶后，织带两侧容易产生侧面溢胶现象。除此之外，热熔压敏胶在开放式的胶槽内不断的与空气接触并受到辊

5、轮转动剪切，会加速热熔压敏胶劣化。近年来所组装之粘扣带上胶设备均改用口模背胶。以口模押出褙胶有下列优点：1) 热熔压敏胶着锚佳，防止脱胶；2) 上胶可留边，避免侧面溢胶；3)胶面平整，胶粘物性安定；4)密闭式熔胶槽、胶管及口模设备，可减缓热熔压敏胶老化速度。粘扣带背胶加工常见之困扰：粘扣带背胶加工及后段整理过程中所遭遇之困扰与热熔压敏胶本身之粘弹性及所选用的离型纸或膜都有密切关係。以下为粘扣带背胶常见之问题与解决方法。辊轮机涂布热熔压敏胶时，热熔压敏胶涂层内出现小气泡。辊轮在转动中会很自然的将空气带入胶槽内而产生气泡。在经过刮刀剪切后，大的气泡多可被辗破。但是，热熔压敏胶的稀稠度太高时，小气泡

6、可能来不及被辗破，即被转贴于织带上而形成包含小气泡且表面不平坦之胶面。升高作业温度固然可以降低热熔压敏胶的稀稠度使部分气泡释出，但也可能使织带因过热而变形。提供低稀稠度之热熔压敏胶虽然可改善问题，但此类热熔压敏胶之耐热性通常会降低。另外，织带及其所使用之PU定型液都有吸湿性。当含湿量较高之织带被用来背胶时，亦可能在受高温加工之瞬间释出水汽，在热熔压敏胶与织带介面间产生小气泡。使用口模上胶可防止如辊轮上胶方式所引入之气泡于热熔压敏胶内，但使用含湿量较高之织带背胶，仍会造成气泡问题。背胶贴合离型纸或膜时，热熔压敏胶与离型纸或膜之间无法紧密结合。此现象通常发生于冬天，气温较低之作业环境。在正常的背胶

7、程序中，当热熔压敏胶被涂布于织带上的瞬间温度很高；为了防止织带因过热产生变形、拉伸等问题，必须立即以风扇吹风冷却热熔压敏胶面。但是，当作业环境气温很低时，热熔压敏胶在离开口模后，会快速降温。如果仍以冷风吹胶面，可能会造成热熔压敏胶组成成分瞬间相分离现象。热熔压敏胶会失去表面粘性而降低了与离型纸或膜间之结合力。要解决此问题可以从两方面着手。气温较低时，可视状况关闭冷风扇。气温过低时，应加装热风鎗来保温。改用耐寒性较佳之热熔压敏胶。但必须考虑综合胶粘物性是否仍满足市场需求。 背胶后粘扣带冲形困难。背胶后的粘扣带，如果发生裁切或冲形不良可以由下列几个方向来思考、解决。热熔压敏胶之回粘性太高。通常，弹

8、性或内聚力较高之热熔压敏胶其粘性较低，裁切或冲形时之回粘现象较不明显。反之，粘性(流动性)愈高之热熔压敏胶，在裁切或冲形后很容易回粘。在斩刀上抹些离型剂可降低回粘之现象，但是，适当的调整热熔压敏胶之粘弹性使其保有适当之粘性而不轻易发生回粘现象实为最佳方法。离型纸之离型力不适当。欲冲形之粘扣带必须配合适当离型度之离型纸或膜使用。如果离型力太低(轻剥离)，冲形后之粘扣带容易翘边甚至脱落。反之，离型力太高(重剥离)，则不易将冲形后之粘扣带由离型纸或膜上剥离。通常，离型纸或膜上所涂之离型剂量约为 或更低。万一离型剂膜厚涂布不均且带有针孔时，高粘着力之热熔压敏胶可能穿透离型剂直接附着于纸张或膜上。如此，

9、冲形后之粘扣带便无法顺利的由离型纸或膜表面剥离。如果离型剂用量太多或交联不完全，可能造成离型剂转移至热熔压敏胶表面而降低了粘着力。背胶粘扣带之胶粘断裂模式：前段已大略介绍了粘扣带背胶加工过程中常见之问题及改善方法。以下段落将藉热剪切失败温度 (Shear Adhesion Fail Temperature，SAFT) 测试所呈现的断裂模式来解说织带、热熔压敏胶与离型纸或膜间的关係。常见的断裂模式大致可分为下列几种：从热熔压敏胶本身断裂 (Cohesion Fail，CF)：当热熔压敏胶对织带、钢板都具有极高之胶粘力时，如果介面胶粘力大于热熔压敏胶本身之内聚强度，则在高温或长时间荷重、剪切试验时

10、，会造成热熔压敏胶呈横断之断裂模式。热熔胶同时残胶于织带及钢板上(如图5-3-2)。当热熔压敏胶的胶粘力高、内聚力偏低时，CF现象会在较低温度或较短时间内即发生。以实物胶粘为例，CF通常发生于较坚硬且极性较高的被胶粘表面，如金属、木板、玻璃、陶瓷、PET、PS等。 图5-3-2：Cohesive Fail (CF) 断裂图形胶粘介面失败 (Adhesion Fail，AF)：AF (图5-3-3)发生之原因较为当複杂，主要有下列三种可能性：胶粘剂之内聚力过高，但对被胶粘物之胶粘力不足，在CF断裂现象发生前已经产生胶粘介面失败。许多交联(键结)过之油性胶或水胶因内聚力较高，胶粘力较低，经常会表现

11、出此断裂现象。热熔压敏胶属于热塑性材质，在高温下荷重时，内聚力通常会不断的降低而产生CF现象。但是，当热熔压敏胶之内聚力特别高，却没有足够之胶粘力时，譬如可重複贴之热熔压敏胶(Removable HMPSA)；或面对表面能量非常低之被胶粘物时，譬如PE、PP等，在升温测试时很可能造成AF现象。热熔压敏胶内含有过量之低分子量软化油和添加剂，或不相溶之组成分：配方内过量的低分子量成分及不相容成分会经时移形到热熔压敏胶的表面，使热熔压敏胶无法对钢板产生紧密结合，而造成由介面脱落的AF现象。离型纸表面离型剂移行：离型纸、膜的质量和规格相当複杂。必须选用离型剂转移率很低的离型纸或膜才可确保热熔压敏胶应有

12、的物性。许多离型纸或膜与热熔压敏胶结合后，会在高温或长时间接触下产生离型剂转移现象。当离型剂移行到热熔压敏胶与离型纸的界面时，受污染的热熔压敏胶将无法顺利着锚于被胶粘物表面。从当离型剂移行到热熔压敏胶粘弹性来观察，多数热熔压敏胶的Tan delta最低点发生在40-60间。在此温度下的回弹性很高，如果热熔压敏胶表面受到离型剂污染，则在未达CF之前，热熔压敏胶就会从被胶粘物表面脱落呈现AF断裂模式。因此，选择离型剂转移率甚低的离型纸或膜，才能防止离型剂转移至胶面，因而能够提供较高的耐热剪切温度。 图5-3-3：Adhesive Fail (AF) 图形胶转移(Transfer)：发生热熔压敏胶转

13、移到被贴物表面的主要原因是热熔压敏胶上胶时与基材(如织带)的结合力不足所致。当热熔压敏胶遇到较容易胶粘之被胶粘物时(如钢板)，经常会脱离织带转移到被胶粘物表面(图5-3-4)而没有任何残胶于织带上。造成结合力不足之原因大致上有下列两个情形：织带背面过于粗糙加上热熔压敏胶本身之流动性不足。如果将弹性较高而粘性或流动性较低之热熔压敏胶上胶于粗糙的织带背面，会因胶的流动性差而造成接触表面积减少，使得两者间之结合力降低。调整热熔压敏胶配方来增加流动性或润湿性可改善胶转移现象。织带含湿量过高。织带为聚醯胺或聚酯纤维编织后以聚氨酯定型的产品，具有较高的吸湿性。在正常之作业情况下，流动性高的热熔压敏胶要着锚

14、于粗糙的织带背面应该没有问题。但当织带严重受潮时，在高温涂布热熔压敏胶的瞬间，湿气会挥发在织带表面汽化形成一道水分子膜并急速的冷却了热熔压敏胶。此现象会使热熔压敏胶之流动性、着锚性大幅降低而无法顺利的与织带紧密结合。遇此状况，可将计划要上胶的织带预先以塑胶袋密封包装来防潮。如有必要，可在织带进入口模上胶之前以热风设备将织带中上的水汽尽量排除。 图5-3-4：胶转移图形混合断裂现象：当热熔压敏胶对织带的着锚不足，且本身内聚力也不高时，有时候可以发现在造成CF 之前，先发生部份胶转移或从胶纵面断裂之特殊现象(图5-3-5)。 图5-3-5：混合断裂现象图形混合断裂现象相当複杂，仅以下列几个图示(图

15、5-3-6)代表说明。织带裸露无胶的部份表示热熔压敏胶已经转移至钢板上，织带上仅残留部份的热熔压敏胶。如果所使用离型纸或膜的离型剂处理不妥善，有离型剂转移的情况，也可能造成部份AF。 图5-3-6：代表性混合断裂图形被贴材料破裂当背胶之粘扣带被贴于内聚力较弱的被胶粘物时，如果热熔压敏胶与织带间有良好的着锚强度，热熔压敏胶本身的内聚力和热熔压敏胶与被胶粘物间之粘合力均大于被胶粘材料的强度时，可以造成被胶粘材料表面变形或材破等现象，如纸张、纸箱乃至于塑胶薄膜均有可能呈现这种材破现象。粘扣带用热熔压敏胶应具备的特性：没有任何一种万能的热熔压敏胶可以适用于所有粘扣带的应用市场。通常需要根据具体的应用领

16、域与物性要求来选择不同胶粘性能的热熔压敏胶。粘扣带用热熔压敏胶除了应提供适当的基本胶粘物性，如初粘力、剥离力、及持粘力外，经常还需具备有下列特性：外观：透明、浅色之热熔压敏胶涂布于各种颜色之织带不会影响整体织带之外观。胶粘剂本身的颜色源自于高分子中活性较高之分子键。当高分子中之双键经过氢化处理后会饱和而变成单键。氢化后之高分子颜色变浅、活性降低、安定性增加；耐热、耐候性均可提高。但是胶粘粘性会因极性降低而相对减弱。必须依靠调整热熔压敏胶的粘弹性来改善胶粘物性。特殊胶粘物性：粘扣带用热熔压敏胶的基本物性要求为热熔压敏胶与被胶粘物间的抓力必须大于织带(钩、毛)间的分离拉力(剥离力)及剪切刀(平行力

17、)。然而，在许多特殊应用市场，粘扣带用热熔压敏胶还须考虑耐热性、耐寒性、耐水性及对低极性物质的胶粘力。耐热性之来源与限制：热熔压敏胶之强度及耐热性主要来自于高分子量之SBC。以SIS为例，”I” (Isoprene)为橡胶相，提供柔软性，着锚性、流动性及胶粘等物性；”S”(Styrene)为塑胶相，在其软化点之下具有物理性架桥的功能。可提供硬度、内聚力与耐热性。但”S”相本身的软化点介于90-110之间。如果要以此类SBC为主体，再经低分子量增粘剂及矿物油来改质使其增粘、软化等，通常会进一步降低SBC的耐热性。欲生产一耐高温达90以上的热熔压敏胶有本质上之限制。通用型热熔压敏胶的剪切耐热失败温

18、度(SAFT)通常在85以下。但添加适量的特殊补强树脂于配方内可使热熔压敏胶的SAFT提高到90上下或更高些。如果SAFT必需超过100，则需要选用可辐射架桥的热熔压敏胶。耐高温性能与胶粘剂的厚度亦有关，通常试片的厚度愈高，胶层愈容易滑动，耐热温度则愈低。粘扣带的标准上胶厚度约为250 (0.25mm)。以此高厚度所测得的SAFT通常比标准测试厚度25 (0.025mm)低约10。耐寒性之来源及限制：耐寒性主要取决于热熔压敏胶配方Tg(玻璃点)的高低及在低温环境下的流动性。SBC的Isoprene相，以流变仪(频率为10 rad/sec)测得Tg约零下52。增粘剂的Tg视分子量高低、类别，通常介于5至120间。当SBC与可相容的增粘剂混合时，Isoprene相的玻璃点会上升，硬度会下降而产生压敏性。室温(25)用的热压敏熔胶，最适当的Tg点大约为5-10。Tg在此范围内的热熔压敏胶的初粘力和剥离力达到最佳(Optimum)组合状态。如果耐寒性为一重要诉求，则必须在设计配方时，将Tg往低温方向移动。比方说，如果想在0的环境下获得最佳压敏胶粘性，热熔压敏胶的Tg应当设计在约-18上下。然而，当此热熔压