熱熔壓敏膠具有零污染、安全健康、節(jié)省存儲(chǔ)與運(yùn)輸空間、可自動(dòng)化高速加工和具有高初黏性的特色與優(yōu)勢(shì)，在歐美國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)被成功地應(yīng)用在標(biāo)簽領(lǐng)域超過(guò)30年的時(shí)間，而中國(guó)在最近10年間才開始嘗試將熱熔壓敏膠應(yīng)用到標(biāo)簽市場(chǎng)。由于熱熔壓敏膠具有標(biāo)簽用其他膠無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用前景毋庸置疑。正確認(rèn)識(shí)和使用熱熔壓敏膠是當(dāng)前標(biāo)簽從業(yè)者的一項(xiàng)重要任務(wù)。擔(dān)任中國(guó)膠粘劑工業(yè)協(xié)會(huì)海外技術(shù)顧問(wèn)的曹通遠(yuǎn)博士從1985年開始致力于標(biāo)簽用熱熔壓敏膠的研究，有著非常豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。我們有幸邀請(qǐng)到曹通遠(yuǎn)博士為本欄目撰稿，在連續(xù)刊載的“標(biāo)簽用熱熔壓敏膠的膠黏力探討”、“標(biāo)簽用熱熔壓敏膠的特性探討”、“標(biāo)簽用熱熔壓敏膠在中國(guó)發(fā)展的隱憂與改善方向”等3篇文章中，曹通遠(yuǎn)博士將與讀者分享他的心得體會(huì)和寶貴經(jīng)驗(yàn)。
從20世紀(jì)70年代晚期SIS(苯乙烯-異戊二稀嵌段共聚物)被引進(jìn)壓敏膠配方之后，以SIS為基礎(chǔ)配制而成的熱熔壓敏膠就逐漸應(yīng)用在各類標(biāo)簽上。在熱熔壓敏膠的發(fā)展過(guò)程中，為了滿足多樣化的應(yīng)用市場(chǎng)與特殊需求，許多不同分子結(jié)構(gòu)的SIS和配合使用的增黏劑如雨后春筍般地被合成出來(lái)。不論熱熔壓敏膠中的個(gè)別原材料具有怎樣特殊的分子結(jié)構(gòu)，在選擇原材料時(shí)都需要考慮各成分之間的兼容性和混合完成之后的膠黏物性。本文將著重探討標(biāo)簽用熱熔壓敏膠的膠黏力。
熱熔膠是具有100%固體成分，不含溶劑和水，加熱后具有可塑性的一種膠黏劑。熱熔膠在室溫下為固體，受熱后會(huì)軟化，甚至變成熔融體，在一定的高溫下可產(chǎn)生極佳的熱黏性，用于黏結(jié)各種不同的材質(zhì)。熱熔膠在加熱及冷卻過(guò)程中并不會(huì)發(fā)生任何化學(xué)變化，如架橋反應(yīng)。僅呈現(xiàn)可逆的物理形態(tài)的變化。在室溫下為固態(tài)，以手指施加輕微壓力即可產(chǎn)生膠黏效果的熱熔膠一般稱之為熱熔壓敏膠。大多數(shù)熱熔壓敏膠都包含苯乙烯嵌段共聚物(提供熱熔壓敏膠的耐熱性、強(qiáng)度或內(nèi)聚力)、增黏樹脂(改善黏著特性，降低熔融黏度)、軟化油(降低黏度、硬度，改善耐寒性，降低成本)、抗氧化劑(防止或減緩膠黏劑因受高熱、機(jī)械剪切、存儲(chǔ)造成的氧化與老化)等四種成分。
熱熔壓敏膠膠黏力的來(lái)源及一些影響因素
1.膠黏力的來(lái)源
膠黏劑要提供適當(dāng)?shù)哪z黏力，需要通過(guò)下列5種作用：①物理性吸附;②機(jī)械著錨;③高分子內(nèi)部穿透;④化學(xué)架橋;⑤靜電吸引。熱熔壓敏膠的膠黏方式主要依靠物理性吸附及機(jī)械著錨。
(1)物理性吸附
物理性吸附力從弱到強(qiáng)可分為凡得瓦耳力、偶電性、氫鍵及離子鍵。實(shí)際應(yīng)用測(cè)試證實(shí)，極性高的膠黏劑可對(duì)被貼物誘導(dǎo)出較大的接口極性差而互相吸附，兩者間的密著性也因此提高，從而產(chǎn)生較佳的膠黏力。適當(dāng)選用極性較高的化學(xué)物質(zhì)合成熱熔壓敏膠，可以提高膠黏強(qiáng)度，增強(qiáng)對(duì)被貼物的吸附力。然而，極性較高的化學(xué)成分(元素)通常具有較高的活性，容易與氧氣作用而產(chǎn)生老化現(xiàn)象。除此之外，極性較高的化學(xué)成分顏色通常較深，會(huì)影響膠黏劑或貼合物的外觀，而降低了產(chǎn)品價(jià)值。對(duì)于表面能或極性很低的被貼物，如PE、PP等材質(zhì)，在理論上需要選用極性非常低的膠黏劑來(lái)獲得最小的接口接觸角度或最大接觸面積，從而獲得最佳的凡得瓦耳力。但實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，凡得瓦耳力對(duì)整體熱熔壓敏膠膠黏力的貢獻(xiàn)并不如兩物質(zhì)接口間極性差所產(chǎn)生的電偶性來(lái)得顯著。
此外，為了獲得最佳的膠黏性，通常除了應(yīng)選擇極性較高的增黏劑來(lái)改善膠黏力外，還需調(diào)整膠黏劑的黏彈性來(lái)獲得最佳的效果。如果淺色透明的外觀是某些特殊應(yīng)用熱熔壓敏膠的必要訴求，那么所選用的顏色較淺、極性較低的增黏樹脂將會(huì)明顯地降低界面間的吸附力，使膠黏力減弱。欲提高淺色透明熱熔壓敏膠的膠黏力，則須依賴膠黏劑的黏彈性來(lái)彌補(bǔ)吸附力的不足。
(2)機(jī)械著錨
不論膠黏劑的顏色與極性如何，任何膠黏劑都具有特有的黏彈性。黏性部分可使膠黏劑永久性流動(dòng)、變形及永久性延伸;彈性部分則可使膠黏劑產(chǎn)生瞬間形變、反彈性、抗張強(qiáng)度及耐熱性等。膠黏劑的黏彈性變化與高分子樹脂、增黏劑、軟化油及各種添加劑的類別、分子量、成分比、兼容性等有極大關(guān)系。溫度、速度、時(shí)間及壓力的變化也會(huì)改變膠黏劑的黏彈性。
2.影響因素
想要獲得一個(gè)全能的熱熔壓敏膠配方是不可能的。通常，要設(shè)計(jì)一個(gè)理想的膠黏物性組合，除了需要了解物理吸附性的貢獻(xiàn)外，還需要考慮被貼物表面的粗糙度和接口斷裂模式等。
(1)被貼物的表面粗糙度
表面完全平滑的被貼物，不論膠黏劑的流動(dòng)性與機(jī)械著錨性如何，可獲得的最大接觸表面積均為100%。但當(dāng)表面粗糙度增加時(shí)，流動(dòng)性不足的膠黏劑可得到的接觸表面積會(huì)小于100%，而流動(dòng)性較好的膠黏劑則可得到超過(guò)100%的接觸表面積。在單位投影面積上，膠黏劑與被黏物接觸表面越大，則剝離時(shí)所需的能量越高。如果膠黏劑在接觸被貼物表面的瞬間即有很好的流動(dòng)性，且在剝離被貼物的條件下(如溫度、速度)有足夠的延伸率與抗張強(qiáng)度，則膠黏劑就可以展現(xiàn)出優(yōu)異的膠黏物性，如初期黏著力與剝離力。
(2)接口斷裂模式
膠黏層接口的斷裂模式與膠黏劑、被貼物的強(qiáng)度有密切關(guān)系。如果粘貼之后，必須使被貼物撕裂，則膠黏劑的內(nèi)聚力及接口能量必須大于被貼物本身的內(nèi)聚強(qiáng)度。如果期望產(chǎn)生在膠黏接口失敗的斷裂模式，則膠黏劑與被貼物本身的內(nèi)聚強(qiáng)度必須高于接口能量。欲得到膠內(nèi)聚力不足而產(chǎn)生膠體斷裂的現(xiàn)象，則需要降低膠黏劑的內(nèi)聚強(qiáng)度。除了上述幾種斷裂現(xiàn)象外，還有一種稱為規(guī)則性(周期性)跳動(dòng)斷裂現(xiàn)象。
通常，彈性高、內(nèi)聚力強(qiáng)的膠黏劑可提供較高的耐熱性，但此類膠黏劑在室溫下的流動(dòng)性稍顯不足。反之，在室溫下流動(dòng)性很好、黏性佳的膠黏劑通常耐低溫性好。當(dāng)膠黏劑與面材著錨不佳，在低溫或高速剝離時(shí)，可能會(huì)發(fā)生膠黏劑從面材脫落的膠轉(zhuǎn)移或脫膠現(xiàn)象。
熱熔壓敏膠的黏性測(cè)試
熱熔壓敏膠的上膠方式有很多種，但不論以哪一種方式上膠，熱熔壓敏膠都必須在熔膠槽內(nèi)預(yù)先加熱成熔融的流動(dòng)狀態(tài)，再以適當(dāng)?shù)纳夏z設(shè)備將其直接噴涂或轉(zhuǎn)印于面材或被貼物上。最常用的標(biāo)簽上膠裝置有輥輪 (Roller) 和口模 (Slot-Die) 兩種。一般而言，黏度較低的熱熔壓敏膠較容易涂布，加工溫度也可以適度降低，適用于不耐熱的面材，如PE、PP膜和熱敏感紙等。
熱熔壓敏膠的基本物性測(cè)試包括軟化點(diǎn)與黏度，而最常見的膠黏物性測(cè)試則包括初黏性、剝離力與持黏力測(cè)試。為了溝通方便起見，每一種物性測(cè)試都必須按照標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法進(jìn)行。目前，在國(guó)標(biāo)中與膠黏物性相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法有：初黏性測(cè)定方法-斜面滾球法(GB 4852-84)、持黏性試驗(yàn)方法(GB/T 4851-1998)和180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法(GB/T 2792-1998)。這些方法與國(guó)際上所通用的測(cè)試方法大同小異。在逐步邁向全球化的時(shí)代里，建立一套全球性的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法將是所有業(yè)者的共同愿望與努力的目標(biāo)。通常，我們可以黏度和軟化點(diǎn)的高低做為涂膠加工時(shí)作業(yè)條件設(shè)定的參考。
熱熔壓敏膠的應(yīng)用實(shí)例
過(guò)去30年來(lái)，許多特性不同的熱熔壓敏膠已經(jīng)成功地應(yīng)用于各種自黏膠帶與標(biāo)簽市場(chǎng)中。然而，所有的熱熔壓敏膠制造廠和終端使用者都期望能開發(fā)或取得一種在不同的溫度環(huán)境和相異的應(yīng)用市場(chǎng)中能提供類似功能的熱熔壓敏膠產(chǎn)品，比如說(shuō)，所選用的熱熔壓敏膠可以不分四季貼在各種不同的被貼物上，卻可呈現(xiàn)相同的膠黏性。用戶有這樣的想法或期望是很正常的。然而，從高分子科學(xué)、膠黏科學(xué)與流變學(xué)(黏彈性)的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這是不可能做得到的事情，或者說(shuō)這是違反科學(xué)的想法。任何物質(zhì)在不同的溫度下本來(lái)就具有不同的物性，不是人類的意愿所能改變的。另外，每一種物質(zhì)的表面能或極性源自于其分子結(jié)構(gòu)，很自然的會(huì)感應(yīng)出與膠黏劑間互異的物理吸附性能，這也不是人類的意愿所能強(qiáng)加改變的。
了解高分子物質(zhì)的本質(zhì)或限制之后，在發(fā)展熱熔壓敏膠的配方時(shí)就需要順應(yīng)物質(zhì)的特性，同時(shí)配合終端應(yīng)用市場(chǎng)的個(gè)別加工工藝與測(cè)試條件(如溫度、速度、角度、壓力和時(shí)間等)，提供最適當(dāng)而非全能的的產(chǎn)品。
在熱熔壓敏膠標(biāo)簽的實(shí)際應(yīng)用市場(chǎng)中，大致有下列5大類產(chǎn)品：
(1)一般用途;
(2)高初黏性;
(3)高耐寒性;
(4)高耐熱性;
(5)可重復(fù)粘貼(可移除)。
不同用途的熱熔壓敏膠會(huì)具備不同的膠黏物性，通常是不可以隨意互換取代使用的。然而，不論是哪一種用途的熱熔壓敏膠都必須具備良好的加工性能。通常，熱熔壓敏膠配方者都會(huì)以市場(chǎng)與客戶的可接受價(jià)位、加工性與終端膠黏物性為導(dǎo)向，選擇最適當(dāng)?shù)脑牧?，配出最佳成本與物性組合的產(chǎn)品。理論上，只要滿足市場(chǎng)要求的配方就是理想的配方，沒(méi)有所謂的全能配方，更沒(méi)有所謂的秘方。
表1列出了市場(chǎng)上具有代表性的幾種熱熔壓敏膠產(chǎn)品。各種膠黏物性的高低多是按照市場(chǎng)或個(gè)別客戶的物性需求所設(shè)計(jì)配成的。每一個(gè)成功或存在的配方都有它特殊的市場(chǎng)價(jià)值。對(duì)于熱熔壓敏膠的各種膠黏物性，由于它
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