涂布于聚氯乙烯感压胶带的水性压克力压敏胶组合物
阅读说明：本技术 涂布于聚氯乙烯感压胶带的水性压克力压敏胶组合物 (Water-based acrylic pressure-sensitive adhesive composition coated on polyvinyl chloride pressure-sensitive adhesive tape ) 是由 李其政 段安华 蔡文洲 林士棉 王浩安 吕信谚 于 2020-05-14 设计创作，主要内容包括：本发明为一种水性压克力系压敏胶组合物,其可涂布于聚氯乙烯感压胶带,用以改善传统溶剂型压敏胶对于人体、环境与VOCs危害,其为一种环保型压敏胶,固含量约50～55％左右,对人体及自然环境相对友善。本发明水性压克力压敏胶以水作为溶剂,且不含壬基酚,对人体或是环境友善程度相对较溶剂型橡胶高很多；使用在聚氯乙烯压敏胶带上,能有效抑制熟成后小分子可塑剂转移到压敏胶上,避免造成相关物性较严重的衰退,使胶带能保持优良性能。(The invention relates to a water-based acrylic pressure-sensitive adhesive composition which can be coated on a polyvinyl chloride pressure-sensitive adhesive tape, is used for improving the harm of the traditional solvent-based pressure-sensitive adhesive to human bodies, environment and VOCs, is an environment-friendly pressure-sensitive adhesive, has the solid content of about 50-55 percent, and is relatively friendly to the human bodies and natural environment. The water-based acrylic pressure-sensitive adhesive takes water as a solvent, does not contain nonyl phenol, and has much higher degree of environmental friendliness to human bodies than solvent-based rubber; when the adhesive tape is used on a polyvinyl chloride pressure-sensitive adhesive tape, the transfer of a small molecular plasticizer to the pressure-sensitive adhesive after curing can be effectively inhibited, the serious decline of relevant physical properties is avoided, and the adhesive tape can keep excellent performance.)
技术领域
本发明是关于一种涂布于聚氯乙烯感压胶带的水性压克力压敏胶，特别利用水性环保底胶与水性环保压敏胶需使用相关助剂进行辅助。
背景技术
聚氯乙烯感压胶带制作过程中因为会使用到污染环境的壬基苯酚(nonylphenol,NP)也称壬基酚作为主要的原料，虽然壬基酚高黏性、高沸点、低蒸气压的特性，常常做为制造壬基苯酚聚乙氧基醇類(nonylphenol polyethoxylates,NPEO)的原料之一，但是近年来环保的意识抬头，因为其化学结构与雌性激素(estrogen)相似，被认定是环境荷尔蒙之一，长期接触后会有疑虑，因此对生物与环境的污染很大，所以本发明将改善环境贺尔蒙问题。
因聚氯乙烯膜表面能较高，若直接涂布橡胶系或压克力系压敏胶会有脱胶现象，故需于涂布水性压克力系胶水前，先涂布一层底胶做为结合聚氯乙烯膜与橡胶系或压克力系压敏胶的媒介，以提升感压胶对聚氯乙烯膜的密着性(Anchorage)。
传统聚氯乙烯感压胶带的面胶皆使用溶剂型橡胶系压敏胶居多，一般固含量约15～35％左右，所以溶剂的比例相当高；涂布过程中易有挥发性有机物(VOCs)危害，不仅有害人体健康，也会对周遭自然环境造成污染。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种水性环保压敏胶，因不含有机溶液与壬基酚，故对于人体与自然环境较友善，其与水性环保底胶需使用相关助剂进行辅助，而助剂的使用目的为增加水性环保底胶与压敏胶的分散性、湿润性、涂布性等，并运用去离子水调整聚氯乙烯感压胶带的水性环保胶水固含量，使涂布厚度与均匀性得到良好的控制。
本发明所用于聚氯乙烯感压胶带的水性环保压敏胶组成份，反应型乳化剂最佳用量范围为0.01～3％；软单体最佳用量范围为1～35％；交联剂最佳用量范围为0.1～7％；水性树脂，包含C5石油树脂、萜烯酚树脂、松香树脂、水性橡胶(NR Latex(天然橡胶)、SBRLatex(苯乙烯-丁二烯橡胶))，最佳用量范围为0.5～20％。如此既可符合目前环保需求，在物性方面也可以符合目前客户需求。
本发明的水性环保压敏胶是用于聚氯乙烯感压胶带，由于聚氯乙烯(Polyvinylchloride,PVC)材质本身具有柔软、拉伸、电气绝缘及耐热等特性，故可使用的产业相当广泛，如：黏贴于需警示处(如地板、墙壁等处)的警示胶带、缠绕于管路外部的管路保护胶带、电线外部缠绕的电气绝缘胶带、整理汽车电线线路使用的束线胶带、植物接枝所使用的接枝胶带、PCB板电镀过程中的保护胶带、铝门窗等金属或非金属板材预防在搬运途中磨损的保护胶带纸箱封箱的包装胶带，聚氯乙烯感压胶带可用于缠绕、固定、绝缘、保护甚至印刷后用于商标等，具有相当多的应用。
本发明的水性乳液型一般包装用压克力改质压敏胶，运用目前工业上较常见的丙烯酸乳液压敏胶类似做法，使用丙烯酸酯类的软单体、功能性单体及其他烯类单体与反应型乳化剂以去离子水作为介质，经由反应型乳化剂与适合系统的乳化剂进行乳化聚合反应，制作出粒径分布较窄的胶水，并搭配水性树脂等，使整体网状结构更扎实紧密，能达到耐可塑剂、耐高温性、耐水性等特性。
本发明的阴离子反应型乳化剂〈聚氧乙烯烷基醚硫酸铵盐(Polyoxyethylenealkyl ether ammonium sulfate〉：本发明原料不使用壬基苯酚(nonylphenol,NP)，因为其化学结构与雌性激素(estrogen)相似，被认定是环境荷尔蒙之一，对环境的污染很大，在自由基聚合反应中因结构中含有不饱和双键，可直接与单体反应键结，使压敏胶的结构更为稳定，并搭配非离子型乳化剂，除了提高胶水稳定性与较窄的粒径分布外，进而可提高树脂之耐水性、耐候性等，可因需求选择不同长度碳链的乳化剂做适当调整。用量范围为总量0.01～5％，最佳用量范围为0.01～3％。
反应型乳化剂的结构式【式一】
反应型乳化剂-聚合物链结型态类型示意图，如图2
本发明的软单体有顺丁烯二酸二丁酯，顺丁烯二酸二辛酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸冰片酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯等，用量范围为单体总量1～55％，最佳用量范围为1～35％。
本发明中所使用的商品化水性树脂种类如萜烯酚树脂、C5石油树脂、松香树脂，水性橡胶可分为天然橡胶与合成橡胶；水性萜烯酚树脂(Terpene Phenolic Resin，如DRT TR系列S.C％：50～54)、水性C5石油树脂(C-5RESIN，如DRT DP系列S.C％：50～54)、水性松香树脂(如荒川SUPER ESTER E系列S.C(固体成分，solid contet)％：50～54)，水性天然橡胶(NRLatex，S.C％：58～62)、水性合成橡胶(SBR Latex，S.C％：58～62)，用量范围为总量0.5～25％，最佳用量范围为0.5～20％，各厂牌相溶性都会有所差异，需与自体本身胶水体系相溶才能完全发挥消果。
附图说明
图1是本发明水性压克力制造反应的流程图。
图2是本发明反应型乳化剂-聚合物链结型态类型示意图。
具体实施方式
水性压克力胶水制造流程
如图1，完整揭示了水性压克力制造反应的流程图。
步骤1.使用丙烯酸酯类的软单体、功能性单体及其他烯类单体如顺丁烯二酸二丁酯，顺丁烯二酸二辛酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸冰片酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯等，用量范围为单体总量1～55％，最佳用量范围为1～35％与反应型乳化剂用量范围为0.01～3％以去离子水作为介质，经由反应型乳化剂与适合系统的乳化剂进行预乳化聚合反应。
步骤2.让反应槽加热至所需要的温度后，添加起始剂(一)，常见的水溶性过氧化物，例如过硫酸铵(APS)、过硫酸钾(KPS)等，使反应开始进行，完成预乳化单体步骤后使用起始剂(二)，常见的水溶性过氧化物，例如过硫酸铵(APS)、过硫酸钾(KPS)等，开始滴定，滴定时间约为三～五小时后，再恒温反应一个小时。
步骤3.开始降温并依序添加氧化剂，(常见的氧化物有TBHP、CHPO等)及还原剂(常见的有SFS、维他命C)。主要是透过氧化还原来终止反应。
步骤4.添加中和剂，例如氨水。主要做酸碱中和。
步骤5.添加消泡剂，例如以大类可分Silicone(硅酮)系消泡剂、矿物油系消泡剂两种。主要提供胶水抑泡的效果，改善胶水起泡性。
步骤6.添加流平剂，主要功能可提高胶水在湿膜时的平整度，该产品各大厂家(如BASF CYTEC等)都有相似功能的品项
步骤7.添加抗氧化剂，主要加强抗氧化的效果，例如CIBA#1010，即可得到水性环保压敏胶。
将反应炉中可能会有旧的胶垢或是反应中产生的颗粒较大的渣，透过过滤方式将其剃除，整体涂布面才会平整，厚度才能均匀。
水性环保压敏胶比较测试
将新型水性环保压敏胶搭配相关物料于聚氯乙烯膜进一步做各种性能的测试与评估；以下说明不同组成份水性环保底胶涂布聚氯乙烯膜后，聚氯乙烯感压胶对聚氯乙烯膜附着性影响，涂布方式为以#4号线棒涂布约4.5g/每平米(SM)湿胶厚，烘干条件为105℃×1分钟，其后将聚氯乙烯膜用感压胶涂布其上，涂布聚氯乙烯膜用感压胶干胶厚度为20um，随后进行70℃×8小时的熟成，熟成后取出置于室温(23℃)下，于常温24小时后进行感压胶对聚氯乙烯膜附着性的测试评估方式，评估方式为黏贴于钢板上，观察钢板与胶面有无脱胶及胶带背面有无残胶现象。此外，物性的评估方式有黏着力、背黏力、凝聚力、初黏力等。
测试方法
一.黏着力(ASTMD-1000)测试：
1.将样品裁切成19mm宽，用PSTC标准橡皮滚筒以每分钟300mm的速度来回压一次，使样品黏贴于已清洁的ASTM标准钢板上，并放置20分钟待测。
2.并将黏贴样品的板材固定于拉力机上，将Load cell归零与校正，并设定剥离速度。
3.时间到后将样品180度反折后开始做黏着力检测。
二.背黏力(ASTMD-1000)测试：
1.将样品裁切成19mm宽，用PSTC标准橡皮滚筒以300mmmin的速度来回压一次，使样品黏贴于已清洁的ASTM标准钢板上；再将相同样品以一样的方式做黏贴，并放置20分钟待测。
2.并将黏贴样品的板材固定于拉力机上，将Load cell归零与校正，并设定剥离速度。
3.时间到后将样品180度反折后开始做背面黏着力检测。
三.凝聚力(PSTC-7)测试：
检测仪器：50℃吊挂定时器。
1.将样品裁切成19mm宽，用PSTC标准橡皮滚筒以300mmmin的速度来回压一次，使样品黏贴于已清洁的ASTM标准钢板上；在25mm处做切割，使测试面积为19*25(mm*mm)。
2.20分钟后悬挂于吊挂定时器上，并于下方悬挂500g砝码，观察胶面被破坏的状况与吊挂时间。
四.初黏力(PSTC-6)测试：
检测仪器：符合PSTC-6标准滚球仪，不锈钢球直径为11mm。
1.确认滚球仪式否保持水平，不锈钢球需用丙酮擦干净，并用镊子夹放。
2.自滚球自斜坡滑下装置至样品后，量测滚球仪底部到球中心的距离。
实施例
实施例一、
本发明使用自制一般包装未改性/改性水性压克力压敏胶做相关比对测试，另外将改质前后的压敏胶进行相关熟成后检测，相关物性比较如表一所示。未改质压敏胶涂布于已涂水性底胶的PVC膜上，烘干后贴标准钢板会有脱胶现象，导致无法进行相关物性检测。改质压敏胶涂布于已涂水性底胶的PVC膜上，烘干后贴标准钢板未有脱胶现象，进行熟成前后相关物性检测，其中，所述改性水性压克力压敏胶为本发明制备的涂布于聚氯乙烯压敏胶带的水性压克力压敏胶；未改性水性压克力压敏胶的制备方法与本发明的涂布于聚氯乙烯压敏胶带的水性压克力压敏胶的制备方法相同，除了不投入乳化单体之外。
表一、自制一般包装未改质/改质水性压克力压敏胶的对比测试
实施例二、
本发明使用自制改质水性压克力胶水，搭配不同浓度水性树脂/水性橡胶/交联剂等，以下范例为水性松香酯，添加比例为5％与10％，进行相关熟成后检测，相关物性比较如表二所示。
表二、添加水性松香酯的熟成后检测
实施例三、
本发明使用自制改质水性压克力胶水，搭配不同浓度水性树脂/水性橡胶等，以下范例为5％水性松香酯与不同比例的水性橡胶，进行相关熟成后检测，相关物性比较如表三所示。
表三、添加水性松香酯、水性橡胶的熟成后检测
实施例四、
本发明使用自制改质水性压克力胶水，搭配不同浓度水性树脂/水性橡胶等，以下范例为10％水性松香酯与不同比例的水性橡胶，进行相关熟成后检测，相关物性比较如表四所示。
表四、添加水性松香酯、水性橡胶的熟成后检测
本发明以INSTRON 5564拉力机定速剥离胶带，观察胶面有无脱胶及胶带背面有无残胶现象，慢速剥离测试速度(cmmin)为30，并纪录相关黏着力与背面黏着力数据。
由上表中可发现水性环保底胶涂布于聚氯乙烯膜上后，对于各种压敏胶组合附着性效果优异，不论是慢速剥离或快速剥离皆无胶面脱胶或胶带背面残胶现象发生；使用比较实施例一、二、三及四的水性环保底胶的聚氯乙烯感压胶带，其胶面对胶面对黏不到5次即发生脱胶现象。本发明为水性环保面胶，因不含有机溶液与壬基酚，故对于人体与自然环境较友善。
本发明所揭露的所有特征应可以任何结合方式实现。本发明所揭露的每一特征应可以相同、均等或相似目的的取代物所取代。因此，除非有明确的指定，否则所揭露的每一个特征仅仅只是均等物或相似特征的一个种类的一实施例。
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