熱熔壓敏膠具有零污染、安全健康、節(jié)省存儲與運輸空間、可自動化高速加工和具有高初黏性的特色與優(yōu)勢，在歐美國家和地區(qū)已經(jīng)被成功地應(yīng)用在標簽領(lǐng)域超過30年的時間，而中國在最近10年間才開始嘗試將熱熔壓敏膠應(yīng)用到標簽市場。由于熱熔壓敏膠具有標簽用其他膠無可比擬的優(yōu)勢，其應(yīng)用前景毋庸置疑。正確認識和使用熱熔壓敏膠是當前標簽從業(yè)者的一項重要任務(wù)。擔任中國膠粘劑工業(yè)協(xié)會海外技術(shù)顧問的曹通遠博士從1985年開始致力于標簽用熱熔壓敏膠的研究，有著非常豐富的理論和實踐經(jīng)驗。我們有幸邀請到曹通遠博士為本欄目撰稿，在連續(xù)刊載的“標簽用熱熔壓敏膠的膠黏力探討”、“標簽用熱熔壓敏膠的特性探討”、“標簽用熱熔壓敏膠在中國發(fā)展的隱憂與改善方向”等3篇文章中，曹通遠博士將與讀者分享他的心得體會和寶貴經(jīng)驗。
從20世紀70年代晚期SIS(苯乙烯-異戊二稀嵌段共聚物)被引進壓敏膠配方之后，以SIS為基礎(chǔ)配制而成的熱熔壓敏膠就逐漸應(yīng)用在各類標簽上。在熱熔壓敏膠的發(fā)展過程中，為了滿足多樣化的應(yīng)用市場與特殊需求，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。不論熱熔壓敏膠中的個別原材料具有怎樣特殊的分子結(jié)構(gòu)，在選擇原材料時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程中并不會發(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、機械剪切、存儲造成的氧化與老化)等四種成分。
熱熔壓敏膠膠黏力的來源及一些影響因素
1.膠黏力的來源
膠黏劑要提供適當?shù)哪z黏力，需要通過下列5種作用：①物理性吸附;②機械著錨;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械著錨。
(1)物理性吸附
物理性吸附力從弱到強可分為凡得瓦耳力、偶電性、氫鍵及離子鍵。實際應(yīng)用測試證實，極性高的膠黏劑可對被貼物誘導(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，可以提高膠黏強度，增強對被貼物的吸附力。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，會影響膠黏劑或貼合物的外觀，而降低了產(chǎn)品價值。對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。但實際經(jīng)驗表明，凡得瓦耳力對整體熱熔壓敏膠膠黏力的貢獻并不如兩物質(zhì)接口間極性差所產(chǎn)生的電偶性來得顯著。
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改善膠黏力外，還需調(diào)整膠黏劑的黏彈性來獲得最佳的效果。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彌補吸附力的不足。
(2)機械著錨
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、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、時間及壓力的變化也會改變膠黏劑的黏彈性。
2.影響因素
想要獲得一個全能的熱熔壓敏膠配方是不可能的。通常，要設(shè)計一個理想的膠黏物性組合，除了需要了解物理吸附性的貢獻外，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，不論膠黏劑的流動性與機械著錨性如何，可獲得的最大接觸表面積均為100%。但當表面粗糙度增加時，流動性不足的膠黏劑可得到的接觸表面積會小于100%，而流動性較好的膠黏劑則可得到超過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)跳動斷裂現(xiàn)象。
通常，彈性高、內(nèi)聚力強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性稍顯不足。反之，在室溫下流動性很好、黏性佳的膠黏劑通常耐低溫性好。當膠黏劑與面材著錨不佳，在低溫或高速剝離時，可能會發(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狀態(tài)，再以適當?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試包括軟化點與黏度，而最常見的膠黏物性測試則包括初黏性、剝離力與持黏力測試。為了溝通方便起見，每一種物性測試都必須按照標準測試方法進行。目前，在國標中與膠黏物性相關(guān)的標準測試方法有：初黏性測定方法-斜面滾球法(GB 4852-84)、持黏性試驗方法(GB/T 4851-1998)和180°剝離強度試驗方法(GB/T 2792-1998)。這些方法與國際上所通用的測試方法大同小異。在逐步邁向全球化的時代里，建立一套全球性的標準測試方法將是所有業(yè)者的共同愿望與努力的目標。通常，我們可以黏度和軟化點的高低做為涂膠加工時作業(yè)條件設(shè)定的參考。
熱熔壓敏膠的應(yīng)用實例
過去30年來，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簽市場中。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)用市場中能提供類似功能的熱熔壓敏膠產(chǎn)品，比如說，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)的觀點來說，這是不可能做得到的事情，或者說這是違反科學(xué)的想法。任何物質(zhì)在不同的溫度下本來就具有不同的物性，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就需要順應(yīng)物質(zhì)的特性，同時配合終端應(yīng)用市場的個別加工工藝與測試條件(如溫度、速度、角度、壓力和時間等)，提供最適當而非全能的的產(chǎn)品。
在熱熔壓敏膠標簽的實際應(yīng)用市場中，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以市場與客戶的可接受價位、加工性與終端膠黏物性為導(dǎo)向，選擇最適當?shù)脑牧?，配出最佳成本與物性組合的產(chǎn)品。理論上，只要滿足市場要求的配方就是理想的配方，沒有所謂的全能配方，更沒有所謂的秘方。
表1列出了市場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或個別客戶的物性需求所設(shè)計配成的。每一個成功或存在的配方都有它特殊的市場價值。對于熱熔壓敏膠的各種膠黏物性，由于它們所要搭配的面材與面對的被貼物過于復(fù)雜，我們無法強用一個簡單的物性指標范圍來規(guī)范。
從20世紀70年代晚期SIS(苯乙烯-異戊二稀嵌段共聚物)被引進壓敏膠配方之后，以SIS為基礎(chǔ)配制而成的熱熔壓敏膠就逐漸應(yīng)用在各類標簽上。在熱熔壓敏膠的發(fā)展過程中，為了滿足多樣化的應(yīng)用市場與特殊需求，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。不論熱熔壓敏膠中的個別原材料具有怎樣特殊的分子結(jié)構(gòu)，在選擇原材料時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程中并不會發(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、機械剪切、存儲造成的氧化與老化)等四種成分。
熱熔壓敏膠膠黏力的來源及一些影響因素
1.膠黏力的來源
膠黏劑要提供適當?shù)哪z黏力，需要通過下列5種作用：①物理性吸附;②機械著錨;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械著錨。
(1)物理性吸附
物理性吸附力從弱到強可分為凡得瓦耳力、偶電性、氫鍵及離子鍵。實際應(yīng)用測試證實，極性高的膠黏劑可對被貼物誘導(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，可以提高膠黏強度，增強對被貼物的吸附力。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，會影響膠黏劑或貼合物的外觀，而降低了產(chǎn)品價值。對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。但實際經(jīng)驗表明，凡得瓦耳力對整體熱熔壓敏膠膠黏力的貢獻并不如兩物質(zhì)接口間極性差所產(chǎn)生的電偶性來得顯著。
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改善膠黏力外，還需調(diào)整膠黏劑的黏彈性來獲得最佳的效果。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彌補吸附力的不足。
(2)機械著錨
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、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、時間及壓力的變化也會改變膠黏劑的黏彈性。
2.影響因素
想要獲得一個全能的熱熔壓敏膠配方是不可能的。通常，要設(shè)計一個理想的膠黏物性組合，除了需要了解物理吸附性的貢獻外，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，不論膠黏劑的流動性與機械著錨性如何，可獲得的最大接觸表面積均為100%。但當表面粗糙度增加時，流動性不足的膠黏劑可得到的接觸表面積會小于100%，而流動性較好的膠黏劑則可得到超過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)跳動斷裂現(xiàn)象。
通常，彈性高、內(nèi)聚力強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性稍顯不足。反之，在室溫下流動性很好、黏性佳的膠黏劑通常耐低溫性好。當膠黏劑與面材著錨不佳，在低溫或高速剝離時，可能會發(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狀態(tài)，再以適當?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試包括軟化點與黏度，而最常見的膠黏物性測試則包括初黏性、剝離力與持黏力測試。為了溝通方便起見，每一種物性測試都必須按照標準測試方法進行。目前，在國標中與膠黏物性相關(guān)的標準測試方法有：初黏性測定方法-斜面滾球法(GB 4852-84)、持黏性試驗方法(GB/T 4851-1998)和180°剝離強度試驗方法(GB/T 2792-1998)。這些方法與國際上所通用的測試方法大同小異。在逐步邁向全球化的時代里，建立一套全球性的標準測試方法將是所有業(yè)者的共同愿望與努力的目標。通常，我們可以黏度和軟化點的高低做為涂膠加工時作業(yè)條件設(shè)定的參考。
熱熔壓敏膠的應(yīng)用實例
過去30年來，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簽市場中。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)用市場中能提供類似功能的熱熔壓敏膠產(chǎn)品，比如說，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)的觀點來說，這是不可能做得到的事情，或者說這是違反科學(xué)的想法。任何物質(zhì)在不同的溫度下本來就具有不同的物性，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就需要順應(yīng)物質(zhì)的特性，同時配合終端應(yīng)用市場的個別加工工藝與測試條件(如溫度、速度、角度、壓力和時間等)，提供最適當而非全能的的產(chǎn)品。
在熱熔壓敏膠標簽的實際應(yīng)用市場中，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以市場與客戶的可接受價位、加工性與終端膠黏物性為導(dǎo)向，選擇最適當?shù)脑牧?，配出最佳成本與物性組合的產(chǎn)品。理論上，只要滿足市場要求的配方就是理想的配方，沒有所謂的全能配方，更沒有所謂的秘方。
表1列出了市場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或個別客戶的物性需求所設(shè)計配成的。每一個成功或存在的配方都有它特殊的市場價值。對于熱熔壓敏膠的各種膠黏物性，由于它們所要搭配的面材與面對的被貼物過于復(fù)雜，我們無法強用一個簡單的物性指標范圍來規(guī)范。
表1 當前市場上具有代表性的幾種熱熔壓敏膠產(chǎn)品的基本物性
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