通用型标签用压敏性胶粘剂不论是油性、水性或是热熔型,都必须提供标签足够高的热熔压敏胶初粘力来附着于各种不同的被贴物表面;并迅速产生适当的剥离力造成面材或被贴物破裂。近年来,由于环保意识的提高,在欧美国家多半舍弃油性压敏胶而改用水性压敏胶及热熔压敏胶于标签用途。由于水性压敏胶与热熔压敏胶所采用的高分子成分、结构完全不同,用于标签上可展现出个别的特性与优缺点。一般而言,水性压敏胶有很好的平整性及比较宽的温度适用范围;但水性压敏胶之初期粘着力及剥离力均不高,对于非极性物质表面缺乏足够的胶粘力。多数热熔压敏胶均具有高的初粘性和剥离力可用来胶粘多样化的材质。热熔压敏胶的主要缺点为耐热性(高于70℃)及耐溶剂性(如PVC中之DOP)较差。近年来,已不断研发可辐射(紫外线与电子射束)固化的热熔压敏胶来改善耐热性(可高达120℃以上)及耐溶剂性的本质缺陷。以下将进一步说明热熔压敏胶用于标签之涂布作业性、热稳定性、胶粘物性与后段加工性。
1) 涂布作业性
如上一节所述,热熔压敏胶可以用口模或辊轮涂布(直涂或转涂)于标签上。热熔压敏胶不含溶剂或水,不需要经过烘箱干燥,冷却后可以立即定型,因此可以高速上胶。每分钟之涂布速度最快可达到500米以上。为了得到准确之涂布厚度及平整表面,除了要有精密的涂布、收放设备外,热熔压敏胶本身之粘弹性扮演着重要之角色。一般认为,粘度(viscosity)较低的热熔压敏胶可以在较低的温度作业、并可以较快的速度来涂布。事实上,涂布性的难易主要是取决于热熔压敏胶之粘性(或流动性)与弹性(或回复性)之相对关系。如果弹性过高,流平或润湿性不足,即使粘度(viscosity)低也不容易得到良好之涂布性。反之,如果热熔压敏胶粘性(或流动性)高,就算其粘度(viscosity)偏高也可以容易的控制涂布胶面之厚度与平整性。
2) 热稳定性
一个质量好的热熔压敏胶必须在提供给涂布应用厂商时仍具有良好的抗老 化、裂解之热稳定特性。热稳定性不好的热熔压敏胶会在上胶系统高温作业期间快速碳化而附着于熔胶槽壁、加热喉管、口模内部或上胶辊轮上。这些焦化的热熔压敏胶会影响加热系统之热传导,使得熔胶与上胶时必须不断的提高作业系统温度来熔解热熔压敏胶,更加速了热熔压敏胶的劣化,形成恶性循环。一个热稳定性好的热熔压敏胶,应该俱备下列四个基本条件:
a) 热熔压敏胶配方必需添加适当且适量的抗氧化剂。当热塑性高分子在高温、高剪切力下作业时,会因高分子链断裂而产生了活性极强、可导致劣解连锁反应的各种自由基(R‧,ROO‧,RO‧,OH‧)。添加适当且适量之抗氧化剂可以降低或终止劣解连锁反应。
b) 热熔压敏胶各成分必须有很好的相容性。相容性较好的热熔压敏胶系统会呈清澈透明状,可以长时间储存于胶槽内而不会轻易发生相分离而导致碳化。反之,相容性不好的热熔压敏胶系统会呈现半透明雾状甚至于完全不透明。此类热熔压敏胶在高温胶槽内长时间受热时,会逐渐发生成分间的相分离,进而产生焦化现象。
c) 制造热熔压敏胶过程中应当充填氮气或抽真空。氧气为造成热熔压敏胶氧化的必要元素。为了防止热熔压敏胶在制造过程中与空气中的氧气接触而被氧化,在混合过程中充填氮气在胶槽内阻绝氧气或抽真空生产为必要的加工程序。
d) 热熔压敏胶混合完成之后,必须将无法熔解之杂质过滤清除。热熔压敏胶内之杂质可能为投料时不慎带入之异物,如纸屑、纺织物、粉尘或金属;亦可能为从混合槽壁剥落下来,已经碳化的热熔压敏胶或分子量过高而无法熔解之高分子聚合物。如果没有适当的过滤设备,杂质将跟着热熔压敏胶被带入下游的熔胶作业系统内,造成涂胶系统内的滤网阻塞或进一步劣化热熔压敏胶。假如熔胶作业系统也不加装过滤设备,则杂质或焦化物会被带到被涂物表面上。这些杂质除了会造成涂布面污染、产生机械方向直线状刮痕外还可能磨损口模或上胶轮面及刮刀,造成材料与设备的严重损失。
3) 基本胶粘物性
由于标签的应用市场甚为广泛,没有任何单一的热熔压敏胶可完全满足所有不同的用途。通用型标签用热熔压敏胶应具备下列的基本胶粘物性要求:
a) 高初粘力,使标签能够在瞬间附着于被贴物表面。
b) 适当剥离力,使标签在剥离被贴物时能造成自身材料破或永久性变形。
c) 持粘力及耐热剪切性(SAFT)在通用型标签应用市场没有特别高的要求。通常,在4Psi荷重下,持粘力只要超过10小时即可。
4) 储存性
标签在长期储存及运输过程中绝对不能发生标签边缘溢胶或热熔压敏胶内低分子量成份(如软化油和增粘剂)移行到面材与离型纸内之渗油现象。
5) 特殊胶粘物性
a) 耐高温性
耐高温性之来源与限制:热熔压敏胶之内聚强度及耐高温性主要来自高分子量的SBC。以SIS为例,I (Isoprene)为橡胶相,给予柔软性,着锚、流动及胶粘等物性;S (Styrene)为塑胶相,在S的软化点之下具有物理性交联的功能。可提供硬度、内聚力与耐高温性。S相本身的软化点介于90-110℃间。如果要以此类SBC为主体,再经低分子量的增粘剂和矿物油来改性,使其增粘或软化等,通常会进一步降低SBC之耐高温性。想要配制一个耐高温达90℃以上的热熔压敏胶有本质上的困难与限制。一般型热熔压敏胶的耐热剪切温度(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。如果需要有超过100℃以上的高耐热性,则要选用可辐射固化的热熔压敏胶。耐高温性与热熔压敏胶的涂布厚度也有关系,通常涂布厚度愈高,胶层就愈容易滑动,耐热温度也因此降低。标签的标准上胶厚度约20-25μm。
b) 耐寒性
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)的高低及胶在低温环境下的流动性。SIS的I相,以流变仪测得的Tg约零下55℃(测试频率为10 radian/sec)。增粘剂的Tg视分子量高低、种类与分子结构,通常介于5℃至120℃间。当SIS与可相容的增粘剂混合时,I相的玻璃点会上升,硬度会下降而产生压敏粘性。做为室温用的热熔压敏胶,最佳的Tg点大约在5-10℃之间。当Tg落在此温度范围内时,热熔压敏胶的各种胶粘物性可以获得最适当的组合。如果耐寒性为一项重要诉求,则必须在设计配方时,将Tg往低温方向调整。比方说,如果想在0℃的环境下获得最佳组合的压敏胶粘性,则热熔压敏胶之Tg应当在约-18℃上下。然而,当此热熔压敏胶被拿到室温应用时,它的初粘力及剥离力会大幅降低,类似一个具有低粘着力的可转移胶粘剂。同理,若将室温用之热熔压敏胶拿到较高的温度(如40-50℃)环境使用时,压敏胶粘性也会大幅降低。根据上述理论说明,想要获得到一个同时在室温和低温都具有高初期粘着力及剥离力的热熔压敏胶在本质上是做不到的。
c) 对低极性材质(如PE、PP)的胶粘性
低极性材质因为表面能量偏低而不容易被胶粘剂润湿、密着。为了弥补此低表面能的缺陷,除了可以在涂胶前先以电晕处理低极性材质来增加它们的表面能外,通常也可以选用极性较高的树脂于热熔压敏胶配方内来增强两介面间之物理吸附性。另外,调整热熔压敏胶的流变性也是增进表面润湿性的良方。通常在粘贴环境和条件下,流动性较高的热熔压敏胶对于低极性材质的润湿与密着性较佳,胶粘力也因此可以大幅提高。
6) 后段加工性
理想的标签用热熔压敏胶除了需要满足涂布厂的加工作业性、使用者的胶粘物性外,还需要为印刷厂保留良好的后段加工性,如模切(Die-cutting)、撕边(Stripping)与切张修边(Trimming)。相对于水性压敏胶,大部分的热熔压敏胶都具有较高的初粘力及内聚力,不论模切、撕边或切张修边都有较高的难度。设备的改良固然可以改善加工性,热熔压敏胶粘弹性的调整及离型纸、膜的离型力高低的选择,也可以改善部分加工过程中所遭遇的困扰。添加填充料(如碳酸钙等)于热熔压敏胶配方内虽然也是一个改善模切性之好方法,但是,填充料会使热熔压敏胶失去透明性,不适合用于透明商标膜。如果填充料细度不足、比重过高、热稳定性不好或在热熔压敏胶内分散度不佳,都可能造成结粒现象而阻塞滤网,增加维修、停机时间,甚至有刮伤上胶口模及辊轮面之顾虑。由于标签之后段加工过程涉及相当复杂的加工条件,例如设备精度、模切方式与速度、胶与离型纸或膜之间的离型力等;欲设计一个理想的热熔压敏胶配方确实有极高的难度。想要得到适当的后段加工性,除了需要有较精准的设备外,热熔压敏胶与离型纸或膜之间也应有如下所述的特性。
a) 模切:标签被模切时,斩刀必须俐落的同时切开面材及热熔压敏胶而不易被沾粘。调整刀口角度,在斩刀离开切口之瞬间可降低斩刀与热熔压敏胶之粘着性。而热熔压敏胶则应同时具有较低内聚力与回粘性(或流动性)以利于模切。
b) 撕边:不论撕边之速度快慢,理想的热熔压敏胶应具有适当的粘性能附着于低离型力之离型纸或膜上,不会轻易的被剥离脱落。当离型力过高时,会造成撕边断裂现象。如上一段所述,如能调整刀口角度来模切,可降低撕边剥离力,对整体撕边制程有相当程度的帮助。大部分的热熔压敏胶在被起始剥离的瞬间通常会因胶粘剂本身形变或延伸过长而产生较高的起始应力。当此起始应力大于被撕边条的内聚强度时,边条会因此断裂而需要重新停机整理。调整离型纸的离型力、选用强度较佳的面材或增宽被撕边条均为常见的改善方法。如果能从配方上着手设计热熔压敏胶的粘弹性,使其在撕边起始的阶段不会产生较高的应力,应该是解决困扰的最理想方式。当撕边时发现有已模切过的标签连同边条整片从离型纸或膜被剥离脱落时,则需要改用离型力较高的纸或膜。
c) 切张修边:先进的切张修边设备可相当准确且高速执行单张的切张修边工作,但设备昂贵。当整叠标签纸欲准确切张修边时,斩刀会将热熔压敏胶从标签内挤压、拉拽至切张侧面造成所谓的侧面溢胶现象。当连续切张的次数增加时,斩刀的温度会逐渐升高,更加速了溢胶现象同时会使溢出之胶沾粘于斩刀上。当溢胶累积过多时,必需停机清除这些侧面溢出之热熔压敏胶并擦拭斩刀。为了改善此困扰,业者通常会在斩刀上抹离型剂并吹冷风来增加切张次数,降低停机维护时间。从粘弹性的观点来思考,理想上,如果热熔压敏胶具有相当高之弹性(Elasticity),使其在被切断后可立即反弹回缩,就不会因被过度延伸而造成溢胶。