TW202237775A - 耐候型多層聚烯烴膠帶 - Google Patents

Abstract

本發明耐候型多層聚烯烴膠帶係為一種橡膠系熱熔感壓膠，塗佈於聚烯烴薄膜之感壓膠帶，以無溶劑的塗佈方式改善傳統溶劑型壓敏膠對於人體、環境與VOCs危害。本發明內含複合之耐候設計，其橡膠系熱熔感壓膠具備疏水特性，且在其中改善對光之穩定性並增加耐候性，搭配複合結構之聚烯烴膜提升其抗紫外線特性。

Description

耐候型多層聚烯烴膠帶

本發明耐候型多層聚烯烴膠帶內含複合之耐候設計，其橡膠系熱熔感壓膠具備疏水特性，且在其中改善對光之穩定性並增加耐候性，另搭配複合結構之聚烯烴膜提升其抗紫外線特性。

熱熔感壓膠(Hot Melt Pressure Sensitive Adhesive,HMPSA)已廣泛使用於各種應用中，如包裝、建築、電子等用途，而HMPSA為100%固含量不含揮發性有機溶劑的橡膠系黏著劑，其成分為橡膠、增黏樹脂、增塑劑(加工油)與抗氧化劑組成，其對人體及環境無害，無論是在生產、運輸或是儲存都非常安全。

聚烯烴(Polyolefin)為最常見的通用塑膠之一，其中可以包含聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚丁烯(Polybutene,PB)及聚烯烴彈性體(Polyolefin Elastomers)等，聚乙烯部分可依分子量大小區分為高密度聚乙烯(High-Density Polyethylene,HDPE)、低密度聚乙烯(Low-Density Polyethylene,LDPE)與線性低密度聚乙烯(Linear Low-Density Polyethylene,LLDPE)三大類，三者皆有無味無毒等特性外，也具有良好的抗化學性與防潮性等優點，常用於製造保護膜材。而聚烯烴膜可以是吹膜、流延、單軸延伸及雙軸延伸等製造方式，將塑料擠壓通過模頭以形成多層結構薄膜，其多層結構可個別由不同成分組成及顏色組成，其功用是讓產品在加工或運輸時不易受到 污染、腐蝕或劃傷，依據高分子種類選擇可使其具備柔軟、延伸性好且對環保友善，對被保護的材料表面會呈現惰性以避免污染或腐蝕產品。

聚烯烴熱熔感壓膠保護膠帶是將熱熔感壓膠塗佈至聚烯烴膜(Polyolefin Film)上，熱熔感壓膠較佳的塗佈溫度約為160-180℃，但一般聚烯烴膜普遍耐熱溫度約為80-120℃，若將兩者結合則於塗佈時易產生膜斷裂與熔破現象。

一般來說聚烯烴膜與感壓膠若不做特別之耐UV處理，因此所製成的聚烯烴熱熔感壓膠保護膠帶是無法具有良好的耐候性能。聚烯烴膜處理部分，若能將其製成多層結構並賦予其不同的顏色與排序，可擁有不同的耐候性；而面膠部分，若能添加耐UV的成分，也可提升整體膠帶的耐候性，因此本發明中會針對聚烯烴熱熔感壓膠保護膠帶如何提升其耐候性的製程方法加以說明。

以下所述之功能性助劑包含離型層功能性助劑、吸收層功能性助劑等各層的功能性助劑，其中功能性助劑可為離型劑、面膠親合劑、表面改質劑及易撕劑等可為膠帶增加不同功能所需的相對應功能添加劑，其中離型劑為降低膠帶之表面能，使對背黏著力下降之效果的試劑，可選用矽類離型劑或長鏈烷類離型劑；面膠親合劑為為了增加膠帶基材與面膠的連接效果的試劑，可選用與面膠同系材質的試劑；表面改質劑為調整薄膜表面的平整性與光澤度，使外來光線被散射，可減少光線穿透至上膠塗層上而導致膠帶劣化的影響之效果的試劑，可選用無機類填充物，如黏土或高嶺土；易撕劑為可使高分子模材的結晶晶型斷裂，改變其晶型的連續性，提高撕開膠帶的容易度的試劑，可選用無機類材料，如碳酸鈣。

本發明耐候型多層聚烯烴膠帶，克服傳統聚烯烴膠帶於戶外的 耐候性，再配合多層結構的設計，分別在各層中賦予不同之功能性，如顏色、易撕、遮蔽、耐候性及離型特性等，其中不同顏色對於膠帶會造成不同的耐候性效果。面膠有別於傳統溶劑型膠水，熱塑性彈性體熱熔感壓膠提供一種無須溶劑、低VOC、不汙染環境，配合耐UV配方設計，搭配多層結構之聚烯烴薄膜，同時具備優良的黏著特性及機械性能，尤其適用於各種粗糙面、低表面能基材黏貼，並適合於建築、戶外修繕及標示等用途。

所述耐候型多層聚烯烴膠帶是由聚烯烴基材與嵌段共聚物熱塑性彈性體熱熔感壓膠兩部分所組成。

本發明耐候型多層聚烯烴膠帶中聚烯烴基材可以為聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚丁烯(Polybutene,PB)及聚烯烴彈性體(Polyolefin Elastomers)等，聚乙烯為最常見高分子塑料之一，因此本專利將以此材料作為主要實施例與說明，聚乙烯可以包括高密度聚乙烯(High-Density Polyethylene,HDPE)、低密度聚乙烯(Low-Density Polyethylene,LDPE)與線性低密度聚乙烯(Linear Low-Density Polyethylene,LLDPE)，結構上為多層共擠出結構，基重可為50~200g/m²，但由於塗佈及產品應用上需要一定的機械強度，因此最佳基重在80~150g/m²，機械方向抗張強度在7~40N/cm，最佳為18~32N/cm，伸長率80~350%，最佳為150~300%，其總組成及含量如下：。

本發明耐候型多層聚烯烴膠帶大結構以吸收層為基準，阻隔層位於吸收層之上，又保護層位於阻隔層之上。

所述之抗氧化劑用於維持薄膜的強度、延伸性與柔軟性，以利長時間存放或貼附於物件上時，維持其可操作性及物性強度，一般添加於主要厚度層1~3%，若與色料或光吸收劑搭配使用時，可能與其添加於同一共擠層但不限於此配置方式。

所述之色料/光吸收劑主要用途為遮擋或吸收特定光譜波長的日光或其餘可能造成上膠塗層性能劣化的光線，增加產品的光耐候性以維持其黏貼性能與結構強度。可依據需求調整顏色及其成份，一般若使用無機類色料單層添加1~8%色料，最佳用量範圍為4~6%；有機類色料則通常需要更高的添加量，但其可使產品有較高的透明度，可選擇搭配光吸收劑施行；一般性需求通常使用無機類白色色料和黑色色料。

所述之表層改質劑主要用於調整薄膜表面的平整性與光澤度，可使外來光線部份被散射，減少穿透至上膠塗層造成劣化。也可影響上膠加工過程，改變薄膜上膠時的展平性。有時亦用於調整產品外觀提升表面質感。

所述之附加功能性的功能性助劑可在保護層外塗佈微量離型劑，離型劑系統可以為矽類或長鏈烷類(蠟類)離型劑，塗佈量為5~35mg/m²，塗佈後可降低其表面能，使對背黏著力下降至1.5~9.8N/in，相關示意圖如圖2所示。

所述的熱熔感壓膠含有嵌段共聚物熱可塑彈性體、增黏樹脂、加工油(軟化油)、抗氧化劑、光穩定劑&吸收劑、著色劑，其組成及含量如下：

本發明所述之嵌段共聚物彈性體包括苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)，使用上不限於單獨使用或摻混使用，苯乙烯嵌段共聚物在高溫下具備流動性，當回到室溫時則凝固並具有類似物理性架橋進而提供良好的內聚強度。所述之增黏樹脂可為石油樹脂、松香樹脂、萜烯樹脂等，其中同時包括氫化、酯化、酸改質等改性樹脂，添加增黏樹脂主要可以提供其黏著特性，依據需求調整對應比例，樹脂選擇上需要考慮高分子主體對於增黏樹脂的相容性，盡量避免混合後的相分離發生，一般添加量以軟化點80~140℃添加量約在30~65wt.%間，以40~55wt.%為佳。

所述之加工油可以為環烷油、白蠟油、聚丁烯、聚異丁烯、低分子量芳香烴聚合物及低分子量烯烴聚合物，加工油的添加可以改善高分子的加工性及塗佈操作性，增加熱熔感壓膠的初黏性及對材料表面的潤濕效果，須依據高分子主體種類選擇合適相容性之加工油以防止其長時間析出，添加量一般在3~15wt.%間，一般以4~12wt.%為佳，添加量過高將過量塑化高分子主體並增加析出之機率，進而滲透至被貼物中，反之過少添加量則將大幅降低整體塗佈性與加工性，不利於製造。

為了增加材料本身的耐老化性、光穩定性及耐候性，一般會添加抗氧化劑、光吸收&光穩定劑，其中以酚類、胺類抗氧化劑系統最為常見，光吸收劑主要目的為吸收280nm~400nm波長的UV光源，藉由UV光使分子結構改變並以熱的方式耗散能量達到經時的循環，減緩材料的光降解效果。物質 在照射UV光後降解而產生自由基，光穩定劑主要提供捕捉自由基的能力，一般可為受阻胺光穩定劑(HALS)，添加量一般在0.5wt.%即可。

所述著色劑一般為色母粒型態，依據顏色有效成分會介於40~85wt.%間，一般依據所需遮蔽性添加，比例可在1.0~7.0wt.%間。

100:耐候型多層聚烯烴膠帶

110:多層聚烯烴膜

111:保護層

112:阻隔層

113:吸收層

114:離型層

120:上膠塗層

圖1為本發明實施例二之剖視圖

圖2為本發明實施例一之剖視圖

圖3為本發明製作流程圖

本發明耐候型多層聚烯烴膠帶100的製作方式可分為多層聚烯烴薄膜110製作、上膠塗層120之環保型熱熔感壓膠製作與塗佈，相關製程如圖3所示。

多層聚烯烴薄膜110製造流程：將聚烯烴塑膠粒子以及其他功能性助劑經由進料系統送入各層的押出機料斗中，經由押出機中螺桿的推送混拌以及各段控溫設備的加溫，熔融至可推送流動狀態後，各押出層於模頭處將各層共擠成形為薄膜狀態。於模頭押出後，可經由吹膜、流延、單軸延伸或雙軸延伸方式將成形之薄膜延伸拉薄至所需要的規格厚度和寬度，再加以冷卻定型。薄膜的延伸成形方式亦會影響薄膜的物性表現。押出機依照進料型態和混合相容性，通常使用單螺桿或雙螺桿形式。本發明所述以單螺桿押出機和吹膜拉伸成形方式施行，主要使用之聚烯烴為低密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯。

上膠塗層120之環保型熱熔感壓膠製作與塗佈流程：將上述嵌段共聚物熱可塑彈性體25.0~60.0wt.%、抗氧化劑0.3~1.0wt.%、光穩定劑&吸收劑0.3~1.5wt.%依序加入混合槽，溫度控制在100~140℃，待混合均勻後加 入增黏樹脂30.0~65.0wt.%、加工油4.0~15.0wt.%、著色劑1.0~7.0wt.%，升溫至175~185℃攪拌至均勻分散，約需30分鐘即完成製膠，以上全部製程需要在充滿氮氣環境中進行。塗佈製程需將製備完成之多層聚烯烴薄膜110塗佈環保型熱熔感壓膠，環保型熱熔感壓膠輸送管路及儲槽溫度設定為150~190℃；將多層聚烯烴薄膜110安裝於放捲軸上，收捲張力設定11~15kg，塗佈頭溫度依配方可為130~180℃間，冷卻系統冰水設定為10℃並開啟循環，於多層聚烯烴膜110行進間將塗佈頭靠近至薄膜處開啟供膠泵補，依據塗佈速度設定供膠齒輪泵浦轉速及供膠量，塗佈量在15~60g/m²，可依據塗佈表面之狀況微調原布與塗頭間之間隙使之平整。

以下列舉合計四種實施例及比較例如下表一所示。

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實施例一：多層聚烯烴膜之保護層111的製造：將聚烯烴樹脂92wt.%、表層改質劑4wt.%及加工助劑4wt.%在175~195℃以螺桿混合升溫後，導入至模頭。阻隔層112的製造：將聚烯烴樹脂90wt.%、阻隔層色料劑8wt.%及抗氧化劑2wt.%在175~195℃以螺桿混合升溫後，導入至模頭。吸收層113的製造：將聚烯烴樹脂89wt.%、吸收層色料劑4wt.%、加工助劑2wt.%及吸收層功能性助劑5wt.%在175~195℃下以螺桿混合升溫後，導入至模頭，將上述三層個別地由各射出層射出並導入至模頭，再同時地由吹膜口中製成多層膜後收卷。

環保型熱熔感壓膠的製造：首先，將熱塑性彈性體50重量份、C5增黏樹脂50重量份、C5/C9增黏樹脂20重量份、抗氧化劑0.5重量份及加工油17重量份依序添加後，在150℃下以螺桿混合，最後，儲存於170℃保溫的儲存槽中。離型層114之離型劑的配製：將離型劑0.3重量份及甲苯99.7重量份在50℃下進行混合後，保存於55℃的保溫儲存槽中。耐候型多層聚烯烴膠帶的製造：首先，將上述配製好的離型劑溶液，以塗佈量8cc/m²塗佈於保護層111之上，並以100℃的烘箱烘烤。同一時間，設定塗佈頭溫度175℃及上膠量40g/m²，將上述製備好於儲存槽的熱熔感壓膠導入塗佈機中，待熱熔感壓膠從塗佈頭流出後，將塗佈頭靠至吸收層113進行塗佈，如圖2所示。製得的感壓膠帶按美國材料和試驗協會標準方法進行性能測試，結果如表一所示。

實施例二：同實施例一的配方和工藝製造熱熔感壓膠，而耐候型多層聚烯烴膠帶的製造過程中不塗佈離型劑，其餘工藝同實施例一，如本案指定代表圖1所示。測試方法同實施例一，測試結果列於表一。

實施例三：同實施例一的配方和工藝製造熱熔感壓膠，而耐候型多層聚烯烴膠帶的製造過程中不塗佈離型劑且將聚烯烴基材顏色由白色改成紅色，其餘工藝同實施例一。測試方法同實施例一，測試結果列於表一。

比較例一：同實施例二。為同實施例一的配方和工藝製造熱熔感壓膠，而耐候型多層聚烯烴膠帶的製造過程中不塗佈離型劑，其餘工藝同實施例一，如本案指定代表圖1所示。測試方法同實施例一，測試結果列於表一。

比較例二：在實施例一的配方中額外添加光穩定劑0.5重量份後，以相同工藝製造熱熔感壓膠，耐候型多層聚烯烴膠帶的製造過程中不塗佈離型劑，其餘工藝同實施例一。測試方法同實施例一，測試結果列於表一。

比較例三：在實施例一的配方中額外添加光穩定劑0.5重量份後，以相同工藝製造熱熔感壓膠，耐候型多層聚烯烴膠帶的製造過程中不塗佈離型劑且將保護層111改為紅色，而吸收層113改為黑色。測試方法同實施例一，測試結果列於表一。

100:耐候型多層聚烯烴膠帶

110:多層聚烯烴膜

111:保護層

112:阻隔層

113:吸收層

114:離型層

120:上膠塗層

Claims (13)

1. 一種耐候型多層聚烯烴膠帶，包含：

   一多層聚烯烴膜，包含：

   一吸收層，該吸收層包含一光吸收劑；

   一阻隔層，聯接於該吸收層上方，且該阻隔層包含一抗氧化劑；以及

   一保護層，聯接於該阻隔層上方，且該保護層包含一表層改質劑。
2. 如請求項1所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，其中該抗氧化劑占整體膠帶的1.0~3.0%。
3. 如請求項1所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，其中該吸收層進一步包含一吸收層色料劑。
4. 如請求項3所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，其中該吸收層色料劑包含黑色、白色或藍色色料劑。
5. 如請求項1所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，其中該阻隔層進一步包含一阻隔層色料劑。
6. 如請求項5所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，其中該阻隔層色料劑包含紅色、黃色或紫色色料劑。
7. 如請求項3或4所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，其中該吸收層色料劑及阻隔層色料劑共占整體膠帶的2.0~15.0%。
8. 如請求項1所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，其中該多層聚烯烴膜進一步包含一離型層位於該保護層之上，該離型層包含一離型層功能性助劑，該離型層功能性助劑包含一離型劑，該離型劑包含0.3重量份離型劑及99.7重量份之甲苯。
9. 如請求項1所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，其中該吸收層進一步包含一吸收層功能性助劑，該吸收層功能性助劑包含一面膠親和劑。
10. 如請求項1所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，其中該光吸收劑包含一吸收280~400nm波長之光吸收劑。
11. 如請求項1所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，其中該抗氧化劑包含一酚類抗氧化劑或一胺類抗氧化劑。
12. 如請求項1所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，其中該聚烯烴膜塗佈於一上膠塗層之上，該上膠塗層包含一熱熔感壓膠。
13. 如請求項8所述之耐候型多層聚烯烴膠帶，該熱熔感壓膠包含一抗氧化劑，其中該抗氧化劑佔該熱熔感壓膠的0.3~1.0%；一光吸收/光穩定劑，其中該光吸收/光穩定劑佔該熱熔感壓膠的0.3~1.5%；或一著色劑，其中該著色劑佔該熱熔感壓膠的1.0~7.0%。

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