一種水性熱發泡粘合膠板的製作方法
2023-06-14 07:42:41 2
專利名稱：一種水性熱發泡粘合膠板的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種不含溶劑型樹脂的水性熱發泡粘合膠板，特別是一種使用經過 反應型乳化劑改性的水性壓克力乳液的環保型水性熱發泡粘合膠板。
背景技術：
市售的熱剝離壓敏粘合片的結構，包括基板，一層似橡膠狀樹脂的塗布在該基 板上的有機彈性層，一層含有發泡劑或膨脹劑的塗布在該有機彈性層上的樹脂粘合層， 一層可剝離的貼合於該樹脂粘合層的表面上的離型膜保護層。但，市售的熱剝離壓敏粘合片，過去常使用溶劑型樹脂，在加工過程中，溶劑 會大量排放到大氣之中，造成嚴重的汙染及溫室效應問題。近年來，溫室效應日益嚴 重，如何減少揮發性有機化合物(VOC)的排放，以及如何達成節能減碳的終極目標，已 成為合成樹脂業界的主要課題，其中水性樹脂是一項相當具有潛力的研究方向。壓克力乳液在水性樹脂當中佔有舉足輕重的地位，但壓克力乳液為了乳液粒子 的安定，常會加入一些乳化劑，以維持乳液的穩定性，由於所加入的乳化劑分子量低， 會有滲移現象，而影響壓克力乳液成膜後的粘合性。為改善此缺點，發明人對水性壓克力乳液樹脂的粘合性進行長期研究，發現使 用反應型乳化劑與壓克力單體進行聚合反應，除了仍然維持乳液的穩定效果外，且通過 乳化劑反應基的導入，水性壓克力乳液樹脂具有優異的粘合特性及貯存穩定性。而且， 所製得的水性壓克力乳液，可減少VOC排放量及降低溫室效應，可有效改善氣候暖化所 帶來的衝擊。
發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種水性壓克力乳液，利用特殊合成技 術將反應性乳化劑鍵合到丙烯酸聚合物合成壓克力乳液，再搭配交聯劑、發泡劑、添加 劑共同調配而成，具有優異的粘合特性及貯存穩定性，可搭配不同粒徑的發泡劑製成一 種加熱會膨脹的壓敏粘合劑，非常適合電子或塑料加工業在加工過程中用於暫時固定待 加工的電子或塑料零件。本發明的另一主要目的在於提供一種水性熱發泡粘合膠板，由基材層、底膠層 及熱發泡膠層疊合構成，或進一步包括聚酯離型膜層共同疊合構成，其中，該基材層作 為底層，該底膠層塗布在該基材層上，且具乾燥後不具粘性的表面，該熱發泡膠層為含 有發泡劑且加熱後會膨脹的壓敏粘合劑，且塗布在該底膠層上，最後在該熱發泡膠層上 再貼合具有離型效果的聚酯離型膜層保護。將聚酯離型膜層撕開之後，該水性熱發泡粘 合膠板的熱發泡膠層具良好粘合特性，在電子及塑料零件加工過程中，適用於暫時固定 待加工的電子及塑料零件，且加工完成後，只要將水性熱發泡粘合膠板加熱到發泡溫度 一定時間，即可將被粘合固定待加工的電子及塑料零件自水性熱發泡膠板分離回收。具 環保及減少VOC排放量的功效。
具體地，本發明提供了一種水性熱發泡粘合膠板，其包括作為底層的基材層、 塗布在該基材層上的底膠層，塗布在該底膠層上的熱發泡膠層，其特徵在於，該底膠層 為由具有反應性官能團的乙烯類乳化劑與丙烯酸單體，進行乳液聚合而成的水性壓克力 乳液，再添加水性交聯劑及偶聯劑經乾燥後製得；該熱發泡膠層為含有發泡劑，且加熱 後會膨脹的壓敏粘合劑，由具反應性官能團的乙烯類乳化劑與丙烯酸單體，進行乳液聚 合而成的水性壓克力乳液，再與發泡劑、水性交聯劑調配製得。本發明的「熱發泡壓敏粘合劑」不使用有機溶劑，有別於一般市售的熱發泡膠 層所使用的粘合劑，具有節能減碳及環保效果。
圖1為本發明的水性熱發泡粘合膠板疊層結構示意圖。主要組件符號說明10......水性熱發泡粘合膠板20......基材層30......底膠層40......熱發泡膠層50......聚酯離型膜層
具體實施例方式如圖1所示，本發明的水性熱發泡粘合膠板10，包括基材層20、底膠層 (Primer) 30及熱發泡膠層40疊合構成，或進一步包括聚酯離型膜層50共同疊合構成。其 中，該基材層20作為底層，該底膠層30塗布在該基材層20上，該熱發泡膠層40塗布在 該底膠層30上，該聚酯離型膜層50貼合於該熱發泡膠層40的表面上。所述基材層20具耐高熱特性，可適應本發明的水性熱發泡粘合膠板10的加工溫 度。所述基材層20可選用各種塑料膜及片材，包括聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，乙烯/ 丙烯共聚物，乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EVA)，聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲 酸丁二酯(PBT)或聚氯乙烯(PVC)所製成的聚酯基材。而且，基材層20所選用的聚酯 基材，可以經過拉伸或類似處理，以調整聚酯基材的物理性質，例如伸長率等。所述基材層20可以經過一般表面處理，使其對熱發泡膠層40或其它層有較佳的 粘合力。所述表面處理包括化學及物理氧化處理，例如，經過鉻酸處理、曝露至臭氧、 曝露至火焰及離子化輻射處理，也可以經過特殊底漆、氟素、矽酮樹脂等塗布處理。本發明的水性熱發泡粘合膠板10結構中，所述底膠層30作為介於基材層20與 熱發泡膠層40之間的中間層，用於促使基材層20與熱發泡膠層40之間的粘合性更佳 外，對於熱發泡膠層40的發泡劑經加熱後對於基材層20產生的發泡應力也具有緩和效 果，可以避免熱發泡膠層40因為發泡而造成基材層20與熱發泡膠層40之間產生脫落。所述底膠層30的厚度為1 50微米(μ m)，優選為5 40微米，特優選為8 20微米。所述底膠層30的材質，是一種環保的水性壓克力乳液，由壓克力單體(即(甲 基)丙烯酸系單體)與反應型乳化劑經乳液聚合而成的壓克力乳液，為方便說明，本文以 下將簡稱為「底膠壓克力乳液」，可直接塗布在經過表面處理的基材層20上。經過乾燥
5之後，即形成不具粘性表面的底膠層30。所述「底膠壓克力乳液」是以下列主要成分進行乳液聚合而成a) 75 92wt%含烷基的壓克力單體；b) 2 10wt% %含羥基的壓克力單體；c) 1 5wt% %含羧基的壓克力單體及；及d)5 10_%%具有反應性官能團的乳化劑。為了促進該底膠層30與基材層20之間的粘合性，該底膠層30所使用的「底膠 壓克力乳液」，可以添加樹脂、交聯劑、偶聯劑、增稠劑及消泡劑等改性劑，以發揮該 底膠層30的功能。所述熱發泡膠層40的厚度為10 100微米，優選為20 80微米，特優選為 30 70微米。所述熱發泡膠層40的材質，是一種含有發泡劑且加熱後會膨脹的壓敏粘合 劑，由壓克力單體與反應型乳化劑經乳液聚合而成的壓克力乳液，再調配發泡劑製成， 為方便說明，本文以下將簡稱為「熱發泡壓敏粘合劑」，可直接塗布在已經具底膠層30 的基材層20上。經過乾燥之後，即形成具優異粘合粘性的熱發泡膠層40。用於製成熱發泡膠層的水性壓克力乳液，是以下列主要成分進行乳液聚合而 成a) 83 95wt% %含烷基的壓克力單體；b)3 含羥基的壓克力單體；c)0.3 羧基的壓克力單體；及d) 1 7wt% %具有反應性官能團的乳化劑；為了促進該熱發泡膠層40的功能，該熱發泡膠層40所使用的「熱發泡壓敏粘合 劑」，可以添加發泡劑、增稠劑、交聯劑、偶聯劑或染料等添加劑。一般市售的熱發泡膠層使用丙烯酸系粘合劑，橡膠系粘合劑，聚酯基粘合劑或 胺基甲酸酯粘合劑等，均需使用大量有機溶劑，不環保且增加二氧化碳的排放量造成溫 室效應。本發明的「熱發泡壓敏粘合劑」不使用有機溶劑，有別於一般市售的熱發泡膠 層所使用的粘合劑，具有節能減碳及環保效果。本發明的水性熱發泡粘合膠板10，其中熱發泡膠層40的「熱發泡壓敏粘合劑」 的特性，是利用動態分析流變儀(Dynamic Mechanical Analyzer，DMA)評估。該「熱發 泡壓敏粘合劑」的粘彈性曲線，經過評估，在25°C的E'值(儲存模數)需在3.0X IO6達 因/cm2以上，在105°C的E'值需在1.0X IO6達因/cm2以上。因為，「熱發泡壓敏粘合劑」的粘彈性曲線，在25°C的E'值(儲存模數)若 低於3.0X IO6達因/cm2，該熱發泡膠層40的粘合性，雖符合粘貼需求，但熱發泡後的分 離性差，無法滿足剝離需求；同樣情形，在105°C的高溫下，其E'值(儲存模數)若低 於1.0X IO6達因/cm2，該熱發泡膠層40的粘合性將出現與上述25°C的現象相同。所述聚酯離型膜層50是一種具有離型效果的聚酯離型膜，貼合在該該熱發泡膠 層40上面，以保護該熱發泡膠層40。本發明所提供的「底膠壓克力乳液」及「熱發泡壓敏粘合劑」，包括由壓克力 單體與反應型乳化劑經特殊技術合成的壓克力乳液，亦即，是由主要成份去離子水、壓克力單體、引發劑、乳化劑、鏈轉移劑、pH緩衝溶液(pH Buffer)進行乳液聚合反應而得。去離子水乳液聚合需使用去離子水，如果水中含有金屬離子、鹽類等，將會影響乳化劑 膠束的形成及聚合體顆粒的穩定性，且會導致凝聚現象。去離子水的pH值需為6 8之 間，總硬度0，導電度10以下，否則會凝聚。壓克力單體所選用的壓克力單體，為(甲基)丙烯酸系單體，需要依據壓克力乳液的物性要 求，做適當的調整。例如，通過調整壓克力單體的玻璃化溫度(Tg)，可改變及調整壓克 力乳液成品的軟硬物性。本發明所選用的壓克力單體，包括1.含烷基的壓克力單體選自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基) 丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸正 辛酯、(甲基)丙烯酸異辛酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十八酯、(甲基) 丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯及(甲基)丙烯酸乙氧基甲酯中的一種單獨使 用或兩種以上混合併用。2.含羥基的壓克力單體選自(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸4-羥基丁酯、丙烯酸氯2-羥 基丙酯、二乙二醇單(甲基)丙烯酸酯及烯丙醇中的一種單獨使用或兩種以上混合併用。3.含羧基的壓克力單體選自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丁烯酸、馬來酸、富馬酸及馬來酸酐中的 一種單獨使用或兩種以上混合併用。4.除上述單體成份外，在不損害本發明的範圍內，亦可加入其它單體共聚合， 例如乙酸乙烯、苯乙烯、甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、(甲基)丙烯腈等。乳化劑乳化劑的選擇是乳液聚合最重要的一環，它將會影響到(1)聚合速度及轉化 率；(2)聚合體的顆粒大小；(3)膜的特性；及(4)乳液的穩定性。本發明所使用的乳 化劑為含C = C雙鍵結構的反應性乳化劑，有陰離子型與非離子型兩類，可以陰離子乳 化劑或陰/非離子乳化劑混合搭配使用。1)陰離子乳化劑反應型如三洋化成的PC-10，中日合成的MS-2N，晉一化工的 NOIGENRN-20、RN-30、RN-50，旭懋的 SDBS95，清泰的 Maxmu卜6112，花王的 LATEMUL PS> LATEMULASK,及非反應型的聚益化學公司NP6SF等。2)非離子乳化劑反應型如清泰的5010，及中日合成化學公司的E950等。引發劑乳液聚合所使用的引發劑大都為水溶性的，如壓02、過硫酸鈉(Sodium Persulfate, Na2S2O8)，過硫酸銨(Ammomium Persulfate, (NH4)2S2O8)，過硫酸鉀 (Potassium Persulfate, K2S2O8)等。所使用的還原劑有亞硫酸氫鈉(sodium bissulfite，NaHSO3),焦亞硫酸鈉(sodium metabissulfite, Na2S2O5)，連二亞硫酸鈉(sodium hydrosulfite，Na2S2O4J 等。其它添加劑1)保護膠體通常為高分子量材料，它可增加粒子周圍水相的粘度來保護粒子，尤其是使用 親水性單體聚合時，常使用保護膠體，其原因是親水性單體於聚合時，陰、非、陽離子 等各乳化劑不能使得粒子穩定化，而被吸收於粒子內部，故需通過保護膠體增加粒子周 圍水相的粘度，而達到保護粒子的功能，使反應能持續進行。所使用的保護膠體為聚乙 烯醇(PVA)、纖維素等。2)鏈轉移劑乳液的分子量雖可以通過調整引發劑的用量來控制，但是一般大多數都用鏈轉 移劑來控制，此類化合物可中止成長中的聚合物鏈，且本身將變為具有活性的自由基。 通常所使用的鏈轉移劑為硫醇類，如正十二烷基硫醇(n-dodecyl mercaptan)或叔十二 烷基硫醇(t-dodecyl mercaptan)等。反應中，鏈轉移劑的添加量約為單體總量的0.25% 0.75%。上述乳液聚合所得乳液，再配合下列原料加工成底膠層及熱發泡層水性交聯劑本發明所使用的水性交聯劑，包括水性異氰酸酯系化合物、水性環氧系化合 物、胺系化合物、金屬螯合系化合物及吖啶(aziridine)系化合物等商業化產品，其中以 水性異氰酸酯系化合物為最理想交聯劑，但不限於下述商品。所述異氰酸酯系化合物為選自甲苯二異氰酸酯、氯苯二異氰酸酯、六甲撐二異 氰酸酯、四甲撐二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、苯二甲基二異氰酸酯、二苯基甲烷 二異氰酸酯、加氫二苯基甲烷二異氰酸酯等的異氰酸酯單體，或選自將此等異氰酸酯單 體與三羥甲基丙烷等進行加成反應所成的異氰酸酯化合物，如CL(南亞塑料工業(股) 制)或三聚異氰酸酯化物、縮二脲(biuret)型化合物。或者，選自已知聚醚多元醇或聚 酯多元醇、丙烯酸多元醇、聚丁二烯多元醇、聚異戊二烯多元醇等附加反應胺酯預聚物 型的異氰酸酯及三聚氰胺(Melamine)樹脂等。所述交聯劑的添加量，相對於100重量份「底膠壓克力乳液」或「熱發泡壓敏 粘合劑」的壓克力乳液，通常為0.1至20重量份，優選為0.5至6重量份，特優選為1至 5重量份。發泡劑本發明使用的發泡劑，是一種熱膨脹微球(或稱微膠囊)發泡劑，是由熱塑性樹 脂包覆液化碳氫化合物(膨脹劑)所組成的具有核殼結構的超細球狀塑料粉末，其粒徑約 為6 50微米。加熱後，熱膨脹微球發泡劑的體積，可迅速膨脹增大幾十倍，達到發泡 的效果。發泡劑的種類，涵蓋發泡膨脹溫度50-200°C的熱膨脹微球發泡劑，可視實際加 工溫度及需求，選擇合適的熱膨脹微球發泡劑。所述發泡劑的添加量，相對於100重量份「熱發泡壓敏粘合劑」的壓克力乳 液，通常為0.1至30重量份，較佳為0.5至20重量份，更佳為1至15重量份。然而， 也有超過50重量份者，可視情況調整。
增稠劑本發明除了 「底膠壓克力乳液」或「熱發泡壓敏粘合劑」的壓克力乳液外，於 塗布加工時，尚須添加增稠劑以調整粘度。—般常使用的增稠劑如下表所列
權利要求
1.一種水性熱發泡粘合膠板，包括作為底層的基材層、塗布在該基材層上的底膠 層，塗布在該底膠層上的熱發泡膠層，其特徵在於，該底膠層為由具有反應性官能團的 乙烯類乳化劑與壓克力單體，進行乳液聚合而成的水性壓克力乳液，再添加水性交聯劑 及偶聯劑經乾燥後製得；該熱發泡膠層為含有發泡劑，且加熱後會膨脹的壓敏粘合劑， 由具有反應性官能團的乙烯類乳化劑與壓克力單體，進行乳液聚合而成的水性壓克力乳 液，再與發泡劑、水性交聯劑調配製得。
2.如權利要求1所述的水性熱發泡粘合膠板，其中，用於製成該底膠層的水性壓克力 乳液，以下列主要成分進行乳液聚合而成a)75 92wt%含烷基的壓克力單體；b)2 10wt%%含羥基的壓克力單體；c)1 5wt% %含羧基的壓克力單體及；及d)5 10*1%%具有反應性官能團的乳化劑。
3.如權利要求1所述的水性熱發泡粘合膠板，其中，用於製成熱發泡膠層的水性壓克 力乳液，以下列主要成分進行乳液聚合而成a)83 95wt% %含烷基的壓克力單體；b)3 6wt% %含羥基的壓克力單體；c)0.3 羧基的壓克力單體；及d)l 具反應性官能團的乳化劑。
4.如權利要求2或3所述的水性熱發泡粘合膠板，其中，所述含烷基的壓克力單體選 自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸正 丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸異辛酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十八酯、(甲基)丙烯 酸環己酯、(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯及(甲基)丙烯酸乙氧基甲酯中的一種單獨使用或 兩種以上混合併用。
5.如權利要求2或3所述的水性熱發泡粘合膠板，其中，所述含羥基的壓克力單體選 自(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸4-羥基丁酯、丙烯酸氯2-羥基丙酯、 二乙二醇單(甲基)丙烯酸酯及烯丙醇中的一種單獨使用或兩種以上混合併用。
6.如權利要求2或3所述的水性熱發泡粘合膠板，其中，所述含羧基的壓克力單體選 自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丁烯酸、馬來酸、富馬酸及馬來酸酐中的一種單獨使 用或兩種以上混合併用。
7.如權利要求2或3所述的水性熱發泡粘合膠板，其中，所述具有反應性官能團的乳 化劑包含反應型陰離子乳化劑與非離子反應型乳化劑中的一種單獨使用或兩種以上混合 使用。
8.如權利要求1所述的水性熱發泡粘合膠板，其特性以動態機械分析儀分析，其分析 曲線25°C的E'值需在3.0X IO6達因/cm2以上，105°C的E'值需在1.0X IO6達因/cm2 以上。
9.如權利要求1所述的環保水性熱發泡膠板，其中，所述發泡劑的平均粒徑為5至50 微米，其熱發泡溫度為50°C 250°C ；其中，所述水性交聯劑選自水性異氰酸酯系化合 物、水性環氧系化合物、胺系化合物、金屬螯合系化合物及吖啶系化合物中的一種，優選為水性異氰酸酯系化合物及三聚氰胺樹脂。
10.如權利要求1所述的水性熱發泡粘合膠板，其中，該熱發泡膠層的表面貼合聚酯離型膜層。
全文摘要
一種環保型水性熱發泡粘合膠板，不含溶劑型樹脂，其結構至少包括作為底層的基材層、塗布在該基材層上的底膠層及塗布在該底膠層上的熱發泡膠層，該熱發泡膠層為經過反應型乳化劑改性的水性壓克力乳液調配加熱後會膨脹的發泡劑而成的壓敏粘合劑，具有良好粘合特性；在電子或塑料組件加工過程中，該水性熱發泡粘合膠板適用於供待加工的電子或塑料組件暫時貼合以進行加工，加工完畢欲回收組件時，只需在固定溫度下加熱一定時間，加工組件即與水性熱發泡粘合膠板分離，具有減少VOC排放量的環保功效。
文檔編號B32B27/08GK102019737SQ201010299
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者馮殿潤, 吳鴻勳, 莊惠鈞, 徐森煌 申請人:南亞塑膠工業股份有限公司