雙面壓敏膠帶實現可移除性能的幾種途徑

劉 波

（3M中國有限公司，上海 200233）

雙面壓敏膠帶實現可移除性能的幾種途徑

劉 波

（3M中國有限公司，上海 200233）

針對用戶在雙面壓敏膠帶產品使用中對于可清潔移除無殘膠的要求，描述了膠帶移除時可能產生的幾種情況，綜述了當前壓敏膠帶制造行業內研發較為成熟的幾類具有可移除性雙面壓敏膠帶產品以及各自的特點和使用方法，為今后有此類需求的用戶在產品選擇時提供了參考依據。

壓敏膠帶；可移除；無殘膠

Abstract:In allusion to user’s requests of clean removability and residue-free of double-sided pressure sensitive adhesive tape,the possible occurred failure modes during tape removing were described,then a few popular removable tape products in current PSA tape industry with features and application methods were introduced,which could be used as references for users with similar requests.

Key words:PSA tape;removable;residue-free

前 言

壓敏膠，俗稱不干膠，由于其獨特的黏彈性體結構，只要對其施加一定的壓力，就能立即達到粘接物體的目的，相比于傳統膠黏劑產品，極大地簡化了使用方法，因此得到了迅速的發展。根據壓敏膠制品的結構、性能以及用途等，可以將其從不同角度進行分類。雙面壓敏膠帶就是按照壓敏膠制品的結構劃分出的一大類產品，由于其正反兩面都具有壓敏膠的粘接特性，可以將不同物件直接粘合在一起，在工業生產、日常生活、建筑裝潢、交通運輸等諸多領域被廣泛應用。在雙面壓敏膠帶產品系列中，我們又以用戶是否有將其從被粘物表面清潔移除需求來細分，可將其分為永久粘接型（permanent）和可清潔移除型(removable)[1]。

區別于單面壓敏膠制品中的表面保護膜或噴涂遮蔽膠帶等，往往對壓敏膠移除后的被粘物表面受污染程度格外關注，但對使用過程中壓敏膠制品對物件的粘接強度要求并不高，只要在施工或運輸途中不脫落即可。然而用戶在選擇使用可移除型雙面壓敏膠帶時，總是希望將兩個物件在一定時間內能夠相互牢固粘接，直至需要分離時才對粘接界面的殘膠狀況提出要求。這看似矛盾的一組需求在許多應用場合具有現實意義，如產品組裝時由于質量問題造成的重工需要、產品加工時制程需要的臨時固定、產品維修或回收再利用時的可拆卸需要等，用戶對雙面壓敏膠帶的粘接性能和可清潔移除性能都提出了較高的要求，這為壓敏膠帶制造商出了一道難解之題。

市面上普通的雙面壓敏膠帶大多屬于永久粘接型，此類產品的用戶在面臨膠帶移除需求時往往采用暴力強拆的方式，再用清潔劑或其他工具去除表面殘膠，這樣時常容易損壞被粘物本體結構，表面殘膠清潔也非常困難，費時費力且效果不好。目前，關于永久粘接型雙面壓敏膠帶的研究和介紹已有很多報道，但對于可移除型壓敏膠帶的介紹卻少有報道。本文簡要介紹了壓敏膠帶制造業內研發較為成熟的幾種具有可清潔移除性雙面壓敏膠帶及其特點，為有此類需求的用戶在產品選擇時提供了參考依據。

1 膠帶移除后的界面狀況

當使用雙面壓敏膠帶粘接的物體相互分離時，根據分離界面的狀況，大多出現以下幾種模式[2]：

(a)膠層內聚破壞

被粘物表面均完整地覆有殘膠，觸摸有粘手感覺。表明分離界面發生在壓敏膠層內部，受外力導致膠層發生內聚破壞。

(b)界面粘合破壞

一種情況是壓敏膠帶完整的殘留在一方的被粘物表面，觸摸有粘手感覺，而另一方被粘物表面完整，沒有任何肉眼可觀察到的殘膠，觸摸也無粘手感覺。另一種情況是雙方被粘物件表面都能實現與壓敏膠帶的清潔分離，無殘膠。對于有膠帶清潔移除需要的用戶來說，界面粘合破壞的分離模式是最理想和滿意的。

(c)粘基破壞

這類破壞模式僅針對有基材的雙面壓敏膠帶。壓敏膠帶的一側膠層與中間基材完整的脫離，一方被粘物表面有完整的膠層殘留，觸摸有粘手感，而膠帶的基材與另一側膠層都完整的殘留在另一方被粘物表面。

(d)被粘物內聚破壞

對于使用雙面壓敏膠帶實現永久粘接的應用，這是最理想的效果，表明壓敏膠帶與被粘物的粘接非常牢固，受到外力時即使造成被粘物表層結構與本體發生內聚破壞分離，也未導致粘接界面和膠層內部的破壞。用戶需要更加關注被粘物表層與內部自身的結構強度。

筆者之所以先要求學生自己判斷贈絹者為誰，是筆者認為教師應該在教學過程中創造機會讓學生“丟臉”，迫使他們在此過程中盡可能地將自己的錯誤和各種問題暴露出來。畢竟，有時候“沒有錯誤、沒有問題”才是最大的錯誤和問題，因為這時候沒有發現錯誤和問題并不等于它們不存在，而說明我們沒能將它們從被掩蓋的地方及時發現。日后一旦機緣巧合讓這些錯誤和問題忽然爆發出來，其后果往往比平時就已經暴露還要嚴重。

(e)混合破壞

被粘物相互分離時，往往出現以上幾種破壞模式共存的現象，產生這種情況的原因較為復雜，壓敏膠帶，被粘物及粘接方法等都有影響，不作過多分析描述。

2 幾類可移除性壓敏膠帶產品

（1）高性能無紡布基材的雙面壓敏膠帶

選取質地柔軟但具有高抗拉伸強度的無紡布作為基材，涂覆以綜合性能優良的丙烯酸體系壓敏膠制成的雙面膠帶具有良好的可剝離性。由于無紡布的纖維網絡狀結構，在橫向和縱向都具有優異的抗拉伸強度，同時實現壓敏膠與基材的充分浸潤，建立牢固的粘基力強度。另外通過配方調節控制壓敏膠的黏彈性平衡，以確保具有高內聚強度和良好的粘接強度。以3M公司市售的某款此類產品為例，測試結果表明膠帶在常見金屬材料和工程塑料上的剝離力強度可達10N/cm左右，室溫下靜態剪切強度在10000min以上，具有良好的粘接綜合性能。在膠帶移除剝離的過程中，沒有發生拉伸斷裂，也沒有發生膠層的內聚破壞和粘基破壞，具有可清潔移除的特性。

這種性能優異的無紡布雙面膠帶可用于電子電器產品以及辦公設備的零部件組裝，既能保證牢固的粘接強度，又便于日后的維修拆卸。對于大部分被粘材料，膠帶可以實現清潔剝離，但對于一些高表面能的極性材料如PVC、PC等，有時仍不可避免出現少許殘膠。此外，由于雙面膠帶的移除是通過剝離的方式進行，更適用于柔性片材對硬質材料的粘接，對于硬質材料與硬質材料的對粘，需要通過其他方法先使壓敏膠帶與一方被粘物表面實現界面分離后，才能再進行膠帶剝離移除作業。

（2）雙面黏性差異化壓敏膠帶

通過在膠帶基材的兩面涂覆黏性不同的壓敏膠，使膠帶的正反面具有不同的黏接力。使用時只要將膠帶的弱黏面貼附在將來有清潔移除需要的物件表面，而另一面的壓敏膠具有強黏性，可對被粘物件表面實現永久粘接。當前，市面上各大膠帶廠商推出的這類差異化膠帶多為聚酯薄膜基材的雙面壓敏膠帶。考慮到被粘物件的表面性質各有不同，為避免膠帶移除時產生殘膠，弱黏面的壓敏膠黏性也細分為中黏性、低黏性，以滿足不同材料不同情況使用。

由于該類膠帶的清潔移除功能是通過犧牲壓敏膠部分黏性來實現，故常用于對粘接強度要求不高的應用，或輔以其它固定手段確保強度。此外，黏性差異化雙面膠帶只能實現單方面的清潔無殘膠，而另一側被黏物表面的壓敏膠清除依然困難。

（3）可拉伸移除的雙面壓敏膠帶

壓敏膠帶的基材為特殊的高分子聚烯烴材質，雙面涂覆壓敏膠[3]。粘接方法和要求與普通的雙面壓敏膠帶無區別，施加壓力即可實現粘接強度的建立。當需要對膠帶移除時，只要握住膠帶的一端保持與粘接界面水平并沿長度方向用力拉伸，膠帶會發生嚴重屈服變形，伸長率可達400%以上，但由于基材的斷裂強度較高，可確保在拉伸過程中不會發生斷裂，使膠帶能順利地從被粘物界面間抽出移除。利用這個技術，3M公司多年前就在民用市場推出了可重復利用的無痕廚衛掛鉤背膠。隨后在工業市場，3M公司又推出相關產品系列，為產品組裝行業提供了創新的可重工粘接解決方案。

可拉伸移除膠帶的優勢在于可以實現雙面的清潔移除，對于移除工藝也無需額外的專用設備。此外，只要壓敏膠成分結構穩定，既可用于臨時粘接應用，也可以用于永久粘接長期使用。為了達到良好的移除效果，這類產品在使用過程中也有一些注意事項。由于壓敏膠帶的移除性是通過外力拉伸實現的，在粘接過程時，最好需要預留一小段膠帶外露于粘接面作為拉手便于移除時夾持施力。另外因為膠帶移除時的拉伸方向對于能否順利實現清潔移除至關重要，對于結構復雜的被粘物件，需要確認是否有足夠的空間實施膠帶的移除作業。

（4）熱敏可移除壓敏膠帶

在壓敏膠中摻入有熱膨脹性的微珠，其膠帶產品在加熱條件下具有可移除性能[4]。在正常使用溫度范圍內，膠帶具有普通壓敏膠的特性。當需要移除膠帶分離被粘物時，只要對膠帶升溫至80℃以上，壓敏膠層中的微珠開始發生體積劇烈膨脹7～10倍，直至在粘接界面形成凸起部分，迫使壓敏膠層與被粘物表面接觸面積驟減，實現清潔移除。除此之外，也有技術專利報道通過在壓敏膠層中加入無機或有機發泡劑如碳酸氫銨，三氯氟化甲烷等，也可使膠帶具有可移除性[5]。

還有一種利用溫度因素來控制壓敏膠可移除性的途徑是通過在壓敏膠主體大分子鏈上接枝可結晶的側鏈聚合物來實現。Schmitt等人在普通壓敏膠中引入側鏈結晶聚合物制成的加熱型壓敏膠，在其熔點溫度以下具有很好的粘接強度，與普通壓敏膠無異，而當溫度超過熔點后，側鏈結晶聚合物熔融呈無定形狀，使其膠帶的剝離力降低90%，可以與被粘物輕易分離[6]。

由此可見，無論利用何種原理，這類壓敏膠產品的移除功能必須通過對膠層的加熱來實現。考慮到被粘物件的耐熱性能，使用時要注意壓敏膠帶的加熱剝離溫度是否會對被粘物造成影響。另外，如果在粘接使用過程中意外達到可剝離溫度，則會導致壓敏膠帶粘接提前失效，故熱剝離性壓敏膠帶通常用于短期臨時粘接用途，如半導體，電子元件加工及醫療用品行業等[7]。考慮到此類膠帶對溫度的敏感性，其存儲和運輸條件也有別與普通的壓敏膠帶，需要對溫度進行嚴格管控，增加了額外的成本。

（5）UV光敏可移除壓敏膠帶

通過在壓敏膠體系中部分加入含有不飽和官能鍵經輻射可交聯的低聚物及可共聚的多官能基單體，可使壓敏膠的粘接性能在UV光照前后發生顯著變化，實現清潔剝離的功能[8]。該項技術最初被應用于半導體切割行業中對晶圓片材的固定。在UV光照前，壓敏膠具有良好的初黏性和粘接強度，晶圓片用膠帶固定在基臺上后進行切割或研磨工藝作業。作業完畢后，用UV光以一定強度對粘接面進行短時間的輻照，壓敏膠體系內的活性官能團發生進一步交聯反應直至交聯過度，致使壓敏膠層失去黏彈態特征，粘接性大大降低，實現膠帶與晶圓片的清潔分離[9]。此外，壓敏膠層經UV輻照還會發生一定程度的體積收縮，使膠層與被粘物的接觸面積縮小，也有助于粘接界面的分離。這一獨特的粘接移除性能，同樣可以被應用于其他行業，具有廣闊的前景，各大壓敏膠制品公司也都紛紛推出相關產品。例如3M公司研發中的某款UV可移除壓敏膠帶，在UV光照前在不銹鋼板上的剝離力有14N/cm，而光照后可迅速下降至0.4N/cm，只需輕輕抖動，即可實現膠帶與被粘物件的清潔分離。

由于光敏可移除膠帶需要利用UV光照降低黏性實現粘接界面分離，這就要求至少一方被粘物具有透明度，利于UV光線穿透，如玻璃，PC、PMMA等材料，這在一定程度局限了此類產品的應用。另外，由于該類產品的壓敏膠體系中存在不穩定的化學鍵結構，不適用于長期永久粘接，同前述的熱敏型可剝離膠帶類似，更適用于加工過程中的短期粘接。由于陽光或生活生產照明光線中都或多或少含有紫外光線，該類產品在使用前要求必須避光包裝保存以防提前失效。

3 結 語

伴隨工業化生產的不斷發展和日常生活水平的提高，有關雙面壓敏膠帶清潔可移除性的需求日益增多，有望在許多領域取代傳統的連接或固定方式，具有廣闊的應用市場。當前國內外眾多生產廠家和科研機構都將此領域作為重點研究方向大力發展，但真正已具備產業化能力并被市場所認可的技術和產品依然掌握在少數幾大膠帶生產巨頭手中，水平差距相當明顯。

另一方面，雖然可移除性雙面壓敏膠帶的實現方式有多種途徑，但或多或少都存在一些短板，應用領域受到局限。我們相信隨著新材料和新工藝的技術發展，不斷會有性能更出色，使用更便捷的可移除性雙面壓敏膠帶面向市場。

［1］何敏,張秋禹.壓敏膠(帶)的可剝離性能地研究進展［J］.中國膠粘劑,2008(17):44.

［2］楊玉昆,呂鳳亭.壓敏膠制品技術手冊［M］.北京：化學工業出版社,2004:51.

［3］RAIF KORPMAN.Pressure-sensitive adhesive tape having extensible and elastic backing composed of a block copolymer:US4024312［P］.1977-05-17.

［4］MURATA AKIHISA,OSHIMA TOSHIYUKI,ARIMITSU YUKIO,et al,Heat-peelable pressure sensitive adhesive sheet：US，7718257［P］.2010-05-18.

［5］ARIMITSU YUKIO,MURATA AKIHISA,KISHIMOTO TOMOKO.Heat-peelablepressuresensitiveadhesivesheetandmethod for processing adherend using the heat-peelable pressure-sensitive adhesive sheet.US,7811647［P］.2010-10-12.

［6］CLARKE R,LARSON A,SCHMITT E E,et al.Temperature switchable pressure sensitive adhesives［J］.Adhesives Age,1993(9):39～41.

［7］楊斌,趙彩霞.具有溫度開關特性的側鏈結晶聚合物及其應用［J］.高分子通報,2008(5):69.

［8］KARUNASENA ALAHAPPERUMA,STEVNE S KANTNER.Clear adhesive sheet：US,6472065［P］,2002-10-29.

［9］王興嘉,石訓嘉.用于制作半導體晶圓的感壓膠帶：CN,1264161［P］.2000-08-23.

Several Removing Approaches of Double-Sided Pressure Sensitive Adhesive Tape

LIU Bo

（3M China Limited,Shanghai 200233,China）

TQ 436.3

A

1001-0017（2012）02-0067-03

2011-09-14

劉波（1981-）男，材料學碩士，現從事工業膠帶、膠黏劑產品技術服務工作。