不干膠標簽用有機硅離型劑的應用

郝曉鵬

（浙江冠豪新材料有限公司，浙江平湖314205）

不干膠標簽用有機硅離型劑的應用

郝曉鵬

（浙江冠豪新材料有限公司，浙江平湖314205）

有機硅離型劑又叫做防粘劑，涂布的離型層在不干膠標簽中占總重量的比例很小，但卻直接影響了整個標簽的使用。著重從有機硅離型劑的種類、離型紙加工方法、離型紙生產中出現的缺陷及其標準、生產中需要注意的事項進行歸納和進行分析。

不干膠標簽；有機硅離型劑；涂布技術；網紋輥；離型力；固化效果

不干膠標簽是以紙張、薄膜或特種材料為面料，背面涂有粘合劑，以涂硅保護紙為底紙的一種復合材料（如圖1所示），其中離型層占有的比例很小，相對于總厚度的0.2%，但該層影響了整個標簽的使用。標簽的離型層是由離型劑經過加工涂覆在基材上經加熱或輻射固化下形成交聯結構的硬層而對膠黏劑進行防粘作用，有機硅離型劑在標簽防粘劑中占了主導地位。

1 有機硅離型劑的分類

1.1 按反應機理分類

離型劑按反應機理分為加成型和縮合型兩種。

1.1.1 加成型固化

加成型有機硅隔離劑最早在1975年得到工業化，它的主體聚合物是帶有乙烯基的二甲基聚硅氧烷，在金屬鉑或銠化合物的催化下與含硅氫鍵的交聯劑進行硅氫加成反應而交聯固化[1-2]。

圖1 不干膠標簽結構圖Fig.1 The structure diagram of PSAs-Labels

加成型固化反應機理如下：

加成型的特點：（1）乙烯基聚合物，鉑金催化劑，SiH交聯劑；（2）反應速度快，但需要較高溫度；（3）可以做雙面離型；（4）有溶劑型，無溶劑型，和乳液型；（5）催化劑容易中毒。

1.1.2 縮合型固化

縮合型硅油離型劑在1954年就得到了工業上的應用，至今發展已經很成熟。通常它的活性聚合物是以二甲基二氯烷水解縮合而得的硅醇為端基的二甲基聚硅氧烷組成，交聯劑是分子量較小的含硅氫鍵的有機硅樹脂，以Sn化合物為催化劑催化，經高溫處理產生交聯反應得到熱固性的有機硅隔離涂層。

縮合型固化反應機理如下：

其特點有：（1）OH基團有機硅樹脂，錫催化，SiH交聯劑；（2）過時的產品；（3）固化速度慢，附著力較好；（4）不能做雙面離型；（5）催化劑不易中毒；（6）有溶劑型和乳液型。

1.2 按照硅油離型劑的形態分類

按照離型劑的形態分類，可分為溶劑型硅油、乳液型硅油和無溶劑硅油三類。

1.2.1 溶劑型硅油

溶液型硅油是將硅油主劑、交聯劑、使用期延長劑、剝離力調節劑、催化劑及交聯促進劑溶解在溶劑中的一種硅油形式，常用的溶劑為芳香烴和脂肪烴的混合溶劑。有機硅含量為10%~ 30%，可根據生產需要調節固含量。其特點有：（1）存在環境和安全隱患；（2）工程保險費用高；（3）只有熱固化系統；（4）產生的廢氣多，熱量無法回用；（5）離型力范圍寬；（6）有加成和縮合系統可供選擇；（7）底材需要優異的溶劑鋪展性；（8）可以選擇適當的稀釋溶劑涂布表面能較低的底材；（9）固化溫度要求比較低；（10）涂布技術簡單。

1.2.2 乳液型硅油

有機硅乳液（簡稱硅乳）是一種由水包油型的硅油、水和增稠劑、潤濕劑等組成的乳液，有機硅乳液的反應屬于縮合型反應。乳液型硅油的固含量一般為20%~30%，使用時可通過加水調節固含量[3]。在使用中主要表現為：（1）很難涂布表面能低的底材；（2）只有熱固化系統；（3）熱量不能回用，能耗高；（4）隔離性能不穩定并容易老化、應用范圍窄；（5）固化溫度較高，固化時間較長；（6）涂布非標準紙作為底材的可能唯一選擇；（7）安全方便的使用；（8）涂布技術簡單；（9）環境友好，不會像溶劑型硅油大量消耗有機溶劑和產生廢氣。

1.2.3 無溶劑型

無溶劑型硅油是在1975年以后發展的新型有機硅離型劑，經過幾十年的發展，其技術已經非常成熟，在現在標簽用離型紙中占據主要地位，主要由硅油主劑、交聯劑、催化劑三個組分組成，也有直接將交聯劑加入到主劑中配合成兩組分硅油，在主劑中也加入了防霧化劑、剝離力調節劑等助劑。特點主要表現在：（1）環境友好，使用安全；（2）有光固化和熱固化體系，對溫度敏感的底材也可以涂布；（3）涂布技術復雜；（4）要求底材必須有良好的鋪展性；（5）需要較高的涂布量才能得到完全連續的覆蓋；（6）催化劑易受含微量的硫、氮、磷的物質所污染，造成催化劑中毒；（7）能量效率高，可以達到100%的烘箱空氣循環，能耗低因而總的價格較低；（8）固化時沒有副產品產生；（9）涂布工藝和隔離性能較易控制，因而產品質量較高。

2 標簽用有機硅離型劑的涂布方式

有機硅離型劑的涂布方式主要有：網紋輥涂布、線棒式涂布及五輥式硅油涂布。

2.1 網紋輥涂布

網紋輥涂布又分為直接網紋輥涂布和轉移式網紋輥涂布。

網紋輥涂布是將硅油離型劑通過網紋輥精準計量和轉移到底紙上，經干燥后溶劑蒸發形成硬的硅油層的一種涂布方式，該種涂布器主要由網紋輥和傳送輥組成，網紋輥常采用金屬網紋輥和陶瓷網紋輥[4]。在該種涂布方式中的網紋輥線數、網孔的深度、網孔的形狀及涂料固含量等均對涂布量有很大的影響，調節涂布量時通常需要更換網紋輥，也可調節涂料的固含量進行調節，該涂布方式是溶劑型硅油、乳液型硅油的主要涂布方式。

轉移式網紋輥涂布，可用于涂布黏度較高的無溶劑型離型劑。該種涂布器涂布由網紋輥、橡膠轉移輥和背輥組成，涂布時與直接網紋輥涂布一樣由一條用于計量的網紋輥進行計量，然而該種涂布方式通過中間一條轉移輥將離型劑轉移到底紙上，該種方式相對直接網紋輥涂布對底材表面的作用力小得多，避免了對底材造成損壞。

2.2 棒輥式涂布

棒輥式涂布器是用鋼琴絲纏繞在棒輥上，也稱作繞絲輥或Mayer輥。該種涂布器的涂布控制通過鋼絲之間的縫隙來對涂布量進行計量，鋼絲的粗細決定了涂布量的大小。該種涂布方式可以單獨使用，也可配合其它涂布器一起使用，起到定量和刮平涂布層的作用。

2.3 五輥式硅油涂布

五輥式硅油涂布頭是目前最為先進的硅油涂布設備，具有計量精確，調節靈活，涂布分布均勻，適合高速涂布等特點[5]。結構圖如圖所示[6]，該涂布頭主要由計量輥C、D，傳遞輥B，上料輥A，背輥E五條輥組成，也有在背輥E上再加一條支承輥以增加涂布頭在運行過程中的穩定性，又稱為六輥式硅油涂布頭。五輥式硅油涂布頭主要進行無溶劑硅油涂布，由計量輥C轉移硅油至傳遞輥B，然后轉移至底紙面上。涂布量通過計量輥C、D之間速比調節進行控制。

圖2 五輥式硅油涂布頭結構圖Fig.2 The structure of Five-rolls silicone coater

3 有機硅涂布中的要求

標簽中有機硅離型劑涂布常用的固化方式為熱固化，也有UV固化方式，通常UV固化用于對溫度敏感的基材涂布上，如離型膜涂布[7]。通常在生產時用涂布量、涂布覆蓋性、固化性來評價有機硅離型劑的涂布質量，用剝離性及粘接性能保持率來判斷有機硅離型劑的質量的好壞[8]。

3.1 涂布量

涂布量是涂布標簽離型層的重要指標。通過對涂布量的調節是對生產上標簽的離型力的調控的主要手段，涂布量過小，則導致離型劑在底材上覆蓋不均，從而使面底材粘死或者離型力不穩定導致標簽報廢；涂布量過高會降低離型力使離型力穩定，但增加了能耗同時使成本升高，根據不同的底材選擇合適的涂布量是非常必要的，通常標簽用離型層涂布量根據離型劑形態的不同也不一樣，一般為溶劑型硅油的涂布量為0.30~0.80 g/m2，無溶劑型硅油的涂布量為0.80~1.30 g/m2。常用的涂布量測試方法有重量計算法和采用X-射線熒光譜儀來分析硅酮涂布量。

3.2 涂布覆蓋性

涂布覆蓋性是對涂布質量好壞的直接反饋，覆蓋性不好會導致離型力的不穩定，嚴重時會造成面底材粘死，使標簽報廢。對于紙類底材，在生產上常將紅墨水均勻地擦在離型紙上，如有漏硅、硅油薄料線或區等的覆蓋性缺陷，則會很直觀地顯現出來；在實驗室，經常使用染料染色法進行評估，這是將Shirlastin A，孔雀石綠等染料配成溶液在一定時間中潤濕涂布紙，用擦拭紙吸干表面染料，使之干燥，其覆蓋質量是以眼睛目測做定性評估或以色差儀做定量評估[9]。

3.3 固化性

固化性是評價有機硅防粘劑在基材表面交聯、粘接的程度。在生產上通常用手指挫擦涂在基材上的有機硅離型涂層，觀察有無硅油脫落和消光現象來進行定性分析；在實驗室通常采用萃取法來進行定量分析，有X-射線法和原子吸收光譜法，其中X-射線法是先測定一定面積的涂布好的底材的涂布量，然后放在MIBK溶液中浸泡至少4 h，晾干后再測定該底材的涂硅量，前后進行對比；原子吸收光譜法是將涂好的底材浸泡在MIBK溶液中至少4 h，后測定溶液中的含硅量。影響固化的因素有很多，主要表現在以下幾個方面：配方的合理性；催化劑的加入量；配料順序是否正確；催化劑是否被污染；烘箱溫度；涂布量；環境的溫濕度；配好后浴液放置時間；底材特性等。

3.4 剝離性

一般用剝離力或者離型力表示，測試方法有膠帶法和轉移法。膠帶法是將標準膠帶按規定的條件與防粘紙的有機硅防粘層貼合，測出膠帶剝離所需的力；轉移法是將標準膠黏劑按規定條件涂在防粘紙的有機硅防粘層上，加熱干燥后，將面紙粘合在膠黏層上，按規定的條件壓合后，測剝離面紙所需的力[8]。通常按照使用標準膠帶測得的離型力小于10 g/25 mm，俗稱為輕剝離；10~ 20 g/25 mm，俗稱為中剝離；35~45 g/25 mm，俗稱為重剝離；60~80 g/25 mm，俗稱為重重剝離；大于100 g/25 mm，俗稱為超重剝離。通常情況下，根據產品類型需求來選擇合適的離型力，影響離型力大小的因素主要有：剝離力添加劑的類型及加入量；涂布量及覆蓋性；交聯密度的大小；固化程度的好壞；環境的溫濕度；膠黏劑的類型以及剝離時的角度和速度。

3.5 粘著性保持率

粘著性保持率是評價由于防粘紙上有機硅防粘層向膠黏劑層遷移造成的粘著力降低程度。測試方法是：在有機硅防粘層表面貼合標準膠帶，通常使用Tesa 7475標準膠帶，以6.86 kPa（70 g/cm2）的壓力在標準環境下保持72 h，將標準膠帶剝下，粘合在不銹鋼板上，測試從鋼板上剝離膠帶所需要的力。同時測試未與防粘層粘合過的膠帶貼合在不銹鋼板上的剝離力，二者之比即為粘結性保持率。最好的防粘紙粘結性保持率為100%，一般不應低于80%。

4 生產中注意事項

在有機硅離型劑涂布的過程中，常因一些失誤引起固化不良、涂布不均等問題，因此在生產中要注意以下事項。

4.1 配料

配料對硅油離型涂布有很大的影響，通常要注意：（1）注意配料的順序即按照硅油主劑（主劑+溶劑）、交聯劑（交聯劑+助劑）、催化劑的順序進行配料；（2）注意配料中比例的添加的準確性，尤其是剝離力調節劑、交聯劑和催化劑的量。

4.2 烘箱溫度

烘箱溫度對于生產加工產品的質量好壞起著至關重要的作用，溫度越高，則離型劑固化所需的時間就越短。在烘箱的分段區域，各段烘箱的溫度是不同的，常采用初段溫度低，中間段升溫至最高，末段降低溫度的升溫方式。

4.3 浴液的保存

由于配好的硅油離型劑在常溫情況下也會發生反應，配方的不同也會影響浴液的保存時間，因此浴液應盡快用完，通常情況下配好的浴液要在8 h內用完，另外，浴液應避免在溫度及濕度太高的環境下保存。

4.4 催化劑的保存

鉑金系統是非常敏感的系統，會因為中毒而失去催化效用，進而造成固化不完全，甚至于不固化，下列可能造成白金中毒的物質：（1）含氮（防靜電添加劑、顏料）；（2）含硫（質量不好的汽油）；（3）含錫（有機錫催化劑硅油）；（4）含磷；（5）含砷、硒、碲等。

5 小結

有機硅離型劑及其涂布工藝經過幾十年的發展，已經發展得非常成熟，但生產中出現的問題還需根據具體的反應原理及生產情況而定。

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[9]FINAT，FINAT技術手冊（測試方法）[S].荷蘭海牙：Andrew Jack，2014.

The Application of Silicone Release Agents on PSAs-Labels

HAO Xiao-peng
（Zhejiang Guanhao New Material Co.，Ltd.，Pinghu，Zhejiang 314205，China）

The silicone release agents can also be called Adhesion preventives or anti-sticking agents，The silicone release liner directly affect the use of PSAs-Labels（Pressure Sensitive Adhesives）although the proportion in the total weight is small.This paper emphatically introduced from the following aspects：the category of the release agents，the processing methods of release liner，the standards and defects in the release liner coating processing，the issues need to be attention in the coating processing.

PSAs-Labels;silicone release agents;coating technology;gravure roll;release force; curing-effect

1006-4184（2017）2-0009-05

2016-10-26

郝曉鵬（1987—），男，河南洛陽人，助理工程師，從事不干膠標簽的研發及生產工作。E-mail：haoxiaopeng1987@163.com。