專利名稱：膠帶用的非鹵素薄膜及其制備的制作方法
技術領域：
本發明關于一種膠帶用的非鹵素薄膜及其制備，該薄膜為可回收再利用，且不含鹵素的環保材料；在使用的特性上，如彈性、包覆手感、拉伸強度、容易撕斷且斷面整齊、延伸后具有回縮的緊密包覆性...等，與聚氯乙烯(PVC)薄膜特性相近，可取代PVC在包裝及電氣絕緣膠帶用的薄膜。
背景技術：
由于聚氯乙烯(PVC)具有非常良好的加工性及物性，因此大部分傳統電氣絕緣膠帶及許多包裝用膠帶的背膜，皆使用軟質聚氯乙烯(SPVC)，但因PVC本身含鹵素，且軟質聚氯乙烯需添加可塑劑(如鄰苯二甲酸鹽類)及含重金屬的安定劑，當PVC使用完后進行垃圾掩埋時會有塑化劑及重金屬污染的環境問題，垃圾焚化時也會產生“戴奧辛”等問題，因此在廢棄后的處理造成很大的困擾。
除了PVC之外，PE(聚乙烯)及EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)也常被用來做絕緣膠帶用的薄膜，但這些材質基本上耐熱性及強度都不如PP(聚丙烯)。
PP被用來做絕緣膠帶的薄膜，如日本專利特開昭58-071975及歐洲專利EP1463785，都使用PP及聚苯乙烯彈性體。基本上，SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯崁段共聚物)耐熱較差，在加工時有容易裂解的問題；SEBS(Styrene Ethylbutylene Styrene block copolymer苯乙烯-乙基丁烯-苯乙烯崁段共聚物)成本遠高于其它塑料原料；而且PP和聚苯乙烯彈性體在膠布機加工時也有兼容性較差的問題，需以高剪切的混練設備才能達到較佳的分散效果。在膠帶應用上50％抗拉模數強度(50％Tensile Modulus)尤其重要，使用PP及聚苯乙烯彈性體，無法達到與PVC相當的50％抗拉模數強度。
發明內容
本發明的目的是提供一種膠帶用的非鹵素薄膜及其制備，其薄膜特性與PVC薄膜相近，且為不含鹵素的環保材料，可取代傳統PVC膠帶用的薄膜。
本發明的膠帶用的非鹵素薄膜，包括聚丙烯聚合物10～80phr、熱塑性聚烯烴彈性體90～20phr、馬來酸酐接枝的聚烯烴3～20phr、滑劑0.1～5phr、抗氧化劑0.1～5phr、填充劑0～200phr、色料0～15phr、耐燃劑0～20phr。
因為電氣絕緣膠帶在使用上，及膠帶上膠制程均有耐熱的要求；又聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)..等熱塑性聚烯烴(Polyolefin)中，以PP的抗拉強度及耐熱性優于其它；另外，免刀膠帶在使用上強調其易撕性，以PP及其彈性體為材料時，不但易撕且其斷面呈直線狀，不像其它材料會有不易撕狀況或斷面呈歪斜狀況發生；因此本發明的膠帶用薄膜主要采用PP為基材。本發明所采用的聚丙烯聚合物可為聚丙烯單聚合物或聚丙烯共聚合物，其熔融流率(MFR)介于0.4g/10min與25g/10min之間，視薄膜要求的特性及加工性來作選擇。
一般聚丙烯聚合物有非常明顯的降伏點(Yield Point)，在膠帶應用上是一大缺點。而且延伸后無回縮性，無法達到電氣絕緣膠帶包覆斷裂后自動緊縮的特性。本發明為改善聚丙烯聚合物的降伏點及延伸后無回縮性，加入熱塑性聚烯烴彈性體，可有效去除降伏點，并且使其延伸后具有斷裂回縮的緊密包覆性。而且采用熱塑性聚烯烴彈性體與聚丙烯聚合物兼容性非常好，摻混加工容易，而且有良好的抗拉強度。本發明所采用的熱塑性聚烯烴彈性體的密度介于0.85g/cm3到0.90g/cm3，熔融流率(MFR)介于1.0g/10min與30g/10min之間，視薄膜要求的特性及加工性來作選擇。
有些技術為達到類似膠帶用PVC薄膜的優良特性，采用架橋交聯方式，但此技術會造成材料回收不易，回收使用物性變得很差，本發明的膠帶用的非鹵素薄膜，采用馬來酸酐接枝的聚烯烴做改質，可多次重復回收使用，且其物性不會受影響。本發明使用馬來酸酐接枝的聚烯烴，可有效提升50％抗拉模數強度(50％Tensile Modulus)40％以上，明顯高于PP與SEBS摻混的強度，使其拉伸時的強度更像SPVC，如圖1應力-應變曲線圖所示；此種特性在需彈性要求的膠帶上尤其重要。另一項優點，使用馬來酸酐接枝的聚烯烴改質，可增加薄膜的極性，使其較有利于膠帶的上膠制程。另外，相較于PP與SEBS摻混，本發明有較低成本及較易于壓延加工的優勢。本發明所采用的馬來酸酐接枝的聚烯烴的馬來酸酐接枝率(G.MA)介于0.3g/cm3到1.0g/cm3之間，熔融指數(MI)介于20g/10min與120g/10min之間，視薄膜要求的特性及加工性來作選擇。
本發明為避免在加工過程，分子間的相互剪切作用，發生熱量導致混合物的黏度下降甚至聚合物鏈接斷裂，進而黏著設備影響加工成型，以及為避免聚合物對金屬表面的直接黏著與防止成型品間相互粘結作用，需添加適當的滑劑。本發明使用的滑劑，例如聚烯烴蠟、氧化聚乙烯蠟、高級脂肪酸、金屬皂鹽或脂肪酸酰胺；依制程需要選擇一種或多種添加，添加量以不影響加工及薄膜所需的物性為原則。
本發明的膠帶用的非鹵素薄膜添加的抗氧化劑，可為一次抗氧化劑、二次抗氧化劑或復合型抗氧化劑；其中一次抗氧化劑為受阻酚類(hindered phenol)或受阻胺類(hindered amines)，二次抗氧化物為有機磷化合物或有機硫化合物，復合型抗氧化劑為一次抗氧化劑及二次抗氧化劑的組合；可選擇一種或多種添加，添加量以不影響加工及薄膜所需的物性為原則。
本發明的膠帶用的非鹵素薄膜添加的填充劑，例如碳酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋁、黏土(clay)及其它無機添加物，依產品特性要求添加，或不添加，或少量添加，以不影響薄膜所需的物性為原則。
本發明的膠帶用的非鹵素薄膜添加的耐燃劑，為非鹵素的耐燃劑，例如氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅或有機磷化合物，依產品特性要求添加，或不添加，可選擇一種或多種添加，以不影響薄膜所需的物性為原則。
本發明的膠帶用的非鹵素薄膜，因應制品的其它需求，可選擇添加各種功能性添加劑，如色料(例如聚烯烴為載體的色母粒)、紫外線吸收劑、抗菌防霉劑、抗靜電劑、納米粉體等等，使用上以不影響薄膜所需的物性為原則。
本發明的膠帶用的非鹵素薄膜制程如圖2所示。說明如下 (1)將上述的原料依配方秤取后，依序投入捏合/混練裝置中混練成混合物。捏合/混練裝置可使用，萬馬力機、擠壓機、混練機、單螺桿捏合機、雙螺桿捏合機...等等。
(2)將上述的混合物經薄膜產生裝置，操作溫度約在120～200℃之間，熔融制成0.05～0.30mm厚度的薄膜。制膜產生裝置可使用壓延機、押出機等。
(3)將上述薄膜經一組壓花裝置，在薄膜表面形成特殊紋路，以達到產品需求的特性，例如免刀膠帶紋路、霧面紋...等等。
(4)壓紋后的薄膜再經過冷卻、卷取，包裝后即為膠帶用的非鹵素薄膜產品。
本發明的膠帶用的非鹵素薄膜具有下列特點 (1)有良好的抗拉模數強度(Tensile Modulus)及50％抗拉模數強度(50％Tensile Modulus)，可達到PVC薄膜相近的模數強度。
(2)破壞電壓優于PVC。
(3)為不含鹵素的環保材料，且可多次回收再利用。
(4)相較于一般聚烯烴背膜，有較好的上膠性。
(5)兼容性佳，加工容易。所采用的原料兼容性相當好，加工分散容易。
本發明的膠帶用的非鹵素薄膜，可取代傳統PVC電氣絕緣膠帶用薄膜及PVC包裝膠帶用薄膜的應用。
圖1為本發明產品及各種薄膜的應力-應變曲線圖。
(其中的試片配方為 (1)聚氯乙烯DOP 40phr。
(2)聚丙烯/聚烯烴彈性體40/60。
(3)聚丙烯/聚烯烴彈性體/馬來酸酐接枝的聚烯烴40/60/10。
(4)聚丙烯/聚苯乙烯彈性體(SEBS)40/60。) 圖2為本發明制程示意圖。
具體實施例方式 實施例(一) 設計配方如下表1 表1 將原料依表1的配方秤取后，在實驗室，以軋輪機(two roll mil)混練加工，滾輪溫度前輪165℃、后輪160℃，混練時間10分鐘，膠化熟成后，將兩輪間隙調小，使膠料輾壓成所需厚度，最后將薄膜抽出冷卻，制成厚度為0.10mm的膠帶用的非鹵素薄膜產品。
測試(一) 分別測試本發明的實施例(一)與實驗室抽制的PVC膠帶用的薄膜(含可塑劑酜酸二辛酯DOP 42phr，厚度0.1mm)，依據CNS 2064電氣絕緣用PVC膠帶規范測試，結果如下表2所示 表2 由表2比較結果可知，本發明實施例(一)所得膠帶用的非鹵素薄膜，在50％抗拉模數強度與PVC膠帶用薄膜相當；且在抗拉強度、延伸率及破壞電壓上，不只可達到PVC的強度，甚至遠高于PVC膠帶用薄膜與CNS 2064規范的要求。
實施例(二) 設計配方如下表3 表3 于膠布機在線試制，將原料依表3的配方秤取后，依序投入捏合/混練作用的萬馬力機(banbury mixer)中膠化熟成，操做時間90秒，之后將熟成的膠料送至設定溫度為130℃的混練機(軋輪機)中予以均勻混練，之后再將膠料以連續操作的方式喂入操作溫度為150～170℃的壓延機(膠布機)中，經輾壓成厚度為0.085mm的薄膜，再經由壓花輪壓以霧面紋，再以冷卻輪冷卻至室溫，最后由卷取機卷取，得到膠帶用的非鹵素薄膜產品。
測試(二) 分別測試本發明的實施例(二)、與市售PVC電氣絕緣膠帶用的薄膜，依據CNS 2064電氣絕緣用PVC膠帶規范測試，結果如下表4所示 表4 由表4比較結果可知，本發明實施例(二)所得的膠帶用的非鹵素薄膜，除了抗拉強度稍低于PVC膠帶用薄膜；在其它物性方面，延伸率、50％抗拉模數強度、破壞電壓，都遠高于PVC膠帶用薄膜及CNS 2064規范要求。
權利要求
1、一種膠帶用的非鹵素薄膜，其組成包括
聚丙烯聚合物10～80phr；
熱塑性聚烯烴彈性體90～20phr；
馬來酸酐接枝的聚烯烴3～20phr；
滑劑0.1～5phr；
抗氧化劑0.1～5phr；
填充劑 0～200phr；
色料0～15phr；
耐燃劑 0～20phr。
2、如權利要求1所述的膠帶用的非鹵素薄膜，其特征在于其中聚丙烯聚合物可為聚丙烯單聚合物或聚丙烯共聚合物，其熔融流率(MFR)介于0.4g/10min與25g/10min之間。
3、如權利要求1所述的膠帶用的非鹵素薄膜，其特征在于其中熱塑性聚烯烴彈性體的密度介于0.85g/cm3到0.90g/cm3，其熔融流率(MFR)介于1.0g/10min與30g/10min之間。
4、如權利要求1所述的膠帶用的非鹵素薄膜，其特征在于其中馬來酸酐接枝的聚烯烴的馬來酸酐接枝率(GMA)介于0.3g/cm3到1.0g/cm3之間，其熔融指數(MI)介于20g/10min與120g/10min之間。
5、如權利要求1所述的膠帶用的非鹵素薄膜，其特征在于其中滑劑可為聚烯烴蠟、氧化聚乙烯蠟、高級脂肪酸、金屬皂鹽、脂肪酸酰胺或其組合。
6、如權利要求1所述的膠帶用的非鹵素薄膜，其特征在于其中抗氧化劑可為一次抗氧化劑及二次抗氧化劑或復合型抗氧化劑；其中一次抗氧化劑可為受阻酚類(hindered phenol)或受阻胺類(hindered amines)；二次抗氧化物可為有機磷化合物或有機硫化合物；復合型抗氧化劑為一次抗氧化劑及二次抗氧化劑的組合。
7、如權利要求1所述的膠帶用的非鹵素薄膜，其特征在于其中填充劑可為碳酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋁或黏土(clay)。
8、如權利要求1所述的膠帶用的非鹵素薄膜，其特征在于其中色料可為聚烯烴為載體的色母粒。
9、如權利要求1所述的膠帶用的非鹵素薄膜，其特征在于其中耐燃劑為非鹵素的耐燃劑，其可為氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅或有機磷化合物。
10、一種膠帶用的非鹵素薄膜的制法，是將如權利要求1至權利要求9所述的任一項的組成，以壓延加工或押出加工的方式，于加工溫度為120℃～200℃之間，制成0.05mm～0.3mm的薄膜。
全文摘要
本發明提供一種膠帶用的非鹵素薄膜及其制備，該薄膜是由聚丙烯聚合物10～80phr(Parts per Hundred of Resin每百份樹脂所用的份數)、熱塑性聚烯烴彈性體90～20phr、馬來酸酐接枝的聚烯烴3～20phr、滑劑0.1～5phr、抗氧化劑0.1～5phr、填充劑0～200phr、色料0～15phr、耐燃劑0～20phr的配合料所制成。本發明的制備是將配合料經混合/混練裝置，再經薄膜產生裝置，制成0.05～0.30mm厚度的薄膜。該薄膜為可回收再利用且不含鹵素的環保材料，具有與PVC(聚氯乙烯)薄膜相近的特性，可取代傳統PVC膠帶用的薄膜。
文檔編號C08L23/12GK101293977SQ20071010200
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月26日 優先權日2007年4月26日
發明者吳協金, 李育奇, 詹家亮, 陳枝炎 申請人:華夏海灣塑膠股份有限公司