雙面壓敏膠帶實現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)生的幾種情況，綜述了當(dāng)前壓敏膠帶制造行業(yè)內(nèi)研發(fā)較為成熟的幾類具有可移除性雙面壓敏膠帶產(chǎn)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(chǎn)品選擇時提供了參考依據(jù)。

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(jié)構(gòu)，只要對其施加一定的壓力，就能立即達(dá)到粘接物體的目的，相比于傳統(tǒng)膠黏劑產(chǎn)品，極大地簡化了使用方法，因此得到了迅速的發(fā)展。根據(jù)壓敏膠制品的結(jié)構(gòu)、性能以及用途等，可以將其從不同角度進(jìn)行分類。雙面壓敏膠帶就是按照壓敏膠制品的結(jié)構(gòu)劃分出的一大類產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)、日常生活、建筑裝潢、交通運輸?shù)戎T多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。在雙面壓敏膠帶產(chǎn)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(xì)分，可將其分為永久粘接型（permanent）和可清潔移除型(removable)[1]。

區(qū)別于單面壓敏膠制品中的表面保護(hù)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(guān)注，但對使用過程中壓敏膠制品對物件的粘接強(qiáng)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(nèi)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(yīng)用場合具有現(xiàn)實意義，如產(chǎn)品組裝時由于質(zhì)量問題造成的重工需要、產(chǎn)品加工時制程需要的臨時固定、產(chǎn)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(chǎn)品的用戶在面臨膠帶移除需求時往往采用暴力強(qiáng)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(jié)構(gòu)，表面殘膠清潔也非常困難，費時費力且效果不好。目前，關(guān)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(yè)內(nèi)研發(fā)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(chǎn)品選擇時提供了參考依據(jù)。

1 膠帶移除后的界面狀況

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

(a)膠層內(nèi)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(fā)生在壓敏膠層內(nèi)部，受外力導(dǎo)致膠層發(fā)生內(nèi)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(xiàn)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(cè)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(cè)膠層都完整的殘留在另一方被粘物表面。

(d)被粘物內(nèi)聚破壞

對于使用雙面壓敏膠帶實現(xiàn)永久粘接的應(yīng)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(jié)構(gòu)與本體發(fā)生內(nèi)聚破壞分離，也未導(dǎo)致粘接界面和膠層內(nèi)部的破壞。用戶需要更加關(guān)注被粘物表層與內(nèi)部自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

筆者之所以先要求學(xué)生自己判斷贈絹者為誰，是筆者認(rèn)為教師應(yīng)該在教學(xué)過程中創(chuàng)造機(jī)會讓學(xué)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)。日后一旦機(jī)緣巧合讓這些錯誤和問題忽然爆發(fā)出來，其后果往往比平時就已經(jīng)暴露還要嚴(yán)重。

(e)混合破壞

被粘物相互分離時，往往出現(xiàn)以上幾種破壞模式共存的現(xiàn)象，產(chǎn)生這種情況的原因較為復(fù)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(chǎn)品

（1）高性能無紡布基材的雙面壓敏膠帶

選取質(zhì)地柔軟但具有高抗拉伸強(qiáng)度的無紡布作為基材，涂覆以綜合性能優(yōu)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(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，在橫向和縱向都具有優(yōu)異的抗拉伸強(qiáng)度，同時實現(xiàn)壓敏膠與基材的充分浸潤，建立牢固的粘基力強(qiáng)度。另外通過配方調(diào)節(jié)控制壓敏膠的黏彈性平衡，以確保具有高內(nèi)聚強(qiáng)度和良好的粘接強(qiáng)度。以3M公司市售的某款此類產(chǎn)品為例，測試結(jié)果表明膠帶在常見金屬材料和工程塑料上的剝離力強(qiáng)度可達(dá)10N/cm左右，室溫下靜態(tài)剪切強(qiáng)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(fā)生拉伸斷裂，也沒有發(fā)生膠層的內(nèi)聚破壞和粘基破壞，具有可清潔移除的特性。

這種性能優(yōu)異的無紡布雙面膠帶可用于電子電器產(chǎn)品以及辦公設(shè)備的零部件組裝，既能保證牢固的粘接強(qiáng)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(xiàn)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(xiàn)少許殘膠。此外，由于雙面膠帶的移除是通過剝離的方式進(jìn)行，更適用于柔性片材對硬質(zhì)材料的粘接，對于硬質(zhì)材料與硬質(zhì)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(xiàn)界面分離后，才能再進(jìn)行膠帶剝離移除作業(yè)。

（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(qiáng)黏性，可對被粘物件表面實現(xiàn)永久粘接。當(dāng)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(zhì)各有不同，為避免膠帶移除時產(chǎn)生殘膠，弱黏面的壓敏膠黏性也細(xì)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(xiàn)，故常用于對粘接強(qiáng)度要求不高的應(yīng)用，或輔以其它固定手段確保強(qiáng)度。此外，黏性差異化雙面膠帶只能實現(xiàn)單方面的清潔無殘膠，而另一側(cè)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(zhì)，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(qū)別，施加壓力即可實現(xiàn)粘接強(qiáng)度的建立。當(dāng)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(fā)生嚴(yán)重屈服變形，伸長率可達(dá)400%以上，但由于基材的斷裂強(qiáng)度較高，可確保在拉伸過程中不會發(fā)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(shù)，3M公司多年前就在民用市場推出了可重復(fù)利用的無痕廚衛(wèi)掛鉤背膠。隨后在工業(yè)市場，3M公司又推出相關(guān)產(chǎn)品系列，為產(chǎn)品組裝行業(yè)提供了創(chuàng)新的可重工粘接解決方案。

可拉伸移除膠帶的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)雙面的清潔移除，對于移除工藝也無需額外的專用設(shè)備。此外，只要壓敏膠成分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，既可用于臨時粘接應(yīng)用，也可以用于永久粘接長期使用。為了達(dá)到良好的移除效果，這類產(chǎn)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(xiàn)的，在粘接過程時，最好需要預(yù)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?qū)τ谀芊耥樌麑崿F(xiàn)清潔移除至關(guān)重要，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的被粘物件，需要確認(rèn)是否有足夠的空間實施膠帶的移除作業(yè)。

（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(chǎn)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(nèi)，膠帶具有普通壓敏膠的特性。當(dāng)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(fā)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(xiàn)清潔移除。除此之外，也有技術(shù)專利報道通過在壓敏膠層中加入無機(jī)或有機(jī)發(fā)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(jié)晶的側(cè)鏈聚合物來實現(xiàn)。Schmitt等人在普通壓敏膠中引入側(cè)鏈結(jié)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(qiáng)度，與普通壓敏膠無異，而當(dāng)溫度超過熔點后，側(cè)鏈結(jié)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(chǎn)品的移除功能必須通過對膠層的加熱來實現(xiàn)。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(dá)到可剝離溫度，則會導(dǎo)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(dǎo)體，電子元件加工及醫(yī)療用品行業(yè)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(jìn)行嚴(yán)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(jīng)輻射可交聯(lián)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(fā)生顯著變化，實現(xiàn)清潔剝離的功能[8]。該項技術(shù)最初被應(yīng)用于半導(dǎo)體切割行業(yè)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(qiáng)度，晶圓片用膠帶固定在基臺上后進(jìn)行切割或研磨工藝作業(yè)。作業(yè)完畢后，用UV光以一定強(qiáng)度對粘接面進(jìn)行短時間的輻照，壓敏膠體系內(nèi)的活性官能團(tuán)發(fā)生進(jìn)一步交聯(lián)反應(yīng)直至交聯(lián)過度，致使壓敏膠層失去黏彈態(tài)特征，粘接性大大降低，實現(xiàn)膠帶與晶圓片的清潔分離[9]。此外，壓敏膠層經(jīng)UV輻照還會發(fā)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(yīng)用于其他行業(yè)，具有廣闊的前景，各大壓敏膠制品公司也都紛紛推出相關(guān)產(chǎn)品。例如3M公司研發(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)品的應(yīng)用。另外，由于該類產(chǎn)品的壓敏膠體系中存在不穩(wěn)定的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)，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(chǎn)照明光線中都或多或少含有紫外光線，該類產(chǎn)品在使用前要求必須避光包裝保存以防提前失效。

3 結(jié) 語

伴隨工業(yè)化生產(chǎn)的不斷發(fā)展和日常生活水平的提高，有關(guān)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(lǐng)域取代傳統(tǒng)的連接或固定方式，具有廣闊的應(yīng)用市場。當(dāng)前國內(nèi)外眾多生產(chǎn)廠家和科研機(jī)構(gòu)都將此領(lǐng)域作為重點研究方向大力發(fā)展，但真正已具備產(chǎn)業(yè)化能力并被市場所認(rèn)可的技術(shù)和產(chǎn)品依然掌握在少數(shù)幾大膠帶生產(chǎn)巨頭手中，水平差距相當(dāng)明顯。

另一方面，雖然可移除性雙面壓敏膠帶的實現(xiàn)方式有多種途徑，但或多或少都存在一些短板，應(yīng)用領(lǐng)域受到局限。我們相信隨著新材料和新工藝的技術(shù)發(fā)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(jìn)展［J］.中國膠粘劑,2008(17):44.

［2］楊玉昆,呂鳳亭.壓敏膠制品技術(shù)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)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(guān)特性的側(cè)鏈結(jié)晶聚合物及其應(yīng)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(xùn)嘉.用于制作半導(dǎo)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(xué)碩士，現(xiàn)從事工業(yè)膠帶、膠黏劑產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)工作。