壓敏膠標(biāo)簽防黏紙的發(fā)展與應(yīng)用

張瑞娟 劉金剛 莊金風(fēng)

(1.中國(guó)制漿造紙研究院,北京,100102;2.制漿造紙國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京，100102)

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·壓敏膠標(biāo)簽防黏紙·

壓敏膠標(biāo)簽防黏紙的發(fā)展與應(yīng)用

張瑞娟1,2劉金剛1,2莊金風(fēng)1,2

(1.中國(guó)制漿造紙研究院,北京,100102;2.制漿造紙國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京，100102)

概述了壓敏膠標(biāo)簽常用的防黏紙基材及防黏劑的種類、性能和應(yīng)用現(xiàn)狀,目前防黏紙的涂布工藝,并分析了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

壓敏膠標(biāo)簽；防黏紙；有機(jī)硅防黏劑；涂布技術(shù)

(*E-mail: suixinju1990@163.com)

壓敏膠標(biāo)簽紙是一類紙張?jiān)偌庸ぎa(chǎn)品,也稱為“不干膠標(biāo)簽紙”。壓敏膠標(biāo)簽紙經(jīng)印刷、模切等工序成為壓敏膠標(biāo)簽。隨著社會(huì)的發(fā)展,標(biāo)簽與人們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)系越來(lái)越密切,日常使用的洗滌用品、化妝品、藥品、服裝、家用電器、超市包裹等的條形碼,隨處都可以看到壓敏膠標(biāo)簽紙的身影[1]。防黏紙是壓敏膠標(biāo)簽紙中最重要的組成部分之一,也是成本最高的一部分,起到隔離、保護(hù)壓敏膠的作用。防黏紙的發(fā)展需要始終滿足壓敏膠標(biāo)簽的發(fā)展和應(yīng)用所提出的要求,并隨著壓敏膠標(biāo)簽的前進(jìn)腳步而不斷發(fā)展。

本文從防黏紙的基材、防黏劑、加工技術(shù)3個(gè)方面介紹壓敏膠標(biāo)簽防黏紙的發(fā)展與應(yīng)用。

1 防黏紙的基材

20世紀(jì)80年代初,我國(guó)國(guó)內(nèi)還沒(méi)有防黏紙的專用基材,除進(jìn)口以外多用曬圖原紙等來(lái)代替[2-3]。發(fā)展至今,防黏紙的種類很多,其基材也各不相同。防黏紙基材經(jīng)超低量(一般0.5～1.0 g/m2)的有機(jī)硅涂料涂布成為防黏紙,如此低的涂布量也使得防黏紙的生產(chǎn)對(duì)基材的性能尤其是表面性能提出了較高的要求。防黏紙的基材主要包括預(yù)涂紙和特種紙兩大類。

1.1 預(yù)涂紙

預(yù)涂紙可以分為3種：第一種是在原紙表面上預(yù)涂成膜物質(zhì)(如PVA、CMC),并經(jīng)超級(jí)壓光處理,既適用于溶劑型有機(jī)硅,又適用于乳液型有機(jī)硅。第二種是聚乙烯擠壓涂布紙,即通過(guò)層壓復(fù)合的方法將硫酸鹽漿紙與聚乙烯復(fù)合在一起的復(fù)合紙,這種原紙濕變形小[4],非常適合于溶劑型有機(jī)硅,曾在日本備受青睞。第三種是超級(jí)壓光的陶土涂布紙(C.C.K紙),其原紙類似銅版原紙,適用于溶劑型和乳液型有機(jī)硅,在美國(guó)應(yīng)用較多,而目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的C.C.K紙真正能夠應(yīng)用的卻很少[5]。

1.2 特種紙

羊皮紙和半透明紙是最早用于壓敏膠標(biāo)簽防黏紙的特種紙。它們有著優(yōu)越的平滑性和覆蓋性,但價(jià)格昂貴、撕裂度低、濕變形大,不能達(dá)到壓敏膠所用的轉(zhuǎn)移涂布方式的要求,因而作為防黏紙基材,它們都有很多不足,應(yīng)用也受到了限制。

近些年,國(guó)際上應(yīng)用最多的防黏紙基材是格拉辛紙，在此將其歸為特種紙。

在無(wú)溶劑涂布、印刷高速化和高速貼標(biāo)的推動(dòng)下,格拉辛紙迅速發(fā)展起來(lái),到1991年,國(guó)外對(duì)格拉辛紙的需求量已經(jīng)達(dá)到了全部防黏紙基材需求量的70%以上[6]。格拉辛紙已經(jīng)逐漸成為了防黏紙基材的主流。

格拉辛紙是“glassine”的譯音,又稱半透明玻璃紙,是由格拉辛專用原紙涂布加工后再經(jīng)超級(jí)壓光而成的具有極佳內(nèi)部強(qiáng)度和透明度的特種紙。但與半透明紙不同,格拉辛紙并不需要高黏狀打漿,而是半游離狀打漿后經(jīng)超級(jí)壓光的紙。其緊度一般在1.10 g/cm3以上,平滑度在600 s以上。其撕裂度、濕強(qiáng)度較高,濕變形和表面吸收性較小。專為無(wú)溶劑型有機(jī)硅設(shè)計(jì),亦可適用于溶劑型和乳液型有機(jī)硅。格拉辛紙關(guān)鍵性能要求如下[7- 8]：

(1)紙張需有較好的透明度,以滿足自動(dòng)感光貼標(biāo)生產(chǎn)流水線的需要及客戶對(duì)產(chǎn)品外觀的需求。

(2)紙張表面需有較好的抗油性能(耐油脂和溶劑性能)。在涂布時(shí)就可以消耗較少的硅油,從而節(jié)約成本。

(3) 紙張要有較好的平滑度和光澤度,即要有光亮、平整的外觀,以提高其印刷效果。

(4) 紙張要有較高的緊度,使其獲得更高的耐油脂性能和較低的伸縮率。

表1為我國(guó)市場(chǎng)上進(jìn)口格拉辛紙的性能情況。

表1 我國(guó)市場(chǎng)上進(jìn)口格拉辛紙的性能

1.3 發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)

未來(lái)幾年我國(guó)防黏紙基材的發(fā)展主要在于格拉辛紙的開(kāi)發(fā)。

在國(guó)外,尤其是歐洲,絕大多數(shù)防黏紙的原紙都采用了格拉辛紙。芬歐匯川(UPM,全球最大的標(biāo)簽紙制造商之一,其Jamsankoski和Tervasaari兩家工廠的年生產(chǎn)能力共35萬(wàn)t)、肯特紙業(yè)(Cham Paper,年產(chǎn)25萬(wàn)t)、奧斯龍(Ahlstrom)、美國(guó)的沃索紙業(yè)(Wausau Paper)和斯道拉恩索(Stora Enso)等廠家生產(chǎn)的格拉辛紙都已經(jīng)暢銷全世界。而我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的基材都是以低價(jià)格的聚乙烯擠壓涂布紙為主,而目前應(yīng)用最廣泛的格拉辛紙多數(shù)依賴進(jìn)口。近年來(lái),國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)格拉辛紙的廠家日益增多,從小型加工廠、小機(jī)臺(tái)逐步向大型紙企、大機(jī)臺(tái)規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展。繼民豐特紙(年產(chǎn)約3萬(wàn)t格拉辛紙)之后[9],2014年8月,山東晨鳴紙業(yè)集團(tuán)在武漢生產(chǎn)基地成功投產(chǎn)年產(chǎn)10萬(wàn)t的格拉辛紙項(xiàng)目[10],受到了國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)和用戶的普遍關(guān)注。而且隨著研發(fā)力度的不斷加大,我國(guó)生產(chǎn)的格拉辛紙的質(zhì)量也必將逐漸趕超國(guó)際水平。

2 防黏劑

防黏劑是壓敏膠標(biāo)簽紙生產(chǎn)中的重要原料之一,其功能是降低壓敏膠層對(duì)基材的黏接力。20世紀(jì)50年代末,道康寧公司首次研制出有機(jī)硅防黏劑syloff23[11],之后有機(jī)硅防黏劑迅速發(fā)展起來(lái)并成為了壓敏膠標(biāo)簽紙防黏劑的主流。

根據(jù)交聯(lián)反應(yīng)的不同,有機(jī)硅防黏劑可以分為縮合反應(yīng)型、加成反應(yīng)型和輻射固化(紫外光、電子束)型。根據(jù)產(chǎn)品類型,有機(jī)硅防黏劑可以分為溶劑型有機(jī)硅防黏劑、乳液型有機(jī)硅防黏劑及無(wú)溶劑型有機(jī)硅防黏劑。

2.1 縮合反應(yīng)型有機(jī)硅

縮合交聯(lián)反應(yīng)是最早制得有機(jī)硅防黏劑的方法。有機(jī)硅的縮合交聯(lián)反應(yīng)有兩種反應(yīng)形式,一種是羥基封端的二甲基聚硅氧烷與原硅酸脂或聚甲基三乙氧基硅烷進(jìn)行脫醇反應(yīng),另一種是羥基封端的二甲基聚硅氧烷與甲基氫基聚硅氧烷發(fā)生脫氫反應(yīng)。反應(yīng)一般用有機(jī)錫化合物、鈦酸四丁酯、醋酸鹽或辛酸鹽等物質(zhì)作為催化劑。其中以有機(jī)錫化合物應(yīng)用最多。無(wú)論是脫醇反應(yīng)還是脫氫反應(yīng),反應(yīng)后都會(huì)形成網(wǎng)狀交聯(lián)物(防黏膜),且一般來(lái)說(shuō),所用聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量越低,所形成的網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)越致密,其防黏性能也越好[12]。不同的是,脫氫反應(yīng)比脫醇反應(yīng)的交聯(lián)反應(yīng)速度更快,固化時(shí)間更短,且交聯(lián)密度更大,防黏性能也更好[13-14]。圖1為縮合反應(yīng)2種反應(yīng)形式的反應(yīng)機(jī)理。

圖1 縮合反應(yīng)2種反應(yīng)形式的反應(yīng)機(jī)理

縮合反應(yīng)型有機(jī)硅的黏度非常大,平均在900萬(wàn)mPa·s左右,因而必需經(jīng)過(guò)稀釋才能進(jìn)行涂布。若用有機(jī)溶劑如甲苯、二甲苯、汽油等作溶劑,就成為溶劑型有機(jī)硅；若用水作溶劑,則成為乳液型有機(jī)硅。

2.1.1 溶劑型有機(jī)硅

縮合反應(yīng)型溶劑型有機(jī)硅是應(yīng)用最早的有機(jī)硅防黏劑,20世紀(jì)70年代發(fā)展到鼎盛時(shí)期。其有機(jī)硅的含量在30%左右。溶劑型有機(jī)硅由于有機(jī)溶劑的存在而使交聯(lián)劑、防黏劑以及助劑都能溶于同一體系中,涂料的黏度容易控制。溶劑揮發(fā)后,交聯(lián)反應(yīng)即可快速發(fā)生,因此涂布量很小(0.8～1.2 g/m2),且其表面張力低,可在絕大部分的基材表面獲得連續(xù)性較好的涂膜。但由于有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境的污染以及安全隱患(易燃易爆)的存在,其使用始終受到限制。雖然,有研究證明用活性炭吸附回收有機(jī)溶劑也是完全可行的,但所用有機(jī)硅和有機(jī)錫催化劑中的揮發(fā)性成分對(duì)活性炭的鈍化作用仍然是一個(gè)很難解決的問(wèn)題[12]。且由于全球石油價(jià)格上漲,有機(jī)溶劑的價(jià)格也隨之攀升,錫催化的溶劑型有機(jī)硅成本的增加也進(jìn)一步限制了它的應(yīng)用。而鉑催化的加成反應(yīng)型有機(jī)硅卻很快得到了廣泛的應(yīng)用,溶劑型有機(jī)硅也逐漸轉(zhuǎn)向以加成反應(yīng)型為主,揮發(fā)性成分對(duì)活性炭的鈍化作用也就不再是難題。

溶劑型有機(jī)硅防黏劑成本低、防黏效果好、涂布量易控制且涂布工藝要求簡(jiǎn)單,是目前我國(guó)防黏劑中用量很大的一種產(chǎn)品。隨著我國(guó)防黏劑合成技術(shù)的發(fā)展和國(guó)外加成反應(yīng)型產(chǎn)品進(jìn)駐國(guó)內(nèi),加成反應(yīng)型已經(jīng)逐漸替代縮合反應(yīng)型在我國(guó)溶劑型有機(jī)硅應(yīng)用中的地位。考慮到成本和環(huán)境的影響,增加先進(jìn)的溶劑回收裝置并向高濃度涂布發(fā)展是必要的。未來(lái)我國(guó)溶劑型有機(jī)硅防黏劑的應(yīng)用也會(huì)逐漸轉(zhuǎn)向節(jié)能、無(wú)污染的方向[15-16]。

2.1.2 乳液型有機(jī)硅

乳液型有機(jī)硅與溶劑型有機(jī)硅基本上是同時(shí)出現(xiàn),但由于當(dāng)時(shí)乳化技術(shù)的限制,乳液型有機(jī)硅初始并未受到重視。隨著環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻和乳化技術(shù)的進(jìn)步,乳液型有機(jī)硅逐漸發(fā)展起來(lái)并占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額[16]。

與溶劑型有機(jī)硅相比,雖然乳液型有機(jī)硅綠色環(huán)保,成本也較低,但水溶劑的存在也為它帶來(lái)很多的劣勢(shì)。第一,其固化時(shí)間較長(zhǎng),溫度較高,且對(duì)基材的表面性能要求較高,不能適應(yīng)表面張力較小的預(yù)涂膜,容易使基材產(chǎn)生變形和褶皺。第二是其涂布量較大,一般需要達(dá)到1.2～2.0 g/m2,且防黏效果相對(duì)較差。第三,其料槽壽命較短且配方不宜調(diào)節(jié)。

乳液型有機(jī)硅防黏劑通常在原紙上直接涂布,在使用時(shí)存在水對(duì)原紙的潤(rùn)脹飽和導(dǎo)致成膜性差的問(wèn)題,處置不當(dāng)會(huì)使防黏紙失去尺寸穩(wěn)定性。為了改善其成膜性和降低對(duì)紙的滲透性,可加入適量增稠劑[17-18]。生產(chǎn)中一般多用羧甲基纖維素鈉、褐藻酸鈉等水溶性化合物[19]。

乳液型有機(jī)硅防黏劑的這些缺點(diǎn)使得它的發(fā)展和應(yīng)用受到了很大的限制。直到近些年來(lái),加成反應(yīng)型乳液有機(jī)硅的出現(xiàn)才使得乳液型有機(jī)硅防黏劑進(jìn)入了新一階段的發(fā)展。

2.2 加成反應(yīng)型有機(jī)硅

加成交聯(lián)反應(yīng)是含有活性乙烯基團(tuán)的聚硅氧烷化合物與甲基氫基聚硅氧烷交聯(lián)反應(yīng),反應(yīng)后形成交聯(lián)密度很大的網(wǎng)狀交聯(lián)物(防黏層)。加成反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理如圖2所示[13-14]。

圖2 加成反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理

加成反應(yīng)一般以一些貴金屬的絡(luò)合物作為固化劑,應(yīng)用最多的是鉑催化劑。與縮合反應(yīng)相比,它的防黏性能更好,固化速度也更快。例如,在100、120 和150℃時(shí),縮合反應(yīng)的固化時(shí)間分別為20、15及8 s,加成反應(yīng)僅為16、8、5 s,且180℃下可縮短為3～4 s

[13]

。如此快的固化速度,涂布后的防黏紙可不經(jīng)過(guò)“后固化”,就可進(jìn)行壓敏膠涂布,從而實(shí)現(xiàn)“機(jī)內(nèi)涂布”,很大程度提高了生產(chǎn)效率。

加成反應(yīng)型有機(jī)硅黏度非常小(約300 mPa·s),可以不經(jīng)過(guò)溶劑稀釋而直接進(jìn)行涂布。采用100%濃度有機(jī)硅進(jìn)行涂布的方法稱為無(wú)溶劑涂布,而其所用加成反應(yīng)型有機(jī)硅也稱為無(wú)溶劑型有機(jī)硅。

無(wú)溶劑型有機(jī)硅可以說(shuō)是防黏劑發(fā)展史上偉大的變革。它幾乎具有溶劑型有機(jī)硅和乳液型有機(jī)硅所有的優(yōu)點(diǎn),卻不帶有它們的任何缺點(diǎn)。除此之外,它還有其他三大優(yōu)點(diǎn)。第一,沒(méi)有溶劑,也就意味著固化過(guò)程中不需要耗費(fèi)時(shí)間和熱能來(lái)?yè)]發(fā)溶劑,既可以節(jié)省熱能,縮短固化時(shí)間,又可以提高涂布速度。第二,100%的有機(jī)硅涂布,可以省去原紙預(yù)涂布的工序,既簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序,又節(jié)約了成本。第三,無(wú)溶劑型有機(jī)硅不需要進(jìn)行“后固化”,亦可實(shí)現(xiàn)“機(jī)內(nèi)涂布”。

但無(wú)溶劑型有機(jī)硅的使用也存在著一些隱患。相對(duì)來(lái)說(shuō),無(wú)溶劑型有機(jī)硅涂布時(shí),原紙上所用的化學(xué)品對(duì)固化過(guò)程有著更大的影響。一般認(rèn)為，判斷溶劑型有機(jī)硅是否固化完全的標(biāo)準(zhǔn)是有機(jī)硅不再遷移；因此將此標(biāo)準(zhǔn)也用到無(wú)溶劑有機(jī)硅中,然而,對(duì)于無(wú)溶劑有機(jī)硅來(lái)說(shuō),在這種狀態(tài)下,仍然存在一定數(shù)量未反應(yīng)的活性基團(tuán),這些基團(tuán)能夠和壓敏膠中的某些基團(tuán)發(fā)生反應(yīng),從而使防黏紙的剝離性能下降。因此在使用無(wú)溶劑型有機(jī)硅時(shí),需要綜合考慮選用壓敏膠的種類[12]。

無(wú)溶劑型有機(jī)硅是有機(jī)硅防黏劑未來(lái)的發(fā)展方向,美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家和地區(qū)都已經(jīng)開(kāi)始向無(wú)溶劑涂布的過(guò)渡,且已經(jīng)得到了大范圍的應(yīng)用。而在我國(guó),目前無(wú)溶劑型有機(jī)硅還未得到廣泛推廣。

2.3 輻射固化型有機(jī)硅[15,20-23]

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,人們對(duì)防黏劑的性能要求日益提高,不僅要有良好的隔離效果,還要做到環(huán)保、節(jié)能、高效。輻射固化有機(jī)硅隔離劑固化不需加熱,且可形成即時(shí)交聯(lián)反應(yīng)的產(chǎn)品而不需進(jìn)行后固化處理,對(duì)熱敏感的基材仍可適用,因而受到人們廣泛的關(guān)注。但目前在標(biāo)簽紙中的應(yīng)用很少。

輻射固化型有機(jī)硅防黏劑又分為紫外光(UV)固化型、電子輻射(EB)固化型兩大類。目前輻射固化技術(shù)的主要應(yīng)用為UV固化,約占總量的95%以上。

目前商業(yè)化的紫外光型有機(jī)硅防黏劑使用時(shí)都需要專門的固化系統(tǒng),并需要加入光引發(fā)劑(如苯甲酮)。其有效固化既需要紫外光釋放的能量,也需要熱能。紫外光型有機(jī)硅防黏劑比較適合耐熱性低的基材如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯薄膜的防黏處理,還能制得高光澤度的標(biāo)簽制品。按產(chǎn)品形態(tài)可分為無(wú)溶劑型和溶劑型兩種,后者主要用于涂膜厚度0.5 μm以下的場(chǎng)合。

目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的電子輻射固化型有機(jī)硅基本上都是丙烯酸有機(jī)硅樹(shù)脂。電子輻射引發(fā)防黏劑固化不需加熱,也無(wú)需任何引發(fā)劑,但需要氮?dú)獗Ｗo(hù)(在空氣中不能固化),且對(duì)基材的黏接性較差。另外,固化時(shí)電子束的劑量很難嚴(yán)格控制,因而,電子輻射固化型有機(jī)硅的剝離性能并不穩(wěn)定,且其初始投資費(fèi)用太高,目前的實(shí)際應(yīng)用并不多。

2.4 防黏劑的發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)的趨勢(shì)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),涂料工業(yè)正朝著水性化、粉末化、無(wú)溶劑化、高固含量化和輻射固化等低污染、無(wú)公害的方向發(fā)展[24]。21世紀(jì)防黏劑的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面。

(1)縮合交聯(lián)反應(yīng)向加成交聯(lián)反應(yīng)過(guò)渡。目前國(guó)外加成反應(yīng)型有機(jī)硅在防黏劑中的比例已大大超過(guò)了縮合反應(yīng)型。雖然我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)加成反應(yīng)型有機(jī)硅的研究還不成熟,但近些年我國(guó)很多廠家都開(kāi)始引入加成反應(yīng)型有機(jī)硅,一些國(guó)際大公司如道康寧、信越等都開(kāi)始在我國(guó)推出很多代表性的加成反應(yīng)型產(chǎn)品。相信,假以時(shí)日,我國(guó)對(duì)加成反應(yīng)型有機(jī)硅的研究和應(yīng)用都會(huì)取得巨大的進(jìn)展。

(2)無(wú)溶劑涂布逐漸取代溶劑涂布和水乳涂布。無(wú)溶劑涂布在歐洲已得到了非常廣泛的應(yīng)用,新建的工廠基本上都采用了無(wú)溶劑涂布,原有的工廠也有不少進(jìn)行了設(shè)備改造。而近些年,我國(guó)的一些工廠開(kāi)始嘗試無(wú)溶劑涂布,國(guó)外的一些企業(yè)也相繼在我國(guó)投資無(wú)溶劑有機(jī)硅項(xiàng)目(例如道康寧公司2012年在上海松江工廠建成了新的無(wú)溶劑有機(jī)硅防黏劑的生產(chǎn)裝置[25])。再加上市場(chǎng)對(duì)無(wú)溶劑涂布產(chǎn)品的需求量不斷增加,無(wú)溶劑涂布在我國(guó)的快速發(fā)展指日可待。

(3)產(chǎn)品增值。在高原料成本以及加工商對(duì)低成本產(chǎn)品需求的雙重壓力之下,控制成本以增加產(chǎn)品的價(jià)值,是防黏劑未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。尋找對(duì)無(wú)溶劑涂布更加有效的低聚物或更加有效的催化劑是產(chǎn)品增值的關(guān)鍵。從2008年開(kāi)始,邁圖公司與康奈爾大學(xué)和普林斯頓大學(xué)的研究人員合作開(kāi)發(fā)一項(xiàng)新的硅氫加成技術(shù),以探索硅氫加成反應(yīng)目前使用的貴金屬催化劑如鉑的潛在替代品[26]。道康寧公司也在2012年美國(guó)佛羅里達(dá)州那不勒斯舉行的標(biāo)簽和標(biāo)簽制造商協(xié)會(huì)(TLMI)的年會(huì)和在芝加哥舉行的美洲標(biāo)簽展上展出了一組低鉑無(wú)溶劑有機(jī)硅防黏涂料SYL-OFFSL181和SL581,該系列產(chǎn)品可減少高達(dá)15%的鉑成本[27]。

(4)輻射固化型有機(jī)硅逐漸開(kāi)始活躍。阻止輻射固化型有機(jī)硅增長(zhǎng)的一個(gè)關(guān)鍵障礙是其使用的特殊硅樹(shù)脂成本較高。而近年來(lái)不斷上漲的能源成本使輻射固化的使用變得頗具吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力[28]。

3 加工技術(shù)

3.1 涂布方式[7,29-30]

溶劑型和乳液型有機(jī)硅防黏劑黏度小,涂布比較容易,可以采取的涂布方式也較多,如刮棒涂布、凹版輥式涂布、逆轉(zhuǎn)輥式涂布、氣刀涂布等,其中以逆轉(zhuǎn)輥式和凹版輥式涂布應(yīng)用最為廣泛,主要是因其可以比較精確地控制防黏劑的涂布量,涂料黏度適應(yīng)范圍廣,且涂布均勻。而無(wú)溶劑有機(jī)硅防黏劑未經(jīng)過(guò)稀釋,黏度比溶劑型和乳液型大得多,要求涂布量又很小(0.5～0.8 g/m2),即便是凹版輥式涂布也不能準(zhǔn)確地控制涂布量,因而便出現(xiàn)了以下3種新的涂布方式[7]。

(1)間接凹版輥式涂布,即在凹版輥與背輥之間加一根平膠輥。凹版輥的網(wǎng)線至少為60線/cm。

(2)料槽供料式的三輥傳遞轉(zhuǎn)移型的涂布方式(見(jiàn)圖3)。

圖3 料槽供料式三輥傳遞轉(zhuǎn)移型涂布

(3)水平輥間隙供料式的四輥傳遞轉(zhuǎn)移型的涂布方式(見(jiàn)圖4)。這種方式是目前無(wú)溶劑有機(jī)硅防黏劑最適宜的涂布方式。涂布時(shí)從兩根計(jì)量輥之間的間隙帶料,先在計(jì)量輥上均勻地形成20 g/m2的涂層,然后向大于它10倍的傳遞輥以2 g/m2轉(zhuǎn)移過(guò)去,傳遞輥上的涂層再向周速更高的涂布輥上轉(zhuǎn)移,通過(guò)涂布輥將涂料轉(zhuǎn)移到紙幅上。

圖4 水平輥間隙供料式四輥傳遞轉(zhuǎn)移型涂布

3.2 干燥[7,31]

無(wú)溶劑型有機(jī)硅的發(fā)展也使得涂布干燥裝置發(fā)生了一些改變。主要有以下幾點(diǎn)改變。

(1)干燥固化溫度可以提高到180～210℃。溶劑涂布一般低于100℃,水乳涂布在110～140℃之間。溫度提高后,無(wú)溶劑有機(jī)硅防黏劑的固化速度可縮短到3～4 s。

(2)熱能應(yīng)用更加充分。由于沒(méi)有溶劑,所有的熱能消耗都用來(lái)干燥固化,可以大大提升熱風(fēng)的回用率,降低能源消耗(熱風(fēng)回用率可達(dá)到95%以上,有機(jī)溶劑涂布并無(wú)熱風(fēng)回用,水乳涂布一般在50%～79%之間)。

(3)固化時(shí)間縮短,使得無(wú)溶劑涂布的涂布機(jī)運(yùn)行速度提高,從溶劑涂布和水乳涂布的100～120 m/min提高到了400 m/min。且無(wú)溶劑涂布不需“后固化”,防黏劑涂布和壓敏膠黏劑的涂布可以在同一涂布機(jī)上完成,很大程度提高了生產(chǎn)效率。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著世界工業(yè)不斷向低碳環(huán)保方向發(fā)展,各行業(yè)也開(kāi)始不斷改革產(chǎn)品,使其更符合綠色環(huán)保的理念。而全球原材料與能源成本的不斷上漲、生活方式的改變以及人們對(duì)可持續(xù)包裝的重視都使得壓敏膠標(biāo)簽防黏紙行業(yè)面臨著更大的挑戰(zhàn)。在這樣的大環(huán)境下，我國(guó)壓敏膠標(biāo)簽防黏紙行業(yè)也需要加大研發(fā)力度，不斷提高自主研發(fā)能力，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。在未來(lái)幾年里，我國(guó)壓敏膠標(biāo)簽防黏紙行業(yè)需要不斷提高高品質(zhì)的格拉辛紙以及加成反應(yīng)型防黏劑的生產(chǎn)能力，盡可能地減少對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，并嘗試自主開(kāi)發(fā)新型防黏紙基材和防黏劑。

[1] Xia Xin-xing, Li Zhe. Label paper, label curing’s reason and solution[J]. Paper and Paper Making, 2009, 28(1): 12.

夏新興, 李 哲. 標(biāo)簽紙和標(biāo)簽卷翹的原因及解決辦法[J]. 紙和造紙, 2009, 28(1): 12.

[2] Huang Xin-wei. Production technology of release liner[J]. Shanghai Paper Making , 1991, 22(1): 26.

黃新偉. 防黏紙基材的生產(chǎn)技術(shù)[J]. 上海造紙, 1991, 22(1): 26.

[3] QU Qiao, CHAI Shu-ping. The Release Liner of Pressure-sensitive Adhesive Tape Successfully Trial-produced[J]. China Pulp & Paper, 1987, 6(4): 20.

屈 巧, 柴淑萍. 壓敏膠帶專用原紙研究試制成功[J]. 中國(guó)造紙, 1987, 6(4): 20.

[4] Xie Chang-chun. Water-based coating process is the development trend of release paper manufacture[J]. Tianjin Paper Making, 1990(Z1): 84.

謝長(zhǎng)春. 水系涂布工藝生產(chǎn)防黏紙是發(fā)展方向[J]. 天津造紙, 1990(Z1): 84.

[5] Wang Shi-hua. Release paper and the production process[J]. Heilongjiang Pulp & Paper, 2012(2): 17.

王石花. 離型紙及其生產(chǎn)工藝分析[J]. 黑龍江造紙, 2012(2): 17.

[6] Xue De-wen.Talking about the quality requirement of release liner[J]. Shanghai Paper Making, 1993, 24(1): 14.

薛德文. 再談對(duì)防黏紙基材的質(zhì)量要求[J]. 上海造紙, 1993, 24(1): 14.

[7] Xue De-wen. The development of silicone release paper processing technology (continue)[J]. China Pulp & Paper Industry, 2001, 22(7): 20.

薛德文. 硅酮防黏紙加工技術(shù)的發(fā)展(續(xù))[J]. 中華紙業(yè), 2001, 22(7): 20.

[8] Wu Xia-ming. The key technology of glassine paper research and development[J]. East China Pulp & Paper Industry, 2014(2): 17.

吳霞明. 格拉辛紙研究與開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)[J]. 華東紙業(yè), 2014(2): 17.

[9] The 17#machine glassine paper project of Minfeng Special Paper Co., Ltd start up[J].China Paper Newsletter, 2011(8): 35.

民豐特紙17#機(jī)格拉辛紙項(xiàng)目開(kāi)工[J]. 造紙信息, 2011(8): 35.

[10] The high-end glassine paper project of Chenming Paper successfully put into production[J]. Paper and Paper Making, 2014(11): 15.

晨鳴紙業(yè)高端格拉辛紙成功投產(chǎn)[J]. 紙和造紙, 2014(11): 15.

[11] Karbhari V M. Effect of internal mold release agent on the cure and property variation in resin transfer molding composites[J]. Materials Science Letters, 1998(17): 2061.

[12] Donatas Satas. Handbook of pressure sensitive adhesive technology[M]. New York： Van Nostrand Reinhold Company, 1989.

[13] Xue De-wen. The development of silicone release paper processing technology[J]. China Pulp & Paper Industry, 2001, 22(7): 17.

薛德文. 硅酮防黏紙加工技術(shù)的發(fā)展[J]. 中華紙業(yè), 2001, 22(7): 17.

[14] Pan Hui-ming, Xia Jian-ming. Advance of organo-silicon release agent[J]. China Adhesives, 2003, 12(2): 56.

潘慧銘, 夏建明. 有機(jī)硅隔離劑的進(jìn)展[J]. 中國(guó)膠黏劑, 2003, 12(2): 56.

[15] Xia Yi-ran, Yang Bing,Wen Zhi-ping. The solvent silicone anti-adhesive agent for paper products[J]. China Elastomerics, 1998, 8(1): 26.

夏毅然, 楊 兵, 文志平. 溶劑型紙品用有機(jī)硅防黏劑[J]. 彈性體, 1998, 8(1): 26.

[16] Huang Wen-run. Development of silicone material market and product[J]. Silicone Material and Application, 1997(5): 8.

黃文潤(rùn). 有機(jī)硅材料的市場(chǎng)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā) (續(xù)十四)[J]. 有機(jī)硅材料及應(yīng)用, 1997(5): 8.

[17] He Yi-fei, Zhang Li-ping, Li Fei-e. Progress of silicone release agent[J]. Silicone Material, 2009, 23(2): 122.

何益飛, 張利萍, 李飛娥. 有機(jī)硅防黏劑的研究進(jìn)展[J]. 有機(jī)硅材料, 2009, 23(2): 122.

[18] Xu Chi-huan. The market development of radiation curing[J]. Chemial Technology Market, 2002(10): 12.

徐熾煥. 輻射固化材料的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)[J]. 化工科技市場(chǎng), 2002(10): 12.

[19] Huang Wen-run. Development of silicone material market and product[J].Silicone Material and Application,1997(6):10.

黃文潤(rùn). 有機(jī)硅材料的市場(chǎng)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)(續(xù)十五)[J]. 有機(jī)硅材料及應(yīng)用,1997(6):10.

[20] He Hua,Tao Yong-jie. Review of radiation curable organo-silicon release agent[J]. Adhesion in China, 2005, 26(1): 28.

何 華, 陶永杰. 輻射固化有機(jī)硅隔離劑[J]. 黏接, 2005, 26(1): 28.

[21] Eckberg Richard P. Ultraviolet radiation-curable silicone controlled release compositions： US， 4574431[P]. 1985-10-15.

[22] Koerner, Gotz, Kropac ,et al. Process for the manufacture of organopolysiloxanes for use in adhesive coating materials： US， 4306050[P]. 1981-12-15.

[23] Van Vleck, Gordon T. Paper adhesive release system： US， 5387465[P]. 1995- 02- 07.

[24] Zhao Jin-bang. Research status and development trend of coatings industry at home and abroad[J]. Electroplating & Finishing, 2006, 25(1): 51.

趙金榜. 國(guó)內(nèi)外涂料工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)(一)[J]. 電鍍與涂飾, 2006, 25(1): 51.

[25] Xu Lu-yin. Dow corning (Shanghai) Co. Ltd.’s Songjiang site ushers in new era of advanced manufacturing[J]. World Rubber Industry, 2013, 27(1): 63.

許璐茵. 道康寧松江工廠開(kāi)創(chuàng)先進(jìn)制造業(yè)新篇章[J]. 世界橡膠工業(yè), 2013, 27(1): 63.

[26] Momentive Performance Materials Inc.Momentive technology featured in Science magazine[EB/OL]. http://www.Momentive.com/mpm/news/article, 2012- 02- 03.

[27] Dow Corning Co. Dow Corning features problem solving innovations at TLMI Annual Meeting 2012[EB/OL]. http://www.Dow corning.com/content/news/TLMI Annual Meeting/, 2012-10-12.

[28] Min Yao-xia. Focus on release paper[J]. Print China, 2008(4): 83.

閔耀霞. 聚焦離型紙[J]. 印刷工業(yè), 2008(4): 83.

[29] Yang Jian-sheng. The applications of silicone release agent in release paper[J]. Sichuan Paper Making, 1990(2): 106.

楊建勝. 有機(jī)硅防黏劑在防黏紙上的應(yīng)用[J]. 四川造紙, 1990(2): 106.

[30] JU Chun-sheng, XING Gui-zhen. The Trail-production of Self-adhesive Label Paper[J].China Pulp & Paper, 1983, 2(4): 55.

鞠春生, 邢桂珍. 不干膠商標(biāo)紙的試制[J]. 中國(guó)造紙,1983, 2(4): 55.

[31] CHEN Zhi-kai. The Trend of the Drying of Coated Web[J]. China Pulp & Paper, 1990, 9(2): 54.

(責(zé)任編輯：常 青)

The Development and Application of Release Liner for Pressure Sensitive Label Stock

ZHANG Rui-juan1,2,*LIU Jin-gang1,2ZHUANG Jin-feng1,2

(1.ChinaNationalPulpandPaperResearchInstitute,Beijing, 100102; 2.NationalEngineeringLabforPulpandPaper,Beijing, 100102)

The release liners nowadays usually used for pressure sensitive label stock, the base paper types of release liner, properties and application status of release agent, as well as the coating technologies commonly used in the manufacture of release liner were summarized in this paper. The future development trend was also discussed.

pressure sensitive label stock; release liner; silicone coatings; coating technologies

張瑞娟女士，在讀碩士研究生；主要研究方向：特種涂布技術(shù)。

2016- 03-29(修改稿)

TS762

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.08.013

本課題獲得“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃資金支持，課題編號(hào)2015BAE02B01。