郝晓鹏

（浙江冠豪新材料有限公司，浙江平湖314205）

不干胶标签用有机硅离型剂的应用

郝晓鹏

（浙江冠豪新材料有限公司，浙江平湖314205）

有机硅离型剂又叫做防粘剂，涂布的离型层在不干胶标签中占总重量的比例很小，但却直接影响了整个标签的使用。着重从有机硅离型剂的种类、离型纸加工方法、离型纸生产中出现的缺陷及其标准、生产中需要注意的事项进行归纳和进行分析。

不干胶标签；有机硅离型剂；涂布技术；网纹辊；离型力；固化效果

不干胶标签是以纸张、薄膜或特种材料为面料，背面涂有粘合剂，以涂硅保护纸为底纸的一种复合材料（如图1所示），其中离型层占有的比例很小，相对于总厚度的0.2%，但该层影响了整个标签的使用。标签的离型层是由离型剂经过加工涂覆在基材上经加热或辐射固化下形成交联结构的硬层而对胶黏剂进行防粘作用，有机硅离型剂在标签防粘剂中占了主导地位。

1 有机硅离型剂的分类

1.1 按反应机理分类

离型剂按反应机理分为加成型和缩合型两种。

1.1.1 加成型固化

加成型有机硅隔离剂最早在1975年得到工业化，它的主体聚合物是带有乙烯基的二甲基聚硅氧烷，在金属铂或铑化合物的催化下与含硅氢键的交联剂进行硅氢加成反应而交联固化[1-2]。

图1 不干胶标签结构图Fig.1 The structure diagram of PSAs-Labels

加成型固化反应机理如下：

加成型的特点：（1）乙烯基聚合物，铂金催化剂，SiH交联剂；（2）反应速度快，但需要较高温度；（3）可以做双面离型；（4）有溶剂型，无溶剂型，和乳液型；（5）催化剂容易中毒。

1.1.2 缩合型固化

缩合型硅油离型剂在1954年就得到了工业上的应用，至今发展已经很成熟。通常它的活性聚合物是以二甲基二氯烷水解缩合而得的硅醇为端基的二甲基聚硅氧烷组成，交联剂是分子量较小的含硅氢键的有机硅树脂，以Sn化合物为催化剂催化，经高温处理产生交联反应得到热固性的有机硅隔离涂层。

缩合型固化反应机理如下：

其特点有：（1）OH基团有机硅树脂，锡催化，SiH交联剂；（2）过时的产品；（3）固化速度慢，附着力较好；（4）不能做双面离型；（5）催化剂不易中毒；（6）有溶剂型和乳液型。

1.2 按照硅油离型剂的形态分类

按照离型剂的形态分类，可分为溶剂型硅油、乳液型硅油和无溶剂硅油三类。

1.2.1 溶剂型硅油

溶液型硅油是将硅油主剂、交联剂、使用期延长剂、剥离力调节剂、催化剂及交联促进剂溶解在溶剂中的一种硅油形式，常用的溶剂为芳香烃和脂肪烃的混合溶剂。有机硅含量为10%~ 30%，可根据生产需要调节固含量。其特点有：（1）存在环境和安全隐患；（2）工程保险费用高；（3）只有热固化系统；（4）产生的废气多，热量无法回用；（5）离型力范围宽；（6）有加成和缩合系统可供选择；（7）底材需要优异的溶剂铺展性；（8）可以选择适当的稀释溶剂涂布表面能较低的底材；（9）固化温度要求比较低；（10）涂布技术简单。

1.2.2 乳液型硅油

有机硅乳液（简称硅乳）是一种由水包油型的硅油、水和增稠剂、润湿剂等组成的乳液，有机硅乳液的反应属于缩合型反应。乳液型硅油的固含量一般为20%~30%，使用时可通过加水调节固含量[3]。在使用中主要表现为：（1）很难涂布表面能低的底材；（2）只有热固化系统；（3）热量不能回用，能耗高；（4）隔离性能不稳定并容易老化、应用范围窄；（5）固化温度较高，固化时间较长；（6）涂布非标准纸作为底材的可能唯一选择；（7）安全方便的使用；（8）涂布技术简单；（9）环境友好，不会像溶剂型硅油大量消耗有机溶剂和产生废气。

1.2.3 无溶剂型

无溶剂型硅油是在1975年以后发展的新型有机硅离型剂，经过几十年的发展，其技术已经非常成熟，在现在标签用离型纸中占据主要地位，主要由硅油主剂、交联剂、催化剂三个组分组成，也有直接将交联剂加入到主剂中配合成两组分硅油，在主剂中也加入了防雾化剂、剥离力调节剂等助剂。特点主要表现在：（1）环境友好，使用安全；（2）有光固化和热固化体系，对温度敏感的底材也可以涂布；（3）涂布技术复杂；（4）要求底材必须有良好的铺展性；（5）需要较高的涂布量才能得到完全连续的覆盖；（6）催化剂易受含微量的硫、氮、磷的物质所污染，造成催化剂中毒；（7）能量效率高，可以达到100%的烘箱空气循环，能耗低因而总的价格较低；（8）固化时没有副产品产生；（9）涂布工艺和隔离性能较易控制，因而产品质量较高。

2 标签用有机硅离型剂的涂布方式

有机硅离型剂的涂布方式主要有：网纹辊涂布、线棒式涂布及五辊式硅油涂布。

2.1 网纹辊涂布

网纹辊涂布又分为直接网纹辊涂布和转移式网纹辊涂布。

网纹辊涂布是将硅油离型剂通过网纹辊精准计量和转移到底纸上，经干燥后溶剂蒸发形成硬的硅油层的一种涂布方式，该种涂布器主要由网纹辊和传送辊组成，网纹辊常采用金属网纹辊和陶瓷网纹辊[4]。在该种涂布方式中的网纹辊线数、网孔的深度、网孔的形状及涂料固含量等均对涂布量有很大的影响，调节涂布量时通常需要更换网纹辊，也可调节涂料的固含量进行调节，该涂布方式是溶剂型硅油、乳液型硅油的主要涂布方式。

转移式网纹辊涂布，可用于涂布黏度较高的无溶剂型离型剂。该种涂布器涂布由网纹辊、橡胶转移辊和背辊组成，涂布时与直接网纹辊涂布一样由一条用于计量的网纹辊进行计量，然而该种涂布方式通过中间一条转移辊将离型剂转移到底纸上，该种方式相对直接网纹辊涂布对底材表面的作用力小得多，避免了对底材造成损坏。

2.2 棒辊式涂布

棒辊式涂布器是用钢琴丝缠绕在棒辊上，也称作绕丝辊或Mayer辊。该种涂布器的涂布控制通过钢丝之间的缝隙来对涂布量进行计量，钢丝的粗细决定了涂布量的大小。该种涂布方式可以单独使用，也可配合其它涂布器一起使用，起到定量和刮平涂布层的作用。

2.3 五辊式硅油涂布

五辊式硅油涂布头是目前最为先进的硅油涂布设备，具有计量精确，调节灵活，涂布分布均匀，适合高速涂布等特点[5]。结构图如图所示[6]，该涂布头主要由计量辊C、D，传递辊B，上料辊A，背辊E五条辊组成，也有在背辊E上再加一条支承辊以增加涂布头在运行过程中的稳定性，又称为六辊式硅油涂布头。五辊式硅油涂布头主要进行无溶剂硅油涂布，由计量辊C转移硅油至传递辊B，然后转移至底纸面上。涂布量通过计量辊C、D之间速比调节进行控制。

图2 五辊式硅油涂布头结构图Fig.2 The structure of Five-rolls silicone coater

3 有机硅涂布中的要求

标签中有机硅离型剂涂布常用的固化方式为热固化，也有UV固化方式，通常UV固化用于对温度敏感的基材涂布上，如离型膜涂布[7]。通常在生产时用涂布量、涂布覆盖性、固化性来评价有机硅离型剂的涂布质量，用剥离性及粘接性能保持率来判断有机硅离型剂的质量的好坏[8]。

3.1 涂布量

涂布量是涂布标签离型层的重要指标。通过对涂布量的调节是对生产上标签的离型力的调控的主要手段，涂布量过小，则导致离型剂在底材上覆盖不均，从而使面底材粘死或者离型力不稳定导致标签报废；涂布量过高会降低离型力使离型力稳定，但增加了能耗同时使成本升高，根据不同的底材选择合适的涂布量是非常必要的，通常标签用离型层涂布量根据离型剂形态的不同也不一样，一般为溶剂型硅油的涂布量为0.30~0.80 g/m2，无溶剂型硅油的涂布量为0.80~1.30 g/m2。常用的涂布量测试方法有重量计算法和采用X-射线荧光谱仪来分析硅酮涂布量。

3.2 涂布覆盖性

涂布覆盖性是对涂布质量好坏的直接反馈，覆盖性不好会导致离型力的不稳定，严重时会造成面底材粘死，使标签报废。对于纸类底材，在生产上常将红墨水均匀地擦在离型纸上，如有漏硅、硅油薄料线或区等的覆盖性缺陷，则会很直观地显现出来；在实验室，经常使用染料染色法进行评估，这是将Shirlastin A，孔雀石绿等染料配成溶液在一定时间中润湿涂布纸，用擦拭纸吸干表面染料，使之干燥，其覆盖质量是以眼睛目测做定性评估或以色差仪做定量评估[9]。

3.3 固化性

固化性是评价有机硅防粘剂在基材表面交联、粘接的程度。在生产上通常用手指挫擦涂在基材上的有机硅离型涂层，观察有无硅油脱落和消光现象来进行定性分析；在实验室通常采用萃取法来进行定量分析，有X-射线法和原子吸收光谱法，其中X-射线法是先测定一定面积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，晾干后再测定该底材的涂硅量，前后进行对比；原子吸收光谱法是将涂好的底材浸泡在MIBK溶液中至少4 h，后测定溶液中的含硅量。影响固化的因素有很多，主要表现在以下几个方面：配方的合理性；催化剂的加入量；配料顺序是否正确；催化剂是否被污染；烘箱温度；涂布量；环境的温湿度；配好后浴液放置时间；底材特性等。

3.4 剥离性

一般用剥离力或者离型力表示，测试方法有胶带法和转移法。胶带法是将标准胶带按规定的条件与防粘纸的有机硅防粘层贴合，测出胶带剥离所需的力；转移法是将标准胶黏剂按规定条件涂在防粘纸的有机硅防粘层上，加热干燥后，将面纸粘合在胶黏层上，按规定的条件压合后，测剥离面纸所需的力[8]。通常按照使用标准胶带测得的离型力小于10 g/25 mm，俗称为轻剥离；10~ 20 g/25 mm，俗称为中剥离；35~45 g/25 mm，俗称为重剥离；60~80 g/25 mm，俗称为重重剥离；大于100 g/25 mm，俗称为超重剥离。通常情况下，根据产品类型需求来选择合适的离型力，影响离型力大小的因素主要有：剥离力添加剂的类型及加入量；涂布量及覆盖性；交联密度的大小；固化程度的好坏；环境的温湿度；胶黏剂的类型以及剥离时的角度和速度。

3.5 粘着性保持率

粘着性保持率是评价由于防粘纸上有机硅防粘层向胶黏剂层迁移造成的粘着力降低程度。测试方法是：在有机硅防粘层表面贴合标准胶带，通常使用Tesa 7475标准胶带，以6.86 kPa（70 g/cm2）的压力在标准环境下保持72 h，将标准胶带剥下，粘合在不锈钢板上，测试从钢板上剥离胶带所需要的力。同时测试未与防粘层粘合过的胶带贴合在不锈钢板上的剥离力，二者之比即为粘结性保持率。最好的防粘纸粘结性保持率为100%，一般不应低于80%。

4 生产中注意事项

在有机硅离型剂涂布的过程中，常因一些失误引起固化不良、涂布不均等问题，因此在生产中要注意以下事项。

4.1 配料

配料对硅油离型涂布有很大的影响，通常要注意：（1）注意配料的顺序即按照硅油主剂（主剂+溶剂）、交联剂（交联剂+助剂）、催化剂的顺序进行配料；（2）注意配料中比例的添加的准确性，尤其是剥离力调节剂、交联剂和催化剂的量。

4.2 烘箱温度

烘箱温度对于生产加工产品的质量好坏起着至关重要的作用，温度越高，则离型剂固化所需的时间就越短。在烘箱的分段区域，各段烘箱的温度是不同的，常采用初段温度低，中间段升温至最高，末段降低温度的升温方式。

4.3 浴液的保存

由于配好的硅油离型剂在常温情况下也会发生反应，配方的不同也会影响浴液的保存时间，因此浴液应尽快用完，通常情况下配好的浴液要在8 h内用完，另外，浴液应避免在温度及湿度太高的环境下保存。

4.4 催化剂的保存

铂金系统是非常敏感的系统，会因为中毒而失去催化效用，进而造成固化不完全，甚至于不固化，下列可能造成白金中毒的物质：（1）含氮（防静电添加剂、颜料）；（2）含硫（质量不好的汽油）；（3）含锡（有机锡催化剂硅油）；（4）含磷；（5）含砷、硒、碲等。

5 小结

有机硅离型剂及其涂布工艺经过几十年的发展，已经发展得非常成熟，但生产中出现的问题还需根据具体的反应原理及生产情况而定。

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[9]FINAT，FINAT技术手册（测试方法）[S].荷兰海牙：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

郝晓鹏（1987—），男，河南洛阳人，助理工程师，从事不干胶标签的研发及生产工作。E-mail：haoxiaopeng1987@163.com。