共挤保护膜

一、前言

表面保护膜是用于物品表面暂时保护的一种粘性薄膜,由基材和压敏胶构成 ,具有易贴 、易揭,不污染被保护表面等特点。目前,工业化的生产方式有两种 : 涂布法和共挤法。涂布法生产的产品包括溶剂型、乳液型、热熔型和射线固化型,其中溶剂型占的比例最大。溶剂型存在污染环境和生产成本较高的问题 。其他几种类型也存在成本高和单项性能较差的问题。共挤法是利用共挤复合设备 (包括吹塑和流延工艺) 将压敏胶层和基材层同步挤出,复合成表面保护膜的一种生产工艺。

共挤法生产保护膜具有高效、环保、低成本和高质量等优点,是保护膜生产工艺的一种发展趋势。随着共挤出复合技术与设备的发展,从2 0世纪70年代起 国外就有共挤保护膜专利发表。此后 ,世界几家著名公司,如积水公司、日东电器公司、拜尔斯多夫公司等,都加大了研究力度 ,发表了较多专利,在市场上也推出了相应的产品,如台湾冠聚工业股份有限公司的 PC 板用表面保护膜、3M公司和法国 NOVACEL公司的共挤胶膜等。目前,中国大陆共挤保护膜的生产厂家已经发展比较快。本文在总结共挤保护膜专利文献的基础上,介绍了共挤保护膜的生产工艺,对基材及压敏胶层所用主体树脂、粘性材料和添加剂作了归纳 。

二、共挤保护膜生产工艺

共挤法有共挤吹塑法和共挤流延法。前者所用模头是圆形,后者为T 型。共挤法 的生产过程如 图l 所示

 

吹塑法在各组分熔体指数较低、保护膜黏性较小的条件下适用。一般把黏性层设置在外层,在生产过程中需加强冷却以使吹胀的薄膜温度在叠合前降至50 ℃以下;流延法适用范围较宽,在大部分条件下的适用性能都较好,但生产设备的价格较高 。

共挤保护膜生产前,一般先把液体和粉末原料混合成母料,以方便加料。基材层和压敏胶层的厚度比一般为(2一10):1^[1] 。

三、共挤保护膜基材层

基材层所用主体树脂一般为聚烯烃,最常用的是聚乙烯和聚丙烯。聚乙烯包括低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和茂金属聚乙烯;聚丙烯或聚丙烯和聚乙烯的混合物基材适用于使用温度较高的情况。基材层的厚度一般为20一100um ,为防静电 ,常加入抗静电剂。偏光板等光学仪器用保护膜对基材原料要求较高 ,要求所用聚乙烯分子质量分布指数为 1.5-3,10%一100% 熔出温差<30℃,密度>^-3 ,以防止保护膜贴附时卷入气泡和晶点压坏表面。茂金属聚乙烯能满足这些要求。  

四、共挤保护膜粘性层

4.1 主体树脂

一般要求主体树脂与共挤复合时基材层所用主体树脂相同或有较好的相容性。常用的主体树脂有苯乙烯类热塑性弹性体、乙烯一乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯和乙烯一α烯烃共聚物、氢化丁苯橡胶等 。

4.1.1 苯乙烯类热塑性弹性体 

由苯乙烯和二烯类单体 (丁二烯、异戊二烯等)嵌段共聚而成 ,主要包括聚苯乙烯一聚丁二烯一聚苯乙烯 ( SBS ）及其氢化物 ( SEBS )、聚苯乙烯一聚异戊二烯一聚苯乙烯 ( SIS ) 及其氢化物 ( SEPS )。要求苯乙烯含量为 20%一50% , 二嵌段含量小于30 %。为解决共挤加工过程中压敏胶凝胶,使生产的保护膜具有较好的外观,可选用溴价小于lg Br₂/100g ,分子质量分布指数为1.1一1.5的SEBS和SEPS 。

4.1.2 乙烯一乙酸乙烯酯共聚物 

乙烯一乙酸乙烯酯共聚物( EVA )的透明性和耐老化性能较好,但耐热性较差。一般 VA 含量 3%一47%,MI值2一55g·min^-1。

4.1.3 聚乙烯和乙烯一α烯烃共聚物

聚乙烯都有较大的结晶度,耐热性较好,但硬度较大,主要用于耐热保护膜或与其他主体树脂并用以改善耐热性。常用的聚乙烯有VLDPE 、LDPE 、LLDPE、HDPE、m一PE等。

乙烯一α烯烃共聚物要求结晶度小10%。

4.1.4 氢化丁苯橡胶 ( HSBR ）

氢化丁苯橡胶具有比苯乙烯类热塑性弹性体更好的共挤性能。

上述主体树脂可以单独使用,也可以混合使用。总用量为100 份,例如:

( 1 ) 苯乙烯嵌段共聚物 +PE,要求聚乙烯的己烷抽出率小于10% 。

( 2 ) EVA + PE ,要求混合物的VA 含量为5%一50% ,以保持其耐热性能。

( 3 ) HSBR + PE 

( 4 )苯乙烯嵌段共聚物+ EVA

4.2  粘性层材料的比较^[2]

自粘性保护膜一般是以共挤的方式生产，而其自粘层一般为EVA、超低密度聚乙烯或聚烯烃塑性体树脂为主，此种结构形式亦渐渐成为市场的主流，因为它较上胶型具有较多的优点，如无残胶、提供稳定的粘着力、降低使用者成本以及对保护膜制造商创造较高利润。而陶氏则在自粘性材料上能提供客户相当多且广的选择，尤其以超低密度聚乙烯与聚烯烃塑性体树脂更是广泛被利用于保护膜的应用。表一列出了陶氏AFFINITY POP对不同基材与不同环境温度下的粘着力。

表一 AFFINITY POP对不同被保护基材的粘着力

产品	基材	粘着力(N)	测试环境温度(℃)
POP 1*	PET	0.7~0.9	80
	PET	0.8~1.05	常温
	铝挤型材	0.32~0.5	常温
	玻璃	0.4~0.5	常温
POP 2*	PET	1.45~2.05	80
	PET	1.45~1.6	常温
	铝挤型材	0.8	常温
	玻璃	0.55~0.65	常温

* 产品结构为厚度为50微米的吹塑薄膜，粘层的厚度占薄膜总厚度的25% 。用流延法生产的薄膜其粘性会更高。

4.3共挤自粘性保护膜

共挤自粘性保护膜通常为共挤聚乙烯薄膜，厚度一般来说介于50至100微米之间。典型结构如下： 

表二 自粘性保护膜典型结构^[3]

	滑爽层	中间层	自粘层
常用材料	LDPE，LLDPE，HDPE，PP	LDPE，LLDPE	POP，ULDPE，EVA
厚度比	15~25%	50~75%	10~25%

4.3.1 玻璃片材

玻璃片材包括阴极射线管(CRT)、平面显示器本身，以及所用的玻璃基板。厚度介于 40至 70 微米。

性能要求包括：

1、粘度低且稳定；

2、不可有残胶及留影；

3、低晶点。

典型结构如下：

表三 玻璃片材保护膜典型结构

	滑爽层	中间层	自粘层
常用材料	MLEPE	LDPE，LLDPE	AFFINITY POP 树脂
厚度（微米）	10~15	25~35	5~20
说明	密度 0.925 g/cm3 以上的LLDPE，如 DOWLEX 2049G，DOWLEX 2036P。	可使用一般通用的PE或LLDPE，如 DOWLEX 2045G或DOWLEX 2256G。	可用AFFINITY POP树脂，如 AFFINITY PL1880G 或 AFFINITY EG 8100G

4.3.2 铝挤型材

铝挤型材以铝挤型窗框用的保护膜为例，厚度介于60至80微米。

性能要求包括：

1、中粘度；

2、不可有残胶；

3、无大晶点；

4、耐候性。

典型结构如下：

表四 铝挤型窗框保护膜典型结构

	滑爽层	中间层	自粘层
常用材料	中密度聚乙烯	C8 LLDPE	AFFINITY POP 树脂
厚度（微米）	15~20	35~45	5~15
说明	密度 0.925 g/cm3 以上的LLDPE，如 DOWLEX 2049G，DOWLEX 2036P	DOWLEX 2045G或DOWLEX 2256G	可用AFFINITY POP树脂，如 AFFINITY VP8770 或 AFFINITY EG8100G

4.3.3 塑料片材

塑料片材方面，包括PVC 板、PS板、PC板、PET板、及 PMMA板等都需要用到保护膜。常见厚度则介于30 至 60 微米。性能要求包括：1、 低粘度；2、不可有残胶或留影；3、低晶点。一般光学薄膜用的保护膜为例，典型结构如下： 

表五 光学薄膜用的保护膜典型结构

	滑爽层	中间层	自粘层
常用材料	中密度聚乙烯	C8 LLDPE	AFFINITY POP 树脂
厚度（微米）	10~20	20~35	5~15
说明	密度 0.925 g/cm3 以上的LLDPE，如 DOWLEX 2049G，DOWLEX 2038.68G	DOWLEX 2045G或DOWLEX 2256G	可用AFFINITY POP树脂，如 AFFINITY PF1140G 或 AFFINITY EG8100G

4.4 结论

与上胶型保护膜相比较，共挤自粘性保护膜有成本低、无残胶留影、粘性均匀且容易控制等优点，又没有回收不易或溶剂残留等困扰。对一些要求比较高的应用领域而言，有其经济上以及技术上的优势；因此，使用自粘性保护膜为大势所趋，市场占有率也已日渐提升。

常用的自粘性材料中，ATTANE 超低密度聚乙烯以及AFFINITY 聚烯烃塑性体树脂又比 EVA有更多的优点，如：有较佳的晶点控制、稳定且较广的粘性范围、热稳定性好、挤出加工区间较宽等，是理想自粘性材料，并且完全适用于自粘性保护膜。

五、共挤保护膜常用的功能型助剂

在保护膜共挤生产中，功能助剂是为了加工的顺畅性，提高薄膜的产品质量而使用的一些母料助剂。

5.1 开口剂

在薄膜收卷时，在膜之表面制作空间，降低膜与膜之间的接触，达到易于打开放卷的效果。

 

（开口剂作用原理）

舒尔曼产品推荐：

建材类保护膜使用F15；

电子产品类保护膜使用AB5,AB108

5.2加工助剂PPA

PPA在使用初期能将螺杆上的渣子以及晶点冲走，其后覆盖在螺杆及炮筒内壁表面，因而降低熔体与金属表面接触的流动阻力。

PPA的好处： 

1、减少或解决熔体破裂，也可以减少模子膨胀；

2、可以提高熔体在挤出机内流动顺畅；

3、能降低挤出机内熔解温度；

4、可以降低分子分解的因素；

5、降低晶点的形成；

6、熔体挤出更加顺畅；

7、提高薄膜的光亮度和光泽度；

8、减少模头的堆积，延长刮模头的周期。

 

舒尔曼产品推荐：

AMF T01037 侧重解决模头堆积，加工顺畅；

AMF 705 HF 侧重对产品晶点的预防和提高薄膜的光学性能；

MF 905HF 耐高温，可耐280摄氏度，侧重对产品晶点的预防和提高薄膜的光学

性能

5.3抗静电剂

抗静电剂分为两种，一种是迁移型抗静电剂（迁移型化合物），另一种是非迁移型抗静电剂（导电产品）；其中迁移型抗静电剂较为常用。

  

                                      （迁移型抗静电剂作用原理）

注意：

1、迁移型抗静电剂必须迁移到薄膜表面才能其效果，因为保护膜怕析出物对粘性层的粘性有影响，所以必须控制好添加量。

2、抗静电母料添加到薄膜表面，表面电阻值正常范围可以达到10-9—10-11，母料型的抗静电效果表面电阻值很难达到10-8，除非用涂布的抗静电液。

舒尔曼产品推荐：

迁移型抗静电VLA 55，这是一款长效型的非离子，不含胺的抗静电剂，可用于食品级的产品。

非迁移型抗静电 ASP 2000，这是一款永久性抗静电剂，可用于对析出有高要求的薄膜上。

5.4抗UV 母料

抗UV母料，也称紫外线稳定剂。它的作用：1、保护塑料薄膜因暴露在阳光和大气下，降解；2、延长成品薄膜因在大气中变脆、发黄、变色、表面破裂等现象。

抗UV母料作用原理：1、UV遮挡剂；2、UV吸收剂；3、UV抑制剂；4、游离基清除剂。用在保护膜上的抗UV母料一般都是UV抑制剂的原理。

舒尔曼产品推荐：

UVR 96是一款含受阻胺类聚合物，适用于吹膜，流延，注塑，吹瓶，压片，管材等产品工艺。

5.5 抗氧化剂

抗氧化剂可以解决在生产加工过程中，原由于高温或长停留时间可能导致氧化，交联，产生凝胶，碳化粒子，或机械特性减弱时而导致生产出来的薄膜颜色变黄的现象。

舒尔曼推荐产品：

AO 25S是一款抗氧化剂，用于流延、吹塑，加工温度可高至320℃，适用于高温或长停留时间可能导致氧化，交联，产生凝胶，碳化粒子，或机械特性减弱。

5.6白色母料

白色母是一种含有钛白粉介质的母料，能够提高薄膜的白度和遮盖率。

白色母生产工艺有两种，分别是氯化法和硫酸化法，导致母料的色调不同，前者属于黄色调母料，后者属于蓝色调母料。

白色母的有效成分钛白粉是影响产品质量的关键所在，大体分为锐钛型和金红石型，前者遮盖密度没有后者高。而且钛白粉含量达到70%以上对设备和工艺要求非常高，这样才能保证产品的分散性好，不需加入其他分散剂来影响产品的质量。

舒尔曼产品推荐：

8000CN是一款金红石型，蓝色调的钛白粉。70%钛白粉，高遮盖力，高分散性，低晶点，无析出，是保护膜的最好选择。

5.7彩色母料

彩色是一种改变薄膜原有的颜色的一款母料，它可以保护膜物体表面亮度不被破坏，同时遮盖被保护物体的一些原有的瑕疵，增加色彩感。

舒尔曼产品推荐：

舒尔曼的彩色母料是走定制化路线的，由客户提供样膜，然后再加客户对产品膜的具体要求，添加量以及价钱的期望值。提供这些信息就可以定制一款高精度的彩色母料。

文献参考：

1. 曾志平，胡和金，施法宽.保护膜研究概况[C].襄樊航天化学动力公司，2003，24（3）
2. 陶氏化学公司. AFFINITY Complete Product Solutions[J]

3. 黄锐.塑料工业手册[M].北京:化学工业出版社,2005.