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TWI873365B - 熱可塑性薄膜及其製造方法 - Google Patents

熱可塑性薄膜及其製造方法 Download PDF

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TWI873365B
TWI873365B TW110124211A TW110124211A TWI873365B TW I873365 B TWI873365 B TW I873365B TW 110124211 A TW110124211 A TW 110124211A TW 110124211 A TW110124211 A TW 110124211A TW I873365 B TWI873365 B TW I873365B
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林至逸
鄭國光
蔣其晉
戴文信
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三芳化學工業股份有限公司
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Abstract

一種熱可塑性薄膜，由單層的熱熔膠膜所構成，單層的熱熔膠膜的熔點為50℃-160℃及軟硬度為40A-80A。本發明還提出另一種熱可塑性薄膜，為多層結構，由下而上依序包括第一熱熔膠膜、第二熱熔膠膜及第三熱熔膠膜，且第一熱熔膠膜、第二熱熔膠膜及第三熱熔膠膜的厚度為1：1-2：1，其中熱熔膠膜、第一熱熔膠膜、第二熱熔膠膜及第三熱熔膠膜分別為熱可塑性聚氨酯，且熱可塑性聚氨酯可以是具有芳香族官能基或是具有脂肪族官能基的熱可塑性聚氨酯。

Description

熱可塑性薄膜及其製造方法
本發明有關於熱可塑性薄膜的技術領域，特別是一種藉由改變薄膜結構，以提升剝離強度及耐化學性的熱可塑性薄膜及其製造方法。
在服飾、箱包上經常會使用到彈力膠膜，這些彈力膠膜能夠增強布料的彈性，部分彈力膠膜具有熱熔黏貼特性，能夠對布料等面料進行黏貼，從而能夠減少縫合量，方便加工。
現有的彈力膠膜通常為熱可塑性聚氨酯(TPU)熱熔膠膜，這些彈力膠膜通常是不透氣的，即使個別膜有微孔透氣性能，然而在熱熔貼合後，彈力膠膜上的微孔往往會被堵上而喪失透氣性從而影響相應服飾、箱包的透氣性能，特別是對於彈力膠膜廣泛應用的彈性內衣，會影響穿戴者的舒適度，熱熔溫度愈高愈堵塞的情況愈嚴重，而熱熔溫度過低則會影響彈力膠膜與面料的黏貼牢固度。
用傳統的針線縫合技術應用在成衣業上，從外觀上看，衣服有車縫痕跡，對於使者用在穿著上會影響舒適感。目前市場上的成衣用的熱熔膠膜大多沒有特別強調耐化學性，若要使用在貼身衣物時，則需要考量到使用者使用保養品的情形，避免保養品的成分會影響耐化學性，而降低剝離強度。
根據現有技術的缺陷，本發明的主要目的在於提供一種熱可塑性薄膜，藉由改變熱可塑性薄膜的結構，在熱可塑性薄膜的外層具有可耐化學藥劑浸泡，其內層可與布料貼合以增加熱可塑性薄膜的剝離強度。
根據上述目的，本發明提供一種熱可塑性薄膜的製造方法，包括：提供第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠，其中兩者的熔點及軟硬度與另一者不同；執行共擠出步驟以形成多層的熱塑性結構，其步驟包括：利用第一押出機對第一熱熔膠執行第一共擠出步驟，以形成第一熱熔膠膜、利用第二押出機對第二熱熔膠執行第二共擠出步驟，以形成第二熱熔膠膜、及利用第三押出機對第三熱熔膠執行第三共擠出步驟，以形成第三熱熔膠膜，其中第一熱熔膠膜、第二熱熔膠膜及第三熱熔膠膜形成多層的熱塑性結構，多層的熱塑性結構的中間層為第二熱熔膠膜、多層的熱塑性結構的上層及下層為第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜，及多層的熱塑性結構的上層、中間層及下層的厚度為1：1-2：1；以及執行成膜步驟，利用成型輪使得多層的熱塑性結構冷卻成膜，且控制成型輪的速度以得到所需厚度的多層的熱可塑性薄膜。
在本發明的一較佳實施例中，在執行共擠出步驟之前更包含乾燥步驟，對第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠在乾燥溫度範圍為40℃-70℃進行乾燥，使得第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠的含水率分別小於300ppm。
在本發明的一較佳實施例中，第一押出機、第二押出機及第三押出機分別具有多個溫度區段，第一押出機及第三押出機的多個溫度區段至少為三個溫度區段，其溫度區段依序分別為175℃、205℃及200℃及第二押出機的多 個溫度區段至少為三個溫度區段，其溫度區段依序分別為155℃、175℃及170℃以及第一押出機、第二押出機及第三押出機的T字模(T-Die)模頭溫度為180℃-190℃。
根據上述，本發明還提供另一種熱可塑性薄膜的製造方法，包括：提供熱熔膠，其熔點範圍為50℃-160℃及軟硬度範圍為40A-80A；利用押出機對熱熔膠執行共擠出步驟，以形成單層的熱熔膠膜；及執行成膜步驟，利用成型輪將單層的熱熔膠膜冷卻成膜，且控制成型輪的速度以得到所需厚度的單層的熱可塑性薄膜。
在本發明的一較佳實施例中，執行共擠出步驟之前更包含乾燥步驟，對熱熔膠在乾燥溫度範圍為40℃-70℃進行乾燥，使得熱熔膠的含水率小於300ppm。
在本發明的一較佳實施例中，押出機具有多個溫度區段，且押出機的溫度區段至少為三個溫度區段，其溫度區段依序分別為175℃、205℃及200℃以及押出機的T-Die模頭溫度範圍為180℃-190℃。
根據上述製程步驟，本發明還提出一種熱可塑性薄膜，由單層的熱熔膠膜所構成，單層的熱熔膠膜的熔點範圍為50℃-160℃及軟硬度範圍為40A-80A，其中熱熔膠膜為熱可塑性聚氨酯(TPU)，且熱可塑性聚氨酯可以是具有芳香族官能基或是具有脂肪族官能基的熱可塑性聚氨酯。
根據上述製程步驟，本發明還提出一種熱可塑性薄膜，為多層結構，由下而上依序包括第一熱熔膠膜、第二熱熔膠膜及第三熱熔膠膜，且第一熱熔膠膜、第二熱熔膠膜及第三熱熔膠膜的厚度為1：1-2：1，其中第一熱熔膠膜、 第二熱熔膠膜及第三熱熔膠膜為熱可塑性聚氨酯(TPU)，且熱可塑性聚氨酯可以是具有芳香族官能基或是具有脂肪族官能基的熱可塑性聚氨酯。
在本發明的一較佳實施例中，第一熱熔膠膜與第三熱熔膠膜的熔點範圍為50℃-120℃及軟硬度範圍為60A-80A，及第二熱熔膠膜的熔點範圍為90℃-160℃及軟硬度範圍為40A-60A。
在本發明的一較佳實施例中，第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜的厚度占熱可塑性薄膜的總厚度的40%-100%及第二熱熔膠膜的厚度占熱可塑性薄膜的總厚度的0%-60%。
1、2:熱可塑性薄膜
10:第一熱熔膠膜
12:第二熱熔膠膜
14:第三熱熔膠膜
20:熱熔膠膜
S10-S16:多層的熱可塑性薄膜的製程步驟流程
S20-S26:單層的熱可塑性薄膜的製程步驟流程
圖1表示本發明所揭露的技術，表示多層的熱可塑性薄膜的製程步驟流程示意圖。
圖2是根據圖1的步驟流程圖所形成的多層的熱可塑性薄膜的截面示意圖。
圖3表示本發明所揭露的技術，表示單層的熱可塑性薄膜的製程步驟流程示意圖。
圖4是根據圖3的步驟流程圖所形成的單層的熱可塑性薄膜的截面示意圖。
首先請參考圖1。圖1表示本發明所揭露的技術，表示熱可塑性薄膜的製程步驟流程示意圖。步驟S10：提供第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠，其中上述兩者的熔點與軟硬度與另一者不同。在此步驟中，第一熱熔膠的熔點範圍為50℃-120℃、軟硬度(Shore A)範圍為60A-80A、第二熱熔膠的熔點範圍為90℃-160℃、軟硬度範圍為40A-60A及第三熱熔膠的熔點及軟硬度與第 一熱熔膠相同。在本發明的實施例中，第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠為熱可塑性聚氨酯(TPU)，且熱可塑性聚氨酯可以是具有芳香族官能基或是具有脂肪族官能基的熱可塑性聚氨酯。
接著，步驟S12：對第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠執行乾燥步驟，使得第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠的含水率分別小於300ppm。在此步驟中，對第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠在乾燥溫度範圍為40℃-70℃的條件下分別進行乾燥，此步驟的目的是為了控制第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠的含水率，以避免在後續所形成的熱可塑性薄膜的含水率過高，而降低熱可塑性薄膜的剝離強度。
步驟S14：對第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠執行共擠出步驟，以形成多層的熱塑性結構。在此步驟中，利用第一押出機對第一熱熔膠執行共擠出步驟，以形成第一熱熔膠膜、利用第二押出機對第二熱熔膠執行共擠出步驟，以形成第二熱熔膠膜以及利用第三押出機對第三熱熔膠進執行共擠出步驟，以形成第三熱熔膠膜，上述的共擠出步驟可以是同時進行，在分別擠出第一熱熔膠膜、第二熱熔膠膜及第三熱熔膠膜之後以形成多層的熱塑性結構，其中多層的熱塑性結構中的上層及下層分別為第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜，中間層為第二熱熔膠膜，且其上層、中間層及下層的厚度比為1：2-1：1。在本實施例中，第一押出機、第二押出機及第三押出機具有多個溫度區段。舉例來說，第一押出機、第二押出機及第三押出機的多個溫度區段至少為三個溫度區段，第一押出機的三個溫度區段依序分別為175℃、205℃及200℃、第二押出機的三個溫度區段依序分別為155℃、175℃及170℃，第三押出機的三個溫度區段與第一押出機相同。另外，第一押出機、第二押出機及第三押出機的T字模(T-Die)模頭溫度範圍為180 ℃-190℃，較佳的溫度為185℃。要說明的是，在此步驟是藉由調整第一熱熔膠、第二熱熔膠及第二熱熔膠投入第一押出機、第二押出機及第三押出機的速度、控制第一押出機、第二押出機及第三押出機的各溫度區段的溫度以及T-Die模頭溫度，來調整共擠出之後的多層的熱塑性結構的厚度。
接著於步驟S16：利用成型輪將多層的熱塑性結構冷卻成膜，且控制成型輪的速度以得到所需厚度的多層的熱可塑性薄膜。在此步驟中，將前述步驟所形成的多層的熱塑性結構經由成型輪進行冷卻成膜，且在成膜的過程中控制成型輪的速度為8M/min-10M/min，藉此來調整所需要的成膜厚度，其中M為公尺。最後，將成膜收捲並靜置1-2個工作天的熟成之後，即可得到多層的熱可塑性薄膜。
接著請參考圖2。圖2是根據圖1的步驟流程所形成的多層的熱可塑性薄膜的截面示意圖。在圖2中的多層的熱可塑性薄膜1是依據上述步驟S10-步驟S16製備得到的，相關的物性就不在此重覆。多層的熱可塑性薄膜1由下而上依序為第一熱熔膠膜10、第二熱熔膠膜12及第三熱熔膠膜14，且第一熱熔膠膜10、第二熱熔膠膜12及第三熱熔膠膜14的厚度比為1：1-2：1。此外第一熱熔膠膜10及第三熱熔膠膜14的厚度占多層的熱可塑性薄膜1的總厚度的40%-100%、第二熱熔膠膜12的厚度占多層的熱可塑性薄膜1的總厚度的0%-60%，其中，第一熱熔膠膜10、第二熱熔膠膜12及第三熱熔膠膜14可以是熱可塑性聚氨酯，且熱可塑性聚氨酯可以是具有芳香族官能基或是具有脂肪族官能基的熱可塑性聚氨酯。多層的熱可塑性薄膜1的物性如下表1所列：
Figure 110124211-A0305-12-0006-1
Figure 110124211-A0305-12-0007-2
要說明的是，上述的多層的熱可塑性薄膜1的物性測試方法為ASTM D882，取25.4mm*150mm的多層的熱可塑性薄膜1試片，夾具距離為75mm、速度為300mm/min，取最大力量。上述的ASTM D822為本技術領域的技術人士所熟知的薄膜的物性標準測試方法，在此不多加敘述其測試的步驟和流程。
此外，於本發明的另一實施例中還提供單層的熱可塑性薄膜。如圖3所示。圖3是根據本發明所揭露的技術，表示單層的熱可塑性薄膜的製程步驟流程示意圖。步驟S20：提供熱熔膠。在此步驟中，其熱熔膠是具有熔點範圍為50℃-160℃、較佳的熔點範圍可以是50℃-120℃、另一較優選的熔點範圍是90℃-160℃及軟硬度範圍為40A-80A、較佳的軟硬度範圍為40A-60A、另一較佳的軟硬度範圍為60A-80A的單層的熱熔膠。在此熱熔膠與前述第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠一樣為熱可塑性聚氨酯。接著，步驟S22：對熱熔膠執行乾燥步驟，使得熱熔膠的含水率小於300ppm。同樣的，將熱熔膠與前述步驟S12在相同的乾燥溫度範圍為40℃-70℃的條件下進行乾燥步驟，此步驟的目的是為了控制熱熔膠的含水率，以避免在後續所形成的單層的熱可塑性薄膜的含水率過高，而降低熱可塑性薄膜的剝離強度。步驟S24：對熱熔膠執行共擠出步驟，以形成單層的熱熔膠膜。在此步驟中，利用押出機對熱熔膠執行共擠出步驟， 以形成熱熔膠膜。與前述相同，在此實施例中的押出機具有多個溫度區段，且至少為三個溫度區段。如果在步驟S24所採用的押出機是上述的第一押出機，則其三個溫度區段依序分別為175℃、205℃及200℃；如果採用的是上述的第二押出機，則其三個溫度區段依序分別為155℃、175℃及170℃，而其押出機的T字模(T-Die)模頭溫度範圍為180℃-190℃，較佳的溫度為185℃。在此步驟同樣是利用調整熱熔膠投入押出機的速度、控制押出機的各個溫度區段的溫度以及T-Die模頭溫度，來調整共擠出之後的單層的熱熔膠膜的厚度。步驟S26；利用成型輪將單層的熱熔膠膜冷卻成膜，且控制成型輪的速度以得到所需厚度的單層的熱可塑性薄膜。在此步驟中，將前述步驟所形成的單層的熱熔膠膜經由成型輪進行冷卻成膜，且在成膜的過程中控制成型輪的速度為8M/min-10M/min，藉此來調整所需要的成膜厚度，其中上述的M為公尺。最後，將成膜收捲並靜置1-2個工作天的熟成之後，即可得到單層的熱可塑性薄膜。
接著請參考圖4。圖4是根據圖3的步驟流程所形成的單層的熱可塑性薄膜的截面示意圖。在圖4中的單層的熱可塑性薄膜2是依據上述步驟S20-步驟S26製備得到的，相關的物性就不在此重覆。單層的熱可塑性薄膜2由單層的熱熔膠膜20所構成，其中熱熔膠膜20可以是熱可塑性聚氨酯，且熱可塑性聚氨酯可以是具有芳香族官能基或是具有脂肪族官能基的熱可塑性聚氨酯。其物性如表2所列：
Figure 110124211-A0305-12-0008-3
Figure 110124211-A0305-12-0009-4
在本發明中，在前述製備單層的熱可塑性薄膜2的所有條件設定與製備多層的熱可塑性薄膜1是相同的，因此在進行各樣物性的試驗時，單層的熱可塑性薄膜2與多層的熱可塑性薄膜1可以進行比對。
接著，將多層的熱可塑性薄膜1與單層的熱可塑性薄膜2進行各種物性的比對實驗，藉此來證明多層的熱可塑性薄膜1在改變結構之後將其物性效能提升，並且剝離強度不會因為結構的改變而下降。
首先是將多層的熱可塑性薄膜1與單層的熱可塑性薄膜2進行剝離強度比較，其比較結果如表3所示。
Figure 110124211-A0305-12-0009-5
Figure 110124211-A0305-12-0010-6
由表3可以得知，多層的熱可塑性薄膜1的物性因結構由單層變成三層而改變，但是其剝離強度並沒有因為結構的改變而下降。
接著，將多層的熱可塑性薄膜1與單層的熱可塑性薄膜2進行未水洗及水洗來比較剝離強度，分別如表4及表5所示。
Figure 110124211-A0305-12-0010-7
Figure 110124211-A0305-12-0010-8
由表4及表5對照比較可以得知，多層的熱可塑性薄膜1在未水洗及經過水洗之後的剝離強度相較於單層的熱可塑性薄膜2的剝離強度並沒有太大的差異，這也表示在多層的熱可塑性薄膜1的製程步驟中進行了乾燥步驟來降低第一熱熔膠、第二熱熔膠及第三熱熔膠的含水率，使得在多層的熱可塑性薄膜1進行水洗實驗之後，不會因為熱可塑性薄膜1的結構由一層改變為三層(或是多層)就會降低剝離強度。在本發明中，剝離強度測試方法為ASTM D1876，分別取25.4mm*300mm的多層的熱可塑性薄膜1及單層的熱可塑性薄膜2試片，在夾具距 離為75mm及速度為300mm/min，取平均力量。在此，ASTM D1876為剝離強度的標準測試方法，為本技術領域的技術人士所熟知的薄膜的剝離強度的標準測試方法，在此不多加敘述其測試的步驟和流程。
在本發明中，還將多層的熱可塑性薄膜1及單層的熱可塑性薄膜2進行評估步驟，此評估步驟是將多層的熱可塑性薄膜1與單層的熱可塑性薄膜2分別浸泡在浸泡溶液之後，再利用上述的ASTM D1876測試方法來測試剝離強度，並根據剝離強度的測試結果來判斷耐化學性。其評估步驟包括：分別取多個單層的熱可塑性薄膜2試片及多個多層的熱可塑性薄膜1試片，將不同的浸泡溶液分別塗布在各個單層的熱可塑性薄膜2與透膠膜的貼合處及同樣將不同的浸泡溶液分別塗布在多層的熱可塑性薄膜1與透膠膜的貼合處。放置24小時之後，以ASTM D1876測試方法來分別測試經浸泡後的單層的熱可塑性薄膜2及多層的熱可塑性薄膜1的剝離強度，並且與前述表4中，在120℃剝離強度(cN)條件下，未水洗的單層的熱可塑性薄膜2及未水洗的多層的熱可塑性薄膜1來比較。利用剝離強度來判斷單層的熱可塑性薄膜2及多層的熱可塑性薄膜1的耐化學性。在此試驗中所使用的浸泡溶液為消毒液例如：衣物除菌液洗衣液或手洗液、紅花油(safflower oil)、水楊酸甲酯(methyl salicylate)、漂白水、酸鹼值(pH)為5.5的酸性溶液及酸鹼值為8的鹼性溶液，其耐化學性的測試結果如表6所示。
Figure 110124211-A0305-12-0011-9
Figure 110124211-A0305-12-0012-10
由表6的結果得到相較於表4中未水洗的單層的熱可塑性薄膜2及未水洗的多層的熱可塑性薄膜1，在經過浸泡溶液浸泡之後的多層的熱可塑性薄膜1的耐化學性與單層的熱可塑性薄膜2的耐化學性並沒有太大的差異，且多層的熱可塑性薄膜1的第一層的第一熱熔膠膜10及第三層的第三熱熔膠膜14具備有耐化學性以及第二層(中間層)的第二熱熔膠膜12提供相應的物性，藉此以提升多層的熱可塑性薄膜1的對化學物質的耐化學性。
根據上述可以得知，無論單層的熱可塑性薄膜2或是改變結構之後的多層的熱可塑性薄膜1，都具備耐化學性，且剝離強度也不會因為由單層變為多層而降低，因此無論是單層的熱可塑性薄膜2或是多層的熱可塑性薄膜1均可廣泛的應用於貼身衣物，以增加貼身衣服的使用壽命。
1:熱可塑性薄膜
10:第一熱熔膠膜
12:第二熱熔膠膜
14:第三熱熔膠膜

Claims (1)

  1. 一種熱可塑性薄膜，為一多層結構，由下而上依序包括一第一熱熔膠膜、一第二熱熔膠膜及一第三熱熔膠膜，且該第一熱熔膠膜、該第二熱熔膠膜及該第三熱熔膠膜的一厚度為1：1-2：1，其中該第一熱熔膠膜、該第二熱熔膠膜及該第三熱熔膠膜為熱可塑性聚氨酯，及該熱可塑性聚氨酯可以是具有芳香族官能基或是具有脂肪族官能基的熱可塑性聚氨酯，其中該第二熱熔膠膜的一熔點範圍為90℃-160℃及一軟硬度範圍為40A-60A以及該第一熱熔膠膜與該第三熱熔膠膜的一熔點範圍為50℃-120℃及一軟硬度範圍為60A-80A，其中該多層結構的耐化學性在pH=5.5的酸性溶液中為3272cN及在pH=8的鹼性溶液中為3589cN。
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