缺，缺。（圖片來源：種子發）缺

科學發展 2019年 7月│ 559期 27

◎ 康峻嘉

感壓膠膠帶、自黏標籤、OK繃及隨意貼便條紙都用到感壓膠。這些小東西有什麼學問嗎？感壓膠 1845年首次出現，用來包紮傷口。但是再經過一百多年，

到 1966∼ 1986的 20年間，「感壓膠科學」才成熟。

Science Development

資料來源：Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol.13, 1988, p.349.

把膠帶與重物放在烘箱內慢慢升溫，直到膠帶掉落，

記錄掉落的溫度作為保持力的指標。（資料來源：

Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol.13, John Wiley & Sons, 1988.）

量測保持力的方法

橡膠型感壓膠的現代配方

成分 份數（phr） 配方中的角色

天然橡膠 100 彈性體

氫化松香樹脂 100 增黏劑

抗氧化劑 2 抗氧化劑

鉻鋼

黏貼位置

砝碼

掛點

膠帶

缺

科學發展 2019年 7月│ 559期28

感壓膠的組成與物性

感壓膠有文獻可考的歷史可以追溯到

1845年的美國專利（US Pat. 3,965），比愛迪生發明電燈更早（US Pat. 223,898，1890年），兩位藥師（也有文獻說是外科醫生）William H. Shecut與 Horace H. Day發現讓天然橡膠變黏的方法。這個專利一路轉賣及改進，最後落到

Johnson & Johnson兩兄弟手中，成了今日的Band-AidTM，也就是習稱的「OK繃」。天然橡膠由於價格便宜，目前仍在使用，配方更簡化，

但「感壓膠＝彈性體＋增黏劑」的配方架構 未變。

感壓膠的基本配方包括：彈性體、增黏劑、

抗氧化劑，可以說感壓膠＝黏著力經過調整的

彈性體。因此感壓膠的主角是彈性體，也是按

照彈性體的材質分類。早期的配方清一色是天

然橡膠＋增黏劑，但因為天然橡膠分子含有雙

鍵，容易變黃及脆化，其他人造彈性體陸續開

發出來，如壓克力、苯乙烯橡膠、PU膠。較特殊者尚有矽膠、丁二烯橡膠等。

另一關鍵成分增黏劑是一種低分子量

（300∼ 3,000之間），玻璃轉移溫度（Tg）範

圍攝氏 0∼ 160度的物質。增黏劑與感壓膠密不可分，由於發現了增黏劑才使感壓膠成為 可能。

評斷感壓膠性能的 3個基本項目是：初黏力（tack）、剪切強度（shear）、剝離力（peel）。依不同的用途，調整這 3項物性是感壓膠配方技術的目的。調整配方的方法至今仍是半經驗

─半理論的結合。

初黏力與剝離力常造成混淆，初黏力強調

一接觸就立刻分開的「瞬間」黏著力，因此稱

為「初」黏力。剝離力則是黏好，放置 24小時後再撕開，時間長短差異造成兩者黏彈性的表

現不同。蒼蠅觸及捕蠅紙的剎那一定會奮力擺

動試圖掙脫，捕蠅紙這種「瞬間」的黏力是初

黏力。相對地，膠帶雖然黏不住蒼蠅，卻可以

固定比蒼蠅更重的東西！可見兩種黏力不同，

膠帶的黏力是剝離力。

剪切強度也稱為保持力，強調長時間受力

模式，例如黏在牆上的掛鉤長期掛著重物就需

要保持力。由於保持力強調的是長時間受力，

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缺，缺。（圖片來源：種子發）缺

缺、缺缺

缺

控制分子的快慢兩種運動性，使材料兼具液體與固體的特性， 這是開發感壓膠配方所用的方法。

科學發展 2019年 7月│ 559期 29

與前述初黏力及剝離力相較，保持力的時間最

長，這個長時間（低頻）的特徵決定了其黏彈

特性。

黏彈性理論

感壓膠是戴著面具的黏彈性理論。

──佚名

為了與被貼物緊密接觸，貼的時候感壓膠

最好如液體般可自由流動。但液體沒有強度，

而撕開時又必須有像固體般的強度，能夠抵抗

撕開的外力，因此感壓膠必須兼具液體與固體

的特性，這類物質稱為「黏彈材料」。

黏彈材料的祕密在其分子有快慢兩種運動

方式，使其兼具液體與固體的特性。化學鍵的

長度與鍵角可因應外力作用快速改變（約 10－12

秒），較慢的運動則須借助溫度。高溫使分子

活潑易動，在外力作用下，能夠 5∼12個鏈段一起團體運動，快慢兩種運動何者占優勢取決

於分子活潑的程度。而分子活潑的程度與分子

結構、添加劑、溫度及外力的頻率都有關係。

透過這些方式可以控制分子的快慢兩種運動

性，使材料兼具液體與固體的特性，這也是開

發感壓膠配方所用的方法。 溫度對分子運動有很大的影響，其中一個

關鍵是上述「讓 5∼12個鏈段一起運動」的溫度，稱為「玻璃轉變溫度（Tg）」。在遠低於 Tg

的溫度時，團體運動凍結，僅化學鍵的長度與

鍵角仍可快速變化，材料剛硬如玻璃，稱為玻

璃態。溫度升高到 Tg以上時，除了鍵長與鍵

角的變化外，團體運動開始活躍，最顯著的改

變是剛性降低 100∼ 1,000倍，成為柔軟的材料，稱為橡膠態。溫度繼續升高時，材料變成

如液態般開始流動，這一系列的變化常記錄為

「剛性（縱軸）vs.溫度（橫軸）」的圖譜。動態流變分析儀可量測儲存模數（G′）、

損耗模數（G″）及 tanδ（＝ G″／ G′）數值，是研究材料的黏彈特性最常用的儀器。G′愈大

愈像固體，G″愈大則能量損失愈多。理想的感壓膠是「貼的時候像液體，撕開時又像固體」，

感壓膠撕開時，由於拉長變形而損耗能量，損

耗的能量多，剝離力也會跟著提高。因此理想

感壓膠的 G′值要低，G″值要高。以球的彈跳解釋 G′與 G″。球可以回彈的

高度和 G′有關，稱為「儲存模數」。這裡的 「儲存」是指暫時儲存起來，還可以再回收。

黏彈材料的剛硬或柔軟受溫度影響很大。剛硬或柔軟

程度用剛性係數表示，而動態流變分析儀常用來記錄

剛性係數隨溫度的變化。

球的彈回高度與 G′有關，損失的高度與 G″有關。（圖片來源：Introduction to Physical Polymer Science, L. H. Sperling, 1986）。

108

107

106

105

104

103

102

10

10

8

6

4

2

0

tanδ

玻璃區

轉變區 橡膠區 流動區

（Pa）

–40℃ 0℃ 40℃ 80℃ 120℃ 160℃

tan δ

G′　

G′　

G″

G″

剛性係數

Science Development

Carl A. Dahlquist提出一個經驗法則：感壓膠的 G′須小於 105 Pa才有足夠的初黏力。經過 50年的驗證，這規則已被普遍接受，稱為「Dahlquist 準則」。（圖片來源：3M網站）

缺

科學發展 2019年 7月│ 559期30

而球無法彈回到原來高度意謂著過程中有能量

損失，損失的高度和 G″有關，因此稱為「損耗模數」。拿橡皮筋靠著嘴唇，兩手一拉一鬆，

約 20次之後，嘴唇會感覺溫溫的，原因是在拉鬆變形的過程中，橡皮筋分子間摩擦生熱，

G″可視為「分子間的摩擦」所損耗的熱。

傳統的經驗法則

感壓膠的歷史雖然可以追溯到 1845年，但業界一般認為「感壓膠科學」肇始於1966年。3M的研究人員 Carl A. Dahlquist在那年提出一個經驗法則：感壓膠的 G′須小於 105 Pa才有足夠的初黏力。經過 50年的驗證，這規則已被普遍接受，稱為「Dahlquist 準則」。

除了實用之外，Dahlquist準則指出感壓膠與「黏彈性理論」之間的關聯，影響了往後的

研究方向，感壓膠的標準語言從此變成「黏彈

性理論」。在正確理論的指引下，感壓膠技術

在短短 1966∼ 1986的 20年間迅速達到巔峰。Dahlquist準則成立的理由是感壓膠的初黏

力來自分子間的短程作用力，這些作用力（偶

極矩、氫鍵、凡得瓦爾力）都必須在如分子大

小的距離（約 0.5奈米）才能發揮作用，因此Dahlquist 準則可以說是發生「分子級接觸」的標準。

除了前述的 Dahlquist準則外，玻璃轉變溫度必須在適當範圍。研究人員在 1986年提出「感壓膠窗口」概念作為感壓膠的必備條件：

儲存模數（G′）必須滿足 Dahlquist準則，而且玻璃轉變溫度＋ 50約等於使用溫度。若彈性體素材的性質並不在「窗口」內，就需添加增黏

劑或可塑劑使進入「窗口」內，「窗口」概念

已經被普遍當作調整感壓膠配方的基本依據。

之前曾提過：「感壓膠＝黏著力經過調整

的彈性體」，由於大多數彈性體的 G′都高於Dahlquist準則（105 Pa），添加增黏劑與可塑劑都可以調整感壓膠的黏著性，但兩者的效果

不同。增黏劑可提高 Tg及降低 G′（兩種效應同時發生），而可塑劑只會降低 G′。

由於發現了增黏劑才發展出感壓膠，物如

其名，增黏劑是用來增加黏性的成分，增黏劑

改變了彈性體的 G′與 Tg，因而產生增黏效果。

剝離力與保持力

證明「Dahlquist準則」是初黏力的依據

之後，研發人員企圖由黏彈特性預測剝離力。

「感壓膠窗口」以儲存模數（G′）為縱軸，溫度為橫軸，G′與 Tg必須落在「窗口」內才具有感壓膠的物性。（圖

片來源：Cray Valley Wingtack Application Guide, 2008）

彈性體素材

感壓膠

窗口

　　　　　 –10 ＋ 10 Tg（℃）

＋增黏樹脂

＋塑化劑

G′（Pa）　

1.0×105

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壓克力感壓膠球塗布後的示意圖

圖片來源：3M網站

缺

康峻嘉昇明國際股份有限公司

科學發展 2019年 7月│ 559期 31

感壓膠撕開時，由於拉長變形而損耗能量。 理論上，G″值大意謂著消耗的能量多，剝離力也會跟著提高。然而實際上，至今仍無法由

G″值預測感壓膠的剝離力。目前對於剝離力的預測僅止於經驗公式，且只能針對個別的彈性

體，適用於所有膠系的「普遍公式」尚未出現。

長期受力的感壓膠要求保持力，這可以用

黏性掛勾與標籤的對比來說明。自黏標籤講究

初黏力，但因為無荷重的需要，對保持力並不

重視；反之，掛勾須承受吊掛的重量，因此要

求較佳的保持力，對於初黏力反而不重視。

感壓膠的保持力只與彈性體的交聯及分子

量有關，提升交聯度或分子量都會增加G′值，G′值愈高，保持力也愈大。然而，Dahlquist準則告訴我們，提高 G′值會降低初黏力，這是感壓膠配方必須面對的取捨。

感壓膠應用例與趣談

可撕型感壓膠　可撕型是「貼了之後還要

撕開」的意思，既然還要撕開就不能太黏，免

得破壞貼覆材質的表面。換句話說，可撕型感

壓膠是比較不黏的膠。降低剝離力常用的方法

有兩種：提高 G′值（例如故意違反 Dahlquist準則）、減少接觸面積。

可撕型感壓膠最流行的產品就是利貼便條

紙。3M的化學家 Silver發明壓克力感壓膠球，而Merrill把壓克力膠球塗在紙上成為可撕的貼紙。只有大膠球形成接觸點減少了接觸面

積，因而限制了剝離力。

雖然已經開發出利貼便條紙的技術，但是

由於壓克力膠球的成本高，產品乏人問津。一

直到了 Arthur Fry捨棄壓克力膠球，改用噴塗法，利用塗膠量控制接觸面積，才使利貼便條

紙成為價廉物美，廣受歡迎的成功商品（US Pat. 5,194,299／1993）。

紅梅揚姿　華航在民國 84年把尾翼的國旗改成梅花（取名「紅梅揚姿」，而且選在

國慶日造勢，但由於時間倉促，來不及噴漆塗

裝，決定用黏貼的。帶著新的梅花標誌 10月7日首飛洛杉磯，沒想到飛機在洛杉磯降落之後，尾翼的梅花竟然不翼而飛─不見了！

華航可說是 Dahlquist準則的受害者！波音 747的巡航高度約 35,000英尺（10,000公尺），這個高度的溫度在零下 30∼ 40度，低溫使 G′值升高而失去黏性。目前梅花已改用噴漆，不會脫落了。

圖片來源： Steven Corres et.al.,“Controlling peel adhesion via heterogeneous （microsphere） PSA systems. National Starch, 2001.”

感壓膠黏著劑細膠球

3M 利貼便條紙發明者：

Arthur Fry，頭上貼的正

是他的傑作。

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