Undersøgelse af faseseparation i elastomerhærdede klæbemidler med DMA

Der findes en bred vifte af klæbemidler på markedet i dag, herunder epoxy, silikone, polyuretan, cyanoakrylat, anaerobic og så videre, med anvendelser inden for bil-, bygge-, fly-, elektronik- og medicinsk udstyrsindustrien, ud over kirurgiske og generelle anvendelser i hjemmet. Brugen af klæbemidler i bærende applikationer kræver modstandsdygtighed over for revnedannelse og -vækst, det vil sige sejhed. Mange af de polymerer, der bruges i klæbemidler, er relativt skøre materialer. For at forbedre deres sejhed indarbejdes forskellige fyldstoffer eller hærdningsmidler i limformuleringerne.

Faseseparation opstår under processen med omdannelse af monomer til polymer, dvs. polymerisering eller Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning, af det hærdede klæbemiddel. En forståelse af faseseparationens adfærd under forskellige hærdningsbetingelser og udviklingen af morfologien er vigtige skridt i retning af at identificere mekanismen for faseseparation. Dynamisk mekanisk analyse (DMA) er en alsidig teknik til karakterisering af forskellige polymerblandinger og dermed hærdede klæbemidler. Der findes forskellige testmetoder afhængigt af anvendelsen eller prøvematerialet.

Denne leder opsummerer anvendelsen af NETZSCH DMA 242 E Artemis i undersøgelsen af termiske egenskaber og faseseparation i elastomerhærdede ethylcyanoacrylatklæbende bulkfilm, som blev offentliggjort i detaljer i International Journal of Adhesion and Adhesives i 2020 [1]. Bulkfilm blev hærdet ved stuetemperatur, både med og uden forblandede initiatorer, mellem poly (ethylen) (PE) substrater og i en poly (tetrafluoroethylen) (PTFE) form.

Hærdning af cyanoakrylat (CA)-klæbemidler

Cyanoacrylat (CA)-klæbemidler er unikke blandt de mange klasser af klæbemidler på grund af deres hurtige hærdningshastighed ved stuetemperatur og høje styrke i begrænsede bindinger. Derfor ville det være en stor fordel at hærde disse klæbemiddelsystemer.

Overgange i polymerer kan måles ved at overvåge ændringen i lagringsmodul, ViskositetsmodulDet komplekse modul (viskøse komponent), tabsmodul eller G'', er den "imaginære" del af prøvens samlede komplekse modul. Denne viskøse komponent angiver den væskelignende eller ude af fase reaktion i den prøve, der måles. tabsmodul eller tabsfaktor under en DMA-temperaturscanning. Disse ændringer afhænger af polymerkædernes afslapningsadfærd. En af de vigtigste overgange i polymerer er glasovergangstemperaturen (_Tg), som indikeres af det kraftige fald i lagringsmodulsignalet. Ved denne temperatur viser ViskositetsmodulDet komplekse modul (viskøse komponent), tabsmodul eller G'', er den "imaginære" del af prøvens samlede komplekse modul. Denne viskøse komponent angiver den væskelignende eller ude af fase reaktion i den prøve, der måles. tabsmodul- og tabsfaktorsignalerne en top. Den temperatur, hvor tabsfaktorsignalet (tan δ) når sin højeste værdi, blev valgt som glasovergangstemperatur.

Mens materialer kan bruges over, under og inden for glasovergangsområdet, har klæbemidler en tendens til at blive brugt under, fordi stivheden falder, hvilket betyder, at en klæbende samling ikke længere vil være funktionel.

Blandingen af ethylcyanoacrylat og elastomer vil faseadskilles ved Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning af cyanoacrylatmonomeren. Forøgelsen af cyanoacrylatets molekylvægt fremkalder faseseparation. Hvis der sker en fuldstændig faseseparation af elastomeren, bør der ses to glasovergangstemperaturer i DMA-kurven, dvs. _Tg for den faseseparerede elastomer og _Tg for cyanoacrylatpolymeren.

Der blev identificeret tre områder i DMA-kurverne som vist i figur 2, dvs. ved lav temperatur mellem -55 °C og 0 °C, en skulder mellem 50 °C og 110 °C og et andet område mellem 110 °C og 160 °C.

Ændringen i lagringsmodul og tabsfaktor mellem -55 °C og 0 °C, som svarer til elastomerens glasovergangsområde (separat DMA-scanning af den elastomer, der bruges som ^{hærdemiddel1}), bekræfter, at elastomeren fasesepareres under polymerisationen. Intensiteten af tan δ-toppen viser mængden af den faseseparerede elastomer. Området mellem 110 °C og 160 °C er _Tg-området for poly CA.

Skulderen mellem 50 °C og 110 °C har omtrent samme intensitet for begge prøver. Man mener, at dette område er en blanding af cyanoacrylatmonomer og elastomer. Faseseparationen af elastomeren ophører på det tidspunkt, hvor viskositeten begynder at stige hurtigt. Ved geleringstemperaturen, dvs. overgangen af et materiale fra en flydende til en fast fase, stopper faseseparationen og låser morfologien på plads. For at identificere oprindelsen til området mellem 50 °C og 110 °C blev en prøve af bulkfilmen opvarmet til 110 °C, som anses for at være den øvre grænse for området, efterfulgt af endnu en opvarmning forbi poly CA's _Tg. Efter det^andet opvarmningstrin udjævnedes tan δ-kurven, der svarer til området mellem 50 °C og 110 °C, og der blev observeret en stigning i elastomerens tan δ-top sammen med en stigning i lagringsmodulet. Dette resultat indikerer, at man for at opnå en fuldstændig faseseparation af elastomeren kan anvende en termisk behandling, der består af et trin med opvarmning til 110 °C.

Lignende resultater blev opnået for bulkfilmene, der blev hærdet ved hjælp af initiatorer. Brugen af initiatorer påvirkede dog elastomerens faseseparationsadfærd.

Kilde

[1] Tatiana Ștefanov, Bernard Ryan, Alojz Ivanković, Neal Murphy. (2020). Dynamisk mekanisk analyse af carbon black-fyldte, elastomerhærdede ethylcyanoacrylat-klæbende bulkfilm. International Journal of Adhesion and Adhesives, 101:102630. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102630.