Étude de la séparation des phases dans les adhésifs durcis à l'élastomère à l'aide de la DMA

Il existe aujourd'hui sur le marché une large gamme d'adhésifs, notamment des époxydes, des silicones, des polyuréthanes, des cyanoacrylates, des anaérobies, etc., qui trouvent des applications dans les secteurs de l'automobile, de la construction, de l'aéronautique, de l'électronique et des appareils médicaux, ainsi que dans les applications chirurgicales et domestiques d'usage général. L'utilisation d'adhésifs dans des applications porteuses exige une résistance à l'apparition et à la croissance de fissures, c'est-à-dire une ténacité. De nombreux polymères utilisés dans les adhésifs sont des matériaux relativement fragiles. Pour améliorer leur ténacité, différents agents de remplissage ou de renforcement sont incorporés dans les formulations des adhésifs.

La séparation des phases se produit au cours du processus de conversion du monomère en polymère, c'est-à-dire lors de la polymérisation ou du Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement de l'adhésif renforcé. La compréhension du comportement de la séparation de phase dans différentes conditions de Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement et le développement de la morphologie sont des étapes importantes vers l'identification du mécanisme de séparation de phase. L'analyse mécanique dynamique (DMA) est une technique polyvalente qui permet de caractériser divers mélanges de polymères et, par conséquent, les adhésifs renforcés. Différents modes d'essai sont disponibles en fonction de l'application ou du matériau de l'échantillon.

Cet éditorial résume l'application du DMA 242 E Artemis ( NETZSCH ) dans l'étude des propriétés thermiques et de la séparation de phase dans les films en vrac d'adhésifs à base de cyanoacrylate d'éthyle renforcés par des élastomères, qui a été publiée en détail dans l'International Journal of Adhesion and Adhesives en 2020 [1]. Les films en vrac ont été polymérisés à température ambiante, avec et sans initiateurs prémélangés, entre des substrats en poly (éthylène) (PE) et dans un moule en poly (tétrafluoroéthylène) (PTFE).

Durcissement des adhésifs à base de cyanoacrylate (CA)

Les adhésifs cyanoacrylates (CA) sont uniques parmi les nombreuses classes d'adhésifs en raison de leur vitesse de Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement à température ambiante et de leur grande résistance dans les liaisons confinées. Par conséquent, le Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement de ces systèmes adhésifs serait un grand avantage.

Les transitions dans les polymères peuvent être mesurées en surveillant le changement du module de stockage, du Module visqueuxLe module complexe (composante visqueuse), module de perte ou G'', est la partie "imaginaire" du module complexe global des échantillons. Cette composante visqueuse indique la réponse liquide ou déphasée de l'échantillon mesuré. module de perte ou du facteur de perte au cours d'un balayage de température DMA. Ces changements dépendent du comportement de relaxation des chaînes de polymères. L'une des transitions les plus importantes dans les polymères est la température de transition vitreuse (_Tg), qui est indiquée par la forte diminution du signal du module de stockage. À cette température, les signaux du Module visqueuxLe module complexe (composante visqueuse), module de perte ou G'', est la partie "imaginaire" du module complexe global des échantillons. Cette composante visqueuse indique la réponse liquide ou déphasée de l'échantillon mesuré. module de perte et du facteur de perte présentent un pic. La température à laquelle la valeur maximale du signal du facteur de perte (tan δ) est atteinte a été choisie comme température de transition vitreuse.

Alors que les matériaux peuvent être utilisés au-dessus, au-dessous et dans la région de transition vitreuse, les adhésifs ont tendance à être utilisés au-dessous parce que la rigidité diminue, ce qui signifie qu'un joint adhésif ne sera plus fonctionnel.

Le mélange de cyanoacrylate d'éthyle et d'élastomère se sépare en phase lors du durcissement du monomère cyanoacrylate. L'augmentation du poids moléculaire du cyanoacrylate induit une séparation de phase. Si la séparation de phase de l'élastomère est complète, deux températures de transition vitreuse devraient apparaître dans la courbe DMA, à savoir la _Tg de l'élastomère séparé en phase et la _Tg du polymère de cyanoacrylate.

Trois régions ont été identifiées dans les courbes DMA, comme le montre la figure 2, c'est-à-dire à basse température entre -55°C et 0°C, un épaulement entre 50°C et 110°C, et une autre région entre 110°C et 160°C.

L'existence de la variation du module de stockage et du facteur de perte entre -55°C et 0°C, qui correspond à la région de transition vitreuse de l'élastomère (analyse DMA séparée de l'élastomère utilisé comme agent de ^trempe1), confirme que l'élastomère s'est séparé en phase au cours de la polymérisation. L'intensité du pic tan δ indique la quantité d'élastomère séparé en phase. La région comprise entre 110°C et 160°C est la région _Tg du poly CA.

L'épaulement entre 50°C et 110°C a à peu près la même intensité pour les deux échantillons. On pense que cette région est un mélange de monomère de cyanoacrylate et d'élastomère. La séparation de phase de l'élastomère cesse au moment où la viscosité commence à augmenter rapidement. Ainsi, à la température de gélification, c'est-à-dire la transition d'un matériau d'une phase liquide à une phase solide, la séparation de phase s'arrête et verrouille la morphologie. Pour identifier l'origine de la région entre 50°C et 110°C, un échantillon de film en vrac a été chauffé à 110°C, ce qui est considéré comme la limite supérieure de la région, suivi d'un second chauffage au-delà de la _Tg du poly CA. Après la^deuxième étape de chauffage, la courbe tan δ correspondant à la région de 50°C et 110°C s'est stabilisée et une augmentation du pic tan δ de l'élastomère ainsi qu'une augmentation du module de stockage ont été observées. Ce résultat indique que pour obtenir une séparation de phase complète de l'élastomère, un traitement thermique consistant en une étape de chauffage à 110°C pourrait être appliqué.

Des résultats similaires ont été obtenus pour les films en vrac durcis à l'aide d'initiateurs. Cependant, l'utilisation d'initiateurs a affecté le comportement de séparation de phase de l'élastomère.

Source

[1] Tatiana Ștefanov, Bernard Ryan, Alojz Ivanković, Neal Murphy. (2020). Analyse mécanique dynamique des films en vrac adhésifs en cyanoacrylate d'éthyle chargés de Noir de carboneLa température et l'atmosphère (gaz de purge) affectent les résultats du changement de masse. En changeant l'atmosphère, par exemple de l'azote à l'air, pendant la mesure TGA, il est possible de séparer et de quantifier les additifs, par exemple le noir de carbone, et le polymère en vrac.noir de carbone et durcis par des élastomères. International Journal of Adhesion and Adhesives, 101:102630. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102630.