Menyelidiki pemisahan fase pada perekat yang dikeraskan dengan elastomer dengan DMA

Berbagai macam perekat tersedia di pasaran saat ini, termasuk epoksi, silikon, poliuretan, sianoakrilat, anaerobik, dan sebagainya, dengan aplikasi di industri otomotif, konstruksi, pesawat terbang, elektronik, dan peralatan medis, selain aplikasi bedah dan aplikasi rumah tangga untuk keperluan umum. Penggunaan perekat dalam aplikasi penahan beban membutuhkan ketahanan terhadap inisiasi dan pertumbuhan retak, yaitu ketangguhan. Banyak polimer yang digunakan dalam perekat adalah bahan yang relatif rapuh. Untuk meningkatkan ketangguhannya, berbagai bahan pengisi atau bahan penguat dimasukkan ke dalam formulasi perekat.

Pemisahan fase terjadi selama proses konversi monomer menjadi polimer, yaitu polimerisasi atau Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan, dari perekat yang dikeraskan. Pemahaman tentang perilaku pemisahan fase di bawah kondisi Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan yang berbeda dan pengembangan morfologi merupakan langkah penting untuk mengidentifikasi mekanisme pemisahan fase. Analisis mekanis dinamis (DMA) adalah teknik serbaguna untuk mengkarakterisasi berbagai campuran polimer, dan oleh karena itu perekat yang dikeraskan. Mode pengujian yang berbeda tersedia tergantung pada aplikasi atau bahan sampel.

Editorial ini merangkum penerapan NETZSCH DMA 242 E Artemis dalam penyelidikan sifat termal dan pemisahan fase dalam film curah perekat etil sianoakrilat yang dikeraskan dengan elastomer, yang diterbitkan secara rinci dalam Jurnal Internasional Adhesi dan Perekat pada tahun 2020 [1]. Film curah diawetkan pada suhu kamar, baik dengan dan tanpa inisiator yang telah dicampur sebelumnya, di antara substrat poli (etilena) (PE) dan dalam cetakan poli (tetrafluoroetilena) (PTFE).

Pengerasan perekat sianoakrilat (CA)

Perekat Cyanoacrylate (CA) adalah unik di antara banyak kelas perekat karena kecepatan pengeringannya yang cepat pada suhu kamar dan kekuatannya yang tinggi pada ikatan yang terbatas. Oleh karena itu, ketangguhan sistem perekat ini akan menjadi keuntungan besar.

Transisi dalam polimer dapat diukur dengan memantau perubahan modulus penyimpanan, Modulus kentalModulus kompleks (komponen kental), modulus kehilangan, atau G'', adalah bagian "imajiner" dari sampel dari keseluruhan modulus kompleks. Komponen kental ini menunjukkan respons seperti cairan, atau di luar fase, dari sampel yang sedang diukur. modulus kehilangan, atau faktor kehilangan selama pemindaian suhu DMA. Perubahan ini tergantung pada perilaku RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi rantai polimer. Salah satu transisi terpenting dalam polimer adalah suhu transisi gelas (_Tg), yang ditunjukkan oleh penurunan tajam dalam sinyal modulus penyimpanan. Pada suhu ini, sinyal Modulus kentalModulus kompleks (komponen kental), modulus kehilangan, atau G'', adalah bagian "imajiner" dari sampel dari keseluruhan modulus kompleks. Komponen kental ini menunjukkan respons seperti cairan, atau di luar fase, dari sampel yang sedang diukur. modulus kehilangan dan faktor kehilangan menampilkan puncak. Suhu di mana nilai puncak sinyal faktor kehilangan (tan δ) terjadi, dipilih sebagai suhu transisi kaca.

Meskipun bahan dapat digunakan di atas, di bawah, dan di dalam wilayah transisi kaca, perekat cenderung digunakan di bawah karena kekakuannya menurun, yang berarti sambungan perekat tidak lagi berfungsi.

Campuran etil sianoakrilat dan elastomer akan terpisah secara fasa setelah monomer sianoakrilat mengeras. Peningkatan berat molekul sianoakrilat menginduksi pemisahan fase. Jika pemisahan fase lengkap dari elastomer terjadi, dua suhu transisi gelas harus dilihat pada kurva DMA, yaitu _Tg dari elastomer yang dipisahkan fase dan _Tg dari polimer sianoakrilat.

Tiga daerah diidentifikasi dalam kurva DMA seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, yaitu pada suhu rendah antara -55 ° C dan 0 ° C, bahu antara 50 ° C dan 110 ° C, dan daerah lain antara 110 ° C dan 160 ° C.

Adanya perubahan modulus penyimpanan dan faktor kehilangan antara -55°C dan 0°C, yang sesuai dengan daerah transisi gelas elastomer (pemindaian DMA terpisah dari elastomer yang digunakan sebagai bahan ^penguat1), menegaskan bahwa fasa elastomer terpisah selama polimerisasi. Intensitas puncak tan δ menunjukkan jumlah elastomer yang terpisah fase. Daerah antara 110°C dan 160°C adalah daerah _Tg dari poli CA.

Bahu antara 50°C dan 110°C memiliki intensitas yang hampir sama untuk kedua sampel. Diperkirakan bahwa wilayah ini merupakan campuran monomer cyanoacrylate dan elastomer. Pemisahan fase elastomer berhenti pada saat viskositas mulai meningkat dengan cepat. Dengan demikian, pada suhu gelasi, yaitu transisi material dari fase cair ke fase padat, pemisahan fase berhenti dan mengunci morfologi pada tempatnya. Untuk mengidentifikasi asal mula daerah antara 50°C dan 110°C, sampel film curah dipanaskan hingga 110°C, yang dianggap sebagai batas atas daerah tersebut, diikuti dengan pemanasan kedua yang melewati _Tg poli CA. Setelah langkah pemanasan^kedua, kurva tan δ yang sesuai dengan wilayah 50 ° C dan 110 ° C, mendatar dan peningkatan puncak tan δ elastomer bersama dengan peningkatan modulus penyimpanan diamati. Hasil ini menunjukkan bahwa untuk mendapatkan pemisahan fase elastomer yang lengkap, perlakuan termal yang terdiri dari satu langkah pemanasan hingga 110 ° C dapat diterapkan.

Hasil yang sama diperoleh untuk film curah yang diawetkan menggunakan inisiator. Namun, penggunaan inisiator mempengaruhi perilaku pemisahan fase elastomer.

Sumber

[1] Tatiana Ștefanov, Bernard Ryan, Alojz Ivanković, Neal Murphy. (2020). Analisis mekanis dinamis dari film curah perekat etil sianoakrilat yang diisi Karbon HitamSuhu dan atmosfer (gas pembersih) memengaruhi hasil perubahan massa. Dengan mengubah atmosfer dari, misalnya, nitrogen ke udara selama pengukuran TGA, pemisahan dan kuantifikasi aditif, misalnya, karbon hitam, dan polimer curah dapat dilakukan. karbon hitam dan dikeraskan dengan elastomer. Jurnal Internasional Adhesi dan Perekat, 101:102630. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102630.