Studio della separazione di fase negli adesivi elastomerizzati con il DMA

Oggi sul mercato esiste un'ampia gamma di adesivi, tra cui epossidici, siliconici, poliuretanici, cianoacrilici, anaerobici e così via, con applicazioni nei settori automobilistico, edile, aeronautico, elettronico e dei dispositivi medici, oltre che chirurgico e domestico. L'uso di adesivi in applicazioni portanti richiede resistenza all'innesco e alla crescita di cricche, cioè tenacità. Molti dei polimeri utilizzati negli adesivi sono materiali relativamente fragili. Per migliorare la loro tenacità, nelle formulazioni degli adesivi vengono incorporate diverse cariche o agenti tenacizzanti.

La separazione di fase avviene durante il processo di conversione del monomero in polimero, cioè laPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione o l'indurimento dell'adesivo tenacizzato. La comprensione del comportamento della separazione di fase in diverse condizioni diPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione e lo sviluppo della morfologia sono passi importanti per identificare il meccanismo della separazione di fase. L'analisi meccanica dinamica (DMA) è una tecnica versatile per la caratterizzazione di varie miscele di polimeri e quindi di adesivi tenacizzati. Sono disponibili diverse modalità di analisi a seconda dell'applicazione o del materiale del campione.

Questo editoriale riassume l'applicazione del DMA 242 E Artemis di NETZSCH nell'indagine delle proprietà termiche e della separazione di fase in film sfusi di adesivi a base di cianoacrilato di etile indurito con elastomero, pubblicata in dettaglio sull'International Journal of Adhesion and Adhesives nel 2020 [1]. I film sfusi sono stati polimerizzati a temperatura ambiente, sia con che senza iniziatori premiscelati, tra substrati di poli (etilene) (PE) e in uno stampo di poli (tetrafluoroetilene) (PTFE).

Indurimento degli adesivi a base di cianoacrilato (CA)

Gli adesivi cianoacrilici (CA) sono unici tra le varie classi di adesivi grazie alla loro rapida velocità diPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione a temperatura ambiente e all'elevata resistenza nei legami confinati. Pertanto, l'indurimento di questi sistemi adesivi rappresenterebbe un grande vantaggio.

Le transizioni nei polimeri possono essere misurate monitorando la variazione del Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo, del Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo di perdita o del fattore di perdita durante una scansione della temperatura DMA. Questi cambiamenti dipendono dal comportamento di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento delle catene polimeriche. Una delle transizioni più importanti nei polimeri è la temperatura di transizione vetrosa (_Tg), indicata dalla forte diminuzione del segnale del Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo. A questa temperatura, i segnali del Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo di perdita e del fattore di perdita mostrano un picco. La temperatura alla quale si verifica il valore massimo del segnale del fattore di perdita (tan δ) è stata scelta come temperatura di transizione vetrosa.

Mentre i materiali possono essere utilizzati al di sopra, al di sotto e all'interno della regione di transizione vetrosa, gli adesivi tendono a essere utilizzati al di sotto, perché la rigidità diminuisce, il che significa che un giunto adesivo non sarà più funzionale.

La miscela di cianoacrilato di etile ed elastomero si separa in fase al momento dellaPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione del cianoacrilato monomero. L'aumento del peso molecolare del cianoacrilato induce la separazione di fase. Se si verifica la completa separazione di fase dell'elastomero, nella curva DMA si dovrebbero osservare due temperature di transizione vetrosa, ossia la_Tg dell'elastomero separato dalla fase e la_Tg del polimero cianoacrilato.

Nelle curve DMA, come mostrato nella Figura 2, sono state identificate tre regioni: a bassa temperatura tra -55°C e 0°C, una spalla tra 50°C e 110°C e un'altra regione tra 110°C e 160°C.

L'esistenza della variazione del Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo e del fattore di perdita tra -55°C e 0°C, che corrisponde alla regione di transizione vetrosa dell'elastomero (scansione DMA separata dell'elastomero utilizzato come agente di ^tempra1), conferma che l'elastomero si è separato in fase durante la polimerizzazione. L'intensità del picco tan δ indica la quantità di elastomero in fase di separazione. La regione compresa tra 110°C e 160°C è la regione_Tg del poli CA.

La spalla tra 50°C e 110°C ha circa la stessa intensità per entrambi i campioni. Si ritiene che questa regione sia una miscela di cianoacrilato monomero ed elastomero. La separazione di fase dell'elastomero cessa nel momento in cui la viscosità inizia a salire rapidamente. Pertanto, alla temperatura di gelificazione, cioè alla transizione di un materiale da una fase liquida a una fase solida, la separazione di fase si arresta e blocca la morfologia. Per identificare l'origine della regione tra 50°C e 110°C, un campione di film sfuso è stato riscaldato a 110°C, considerato il limite superiore della regione, seguito da un secondo riscaldamento oltre la_Tg del poli CA. Dopo la^seconda fase di riscaldamento, la curva tan δ corrispondente alla regione tra 50°C e 110°C si è livellata e si è osservato un aumento del picco tan δ dell'elastomero insieme a un aumento del Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo. Questo risultato indica che per ottenere una completa separazione di fase dell'elastomero, si potrebbe applicare un trattamento termico che consiste in un unico passaggio di riscaldamento a 110°C.

Risultati simili sono stati ottenuti per i film sfusi polimerizzati con iniziatori. Tuttavia, l'uso di iniziatori ha influenzato il comportamento di separazione di fase dell'elastomero.

Fonte

[1] Tatiana Ștefanov, Bernard Ryan, Alojz Ivanković, Neal Murphy. (2020). Analisi meccanica dinamica di film adesivi sfusi di cianoacrilato di etile caricato conNero carboneLa temperatura e l'atmosfera (gas di lavaggio) influiscono sui risultati della variazione di massa. Cambiando l'atmosfera, ad esempio da azoto ad aria, durante la misurazione TGA, è possibile separare e quantificare gli additivi, ad esempio il nerofumo, e il polimero in massa. nero di carbonio e rinforzato con elastomeri. International Journal of Adhesion and Adhesives, 101:102630. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102630.