Investigação da separação de fases em adesivos endurecidos por elastômeros com DMA

Atualmente, existe uma grande variedade de adesivos no mercado, incluindo epóxis, silicones, poliuretanos, cianoacrilatos, anaeróbicos, etc., com aplicações nos setores automotivo, de construção, aeronáutico, eletrônico e de dispositivos médicos, além de aplicações cirúrgicas e domésticas de uso geral. O uso de adesivos em aplicações de suporte de carga requer resistência ao início e ao crescimento de rachaduras, ou seja, resistência. Muitos dos polímeros usados em adesivos são materiais relativamente frágeis. Para melhorar sua resistência, diferentes cargas ou agentes de endurecimento são incorporados às formulações de adesivos.

A separação de fases ocorre durante o processo de conversão do monômero em polímero, ou seja, a polimerização ou Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações em que as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura do adesivo endurecido. A compreensão do comportamento da separação de fases sob diferentes condições de Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações em que as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura e o desenvolvimento da morfologia são etapas importantes para identificar o mecanismo de separação de fases. A análise mecânica dinâmica (DMA) é uma técnica versátil para caracterizar várias misturas de polímeros e, portanto, adesivos endurecidos. Há diferentes modos de teste disponíveis, dependendo da aplicação ou do material da amostra.

Este editorial resume a aplicação do NETZSCH DMA 242 E Artemis na investigação das propriedades térmicas e da separação de fases em filmes em massa de adesivo de cianoacrilato de etila endurecido com elastômero, que foi publicado em detalhes no International Journal of Adhesion and Adhesives em 2020 [1]. Os filmes em massa foram curados à temperatura ambiente, com e sem iniciadores pré-misturados, entre substratos de poli (etileno) (PE) e em um molde de poli (tetrafluoroetileno) (PTFE).

Endurecimento de adesivos de cianoacrilato (CA)

Os adesivos de cianoacrilato (CA) são únicos entre as muitas classes de adesivos devido à sua rápida velocidade de Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações em que as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura em temperatura ambiente e à alta resistência em ligações confinadas. Portanto, o endurecimento desses sistemas adesivos seria uma grande vantagem.

As transições em polímeros podem ser medidas pelo monitoramento da alteração no Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento, no Módulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo de perda ou no fator de perda durante uma varredura de temperatura de DMA. Essas alterações dependem do comportamento de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento das cadeias de polímero. Uma das transições mais importantes nos polímeros é a temperatura de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea (_Tg), que é indicada pela diminuição acentuada do sinal do Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento. Nessa temperatura, os sinais do Módulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo de perda e do fator de perda apresentam um pico. A temperatura na qual ocorreu o valor de pico do sinal do fator de perda (tan δ) foi escolhida como a temperatura de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea.

Embora os materiais possam ser usados acima, abaixo e dentro da região de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea, os adesivos tendem a ser usados abaixo porque a rigidez diminui, o que significa que uma junta adesiva não será mais funcional.

A mistura de cianoacrilato de etila e elastômero se separará em fases após a Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações em que as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura do monômero de cianoacrilato. O aumento do peso molecular do cianoacrilato induz à separação de fases. Se ocorrer a separação completa da fase do elastômero, duas temperaturas de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea deverão ser observadas na curva de DMA, ou seja, a _Tg do elastômero com separação de fase e a _Tg do polímero de cianoacrilato.

Foram identificadas três regiões nas curvas de DMA, conforme mostrado na Figura 2, ou seja, a baixa temperatura entre -55°C e 0°C, um ombro entre 50°C e 110°C e outra região entre 110°C e 160°C.

A existência da alteração no Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento e no fator de perda entre -55°C e 0°C, que corresponde à região de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea do elastômero (varredura DMA separada do elastômero usado como agente de ^{endurecimento1}), confirma que o elastômero se separou durante a polimerização. A intensidade do pico tan δ mostra a quantidade de elastômero separado por fase. A região entre 110°C e 160°C é a região _Tg do poli CA.

O ombro entre 50°C e 110°C tem aproximadamente a mesma intensidade para ambas as amostras. Acredita-se que essa região seja uma mistura de monômero de cianoacrilato e elastômero. A separação de fases do elastômero cessa no momento em que a viscosidade começa a aumentar rapidamente. Assim, na temperatura de gelificação, ou seja, na transição de um material de uma fase líquida para uma fase sólida, a separação de fases é interrompida e mantém a morfologia no lugar. Para identificar a origem da região entre 50°C e 110°C, uma amostra de filme em massa foi aquecida a 110°C, que é considerado o limite superior da região, seguido de um segundo aquecimento após a _Tg do poli CA. Após a^segunda etapa de aquecimento, a curva tan δ correspondente à região de 50°C e 110°C se estabilizou e foi observado um aumento no pico tan δ do elastômero, juntamente com um aumento no Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento. Esse resultado indica que, para obter uma separação de fase completa do elastômero, pode ser aplicado um tratamento térmico que consiste em uma etapa de aquecimento a 110°C.

Resultados semelhantes foram obtidos para os filmes em massa curados com o uso de iniciadores. No entanto, o uso de iniciadores afetou o comportamento de separação de fase do elastômero.

Fonte

[1] Tatiana Ștefanov, Bernard Ryan, Alojz Ivanković, Neal Murphy. (2020). Dynamic mechanical analysis of carbon black filled, elastomer-toughened ethyl cyanoacrylate adhesive bulk films. International Journal of Adhesion and Adhesives, 101:102630. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102630.