Basınca duyarlı yapıştırıcıların kimyası - Chemistry of pressure-sensitive adhesives - Wikipedia

basınca duyarlı yapıştırıcıların kimyası ile ilişkili kimya bilimini tanımlar basınca duyarlı yapıştırıcılar (PSA). PSA bantları ve etiketler günlük yaşamın önemli bir parçası haline geldi. Bunlar, kağıt gibi bir arkalığa yapıştırılmış yapışkan malzemeye dayanır veya plastik film.

Yapışkan malzemenin doğal yapışkanlığı ve düşük yüzey enerjisi Bu bantlar, kağıt, ahşap, metaller ve seramikler dahil olmak üzere hafif basınç uygulandığında çeşitli alt tabakalara yerleştirilebilir.

Bantların tasarımı, uzun hizmet ömrü ihtiyacının dengesini ve sıcaklık, UV'ye maruz kalma, mekanik aşınma, substrat yüzeyinin kirlenmesi ve yapışkan bozulması dahil olmak üzere çeşitli çevresel ve insan etkilerine uyum gerektirir.^[1]

Kompozisyon

Tipik bir PSA bandı, bir destek malzemesine kaplanmış basınca duyarlı bir yapışkandan (bandın yapışkan kısmı) oluşur. Yapışkanın bir rulo halinde sarıldığında arkalığa yapışmasını önlemek için serbest bırakma ajanı desteğe veya bir serbest bırakma astarı yapıştırıcı üzerine yerleştirilir. Bazen yapıştırıcı ile arkalık arasına bağı artıran bir astar kaplanır.

Ortak yapıştırıcılar

Tablo 1: Bant Yapıştırıcılarda Kullanılan Tipik Akrilat Monomerlerin Cam Geçiş Sıcaklıkları ve Yüzey Enerjileri

Madde	${ displaystyle {T_ {g}}}$ (K)	${ displaystyle gamma}$ (${ displaystyle {mJ m ^ üzerinde {2}}}$)
2-etilheksil akrilat	223	29.7[2]
n-butil akrilat	219	32.8[2]
metil akrilat	286[3]	39.8[2]
t-butil metakrilat	503	30.5[2]

Yapısı

Basınca duyarlı yapıştırıcılar viskoelastik polimerler ile reoloji ihtiyaç duyulan bağlanma ve bağ çözme özelliklerine göre ayarlanmış.^[4] Yapıştırıcı yapmak için kullanılan tipik malzemeler şunları içerir:

• akrilat polimer,^[5]
• kauçuk da doğal kauçuk veya sentetik termoplastik elastomer
• silikon lastik
• ve diğerleri

Bu malzemeler genellikle bir yapışkan oda sıcaklığında kalıcı yapışma ("kapma gücü") üretmek,^[5][6][7] biraz deforme olabilir, düşük yüzey enerjisi,^[5] ve neme dayanıklıdır.^[8] Bu gereksinimleri karşılamak için, bu malzemeler tipik olarak düşük çapraz bağlama yoğunluğu, düşük viskozite (η <10.000 cP),^[5] ve geniş moleküler ağırlık dağılımı^[5] yapışkan malzemenin çeşitli sıcaklıklar ve soyulma koşulları altında alt tabakanın pürüzlü yüzeyine deformasyonunu sağlamak için.

Yapıştırıcıyı genellikle iki bileşen içerir: yüksek yapışkan ve düşük yapışkan malzeme. Yüksek yapışkanlık malzemesi, düşük cam değişim ısısı ve yüksek dolaşıklık moleküler ağırlık düşük yapışkanlıktaki polimer, yüksek cam geçiş sıcaklığına ve düşük dolaşma moleküler ağırlığa sahiptir.^[5] Yüksek yapışkan malzeme, yapışkanın yaklaşık% 95'ini oluşturur ve yapışkanın yapışkanlığının çoğunu sağlar.^[5] Bu 2 bileşene ek olarak, yüzey aktif maddeler genellikle yapışkanın yüzey enerjisini azaltmak ve yüksek yüzey enerjili substratlara (metaller, diğer polimerik malzemeler) yapışmayı kolaylaştırmak için eklenir.^[9]Tipik akrilat monomerlerin listesi ve cam geçiş sıcaklıkları (${ displaystyle {T_ {g}}}$) ve yüzey enerjileri (${ displaystyle gamma}$) Tabloda gösterilmiştir.^[10] ${ displaystyle T_ {g}}$ akrilat monomerlerinin ikili bir yapışkan karışımı, Gordon-Taylor denklemi kullanılarak tahmin edilebilir, burada ${ displaystyle { phi _ {1}}}$ ve ${ displaystyle { phi _ {2}}}$ homopolimerlerin cam geçiş sıcaklıklarına sahip hacim fraksiyonlarıdır ${ displaystyle {T_ {g, 1}}}$ ve ${ displaystyle {T_ {g, 2}}}$, sırasıyla.

${ displaystyle {T_ {g}} = { phi _ {1} T_ {g, 1}} + { phi _ {2} T_ {g, 2}}}$ [Gordon-Taylor Denklemi]

Üretim

Yapışkan bantlarda kullanılan poliakrilatlar kolaylıkla sentezlenir. serbest radikal polimerizasyonu.^[5] Bu polimerizasyonlar, azo ve peroksit bazlı başlatıcılar kullanılarak termal veya foto katalitik olarak başlatılabilir.^[5] Bu tür polimerizasyonlar, suya dayanıklı, homojen bir kaplama üretmek için tipik olarak çözücü içinde gerçekleştirilir.^[5] Su geçirgen yapıştırıcılar istenmediğinden yapıştırıcılar, yapıştırıcıya su veren emülsiyon polimerizasyonu ile sentezlenmez.

Ortak bileşenler

Destek

Yapıştırıcı, kağıt, folyo, kumaş veya kağıt gibi esnek bir malzeme (destek) üzerine kaplanır. plastik film (gibi çift ​​eksenli yönlendirilmiş polipropilen veya polivinil klorür^[5][7]) mukavemet sağlamak ve yapıştırıcıyı nem, sıcaklık ve ultraviyole ışık gibi çevresel faktörler tarafından bozulmaya karşı korumak için. Destek gerilme mukavemeti, uzama, sertlik ve yırtılma direnci, bandın amaçlanan kullanımına uygun hale getirilebilir. Yapıştırıcı, yüzey işlemleri, astarlar, ısıtma veya UV kürleme yoluyla arkalığa bağlanabilir.^[5]

Bırakma kaplaması

Bandın sarılmasına ve çözülmesine izin vermek için, destek bir serbest bırakma ajanı bu, bandın kendine yapışmasını veya iki yapışkan tabakanın (çift taraflı bantlar) yapışmasını bir şekilde engeller. Bu, yapışkan arkalıkta veya yapışkan-yapışkan arayüzde olumlu etkileşimlerin kolayca çıkarılmasını sağlayan bir malzeme kullanılarak veya her iki yüzeyi birbirine karışmaz hale getirerek gerçekleştirilir. Poliakrilat bazlı yapışkan bantlarda kullanılan iki yaygın malzeme florosilikonlardır.^[7] ve vinil karbamatlar.^[5] Florosilikonlar, poliakrilat bazlı yapıştırıcıyla karışmaz^[7] oysa vinil karbamatların uzun kuyrukları, yapıştırıcının nüfuz edemeyeceği yüksek kristalli bir yapı oluşturur.^[5] Ayrıca, soyma sırasında florosilikon salıcı astarlar ses çıkarmaz^[7] vinil karbamatlar ise yüksek sesler çıkarır.^[5]

Yapışkan destekli arayüz

Plastik filmlerin yüzeyi şu şekilde değiştirilebilir: korona tedavisi veya plazma işleme yapışkanın daha fazla yapışmasına izin vermek için. Bu amaçla bir astar tabakası da kullanılabilir. Bazı arkalıkların, yapışkan kaplamadan önce kapatılması veya başka şekilde işlenmesi gerekir.^[5] Yapıştırıcıya yeni malzemelerin eklenmesi yapıştırıcının performansını tehlikeye atabildiğinde bu özellikle önemlidir.

Uygulama

Basınca duyarlı yapışkan bantlar, bir alt tabaka ile yapışmayı sağlamak için genellikle hafif bir basınç gerektirir. Bu düşük basınç Gereksinimi, baskı uygulamak için sadece parmaklar veya eller kullanarak yüzeylere kolay uygulama sağlar. Banda uygulanan basınç, bandın yüzeyle daha iyi temas etmesini sağlar ve ikisi arasında fiziksel kuvvetlerin oluşmasına izin verir. Genellikle, artan uygulama basıncı, yapışkanın alt tabakaya yapışmasını artırır. PSA bant laboratuar testi, test homojenliğini artırmak için genellikle 2 kg'lık bir rulo ile yapılır.^[11] PSA'lar yapışkanlıklarını oda sıcaklığında koruyabilirler ve güçlü bir şekilde uygulamak için su, çözücüler veya ısı aktivasyonu gibi katkı maddelerinin kullanılmasını gerektirmezler. yapışkan yüzeylerdeki kuvvetler. Bu PSA'lar nedeniyle kağıt, plastik, ahşap, çimento ve metal gibi çeşitli yüzeylere uygulanabilmektedir. Yapıştırıcılar, yapışkan bir tutuşa sahiptir ve aynı zamanda elastiktir ve PSA'ların elle manipüle edilmesine ve ayrıca herhangi bir kalıntı bırakmadan bir yüzeyden çıkarılmasına izin verir.

Çevresel faktörler

Çoğu PSA, yaklaşık 59-95 ° F gibi ılımlı sıcaklıklarda kullanılmak için en uygunudur.^{[12][güvenilmez kaynak? ]} Bu sıcaklık aralığı içinde, tipik yapıştırıcılar, optimum yüzeyin olduğu viskoz ve elastik davranışta dengelerini korurlar. ıslatma elde edilebilir. Aşırı yüksek sıcaklıklarda, bant başlangıçta olduğundan daha fazla gerilebilir. Bu, yüzeye uygulandıktan sonra sorunlara neden olabilir, çünkü sıcaklık düşerse, bant ek stres. Bu, bandın bir kısmını kaybetmesine neden olabilir. temas alanı, kesme yapışma veya tutma gücünü düşürür. Daha düşük sıcaklıklarda yapışkan polimerler daha sert ve sert hale gelir, bu da bandın genel elastikiyetini düşürür ve cam gibi reaksiyona girmeye başlar.^[12] Daha düşük esneklik yapıştırıcıların yüzey ile temasını zorlaştırır ve ıslaklık özelliğini düşürür. Daha soğuk sıcaklıklarda yapışkanlığı korumak için bir yapışkan formüle edilebilir veya bant üzerinde daha fazla miktarda yapışkan kaplama gerekli olabilir. Yapıştırıcıların arkası da olabilir plastikleştirilmiş düşürmek için cam değişim ısısı ve korumak esneklik.^[12]

Substrat yapışkan koşulları

Güçlükle tutunmak

yüzey enerjisi alt tabakanın% 'si, yapıştırıcının yüzeye ne kadar iyi yapışacağına karar verir. Substratlar Düşük yüzey enerjisine sahip olanlar yapıştırıcıların ıslanmasını önlerken, yüksek yüzey enerjili alt tabakalar yapıştırıcıların kendiliğinden ıslanmasına izin verecektir.^[13] Yüksek enerjili yüzeyler, yapışkanla daha fazla etkileşime sahiptir, bu da yapıştırıcının yayılmasına ve temas alanını artırmasına izin verir. Düşük yüzey enerjili yüzeyler, korona veya alev tedavisi yüzey enerjisini yükseltmek için.^[13] Ancak bir yüzey yüksek enerjiye sahip olsa bile, kirleticiler yüzeyde olması, yapıştırıcının yüzeye yapışma kabiliyetini bozabilir. Toz, kağıt ve yağ gibi kirletici maddelerin varlığı, yapıştırıcılar için temas alanını azaltacak ve yapıştırıcıların yapışma gücünü düşürecektir. Kirletici maddeler mevcutsa, yüzeyin uygun bir su ile temizlenmesi gerekebilir. çözücü gibi benzen, alkoller, esterler veya ketonlar.^[14] Yüzeyler dokular ayrıca bir yapıştırıcının bağlanma gücünü de düşürebilir. Dokular, yapıştırıcıların yüzeye temas etmesini zorlaştıracak pürüzlü bir yüzey oluşturarak ıslatma kabiliyetini düşürür.^[13] Herhangi bir biçimde su veya nem, yüzey yapışmasını azaltacak ve bant yapışkanlığını azaltacaktır. Yüzeydeki nem, herhangi bir fiziksel yöntem veya kimyasal yöntemle de çıkarılabilir. Bununla birlikte, silikon esaslı nemin uzaklaştırılması da yapışmanın azalmasına ve dolayısıyla başarısızlığa neden olacaktır.

Ömür

Yapışkan bandın ısıl genleşmesi / büzülmesi nedeniyle oluşan kuvvetlerin şeması

Bir Basınca duyarlı yapışkan ömrü boyunca bir dizi koşulla karşılaşacaktır. Bu koşullar, bandın aşağıdaki bölümlerinden birini etkiler: yüzey veya yığın. Yüzey, bandın tüm ömrü boyunca çevreye maruz kalan kısmıdır. Yığın, bant yüzeyinin altındaki her şeydir, yani bantlar arasında meydana gelen etkileşimlerdir. substrat ve yapışkan kasetin bir parçası.

Yüzey maruziyet koşulları

Bandın yüzeyi, değişen sıcaklıklar, nem seviyeleri, UV maruziyet seviyeleri, mekanik aşınma ve hatta yüzeye maruz kalan yapışkanın bozulması gibi üzerine uygulanan çeşitli koşullar yaşayacaktır. Yığın, mekanik aşınma ve yapışkan bozunması yaşayacak olsa da, bu etkiler, yüzeyin içinde olduğu kadar kütle içinde de yaygın veya büyüklükte değildir. Bandın değişen koşullara tepkisi büyük ölçüde yapışkan ve arkalık bileşiminin yanı sıra yapışkan özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Cam değişim ısısı ve yapışma mukavemetine bağlı yapışkan-substrat etkileşimleri.

Çevre koşulları

Ortamdaki birçok faktör yapışkan bandın yüzey aşınmasını etkileyebilir.^[15] Hızla değişen çevre koşulları ihtimali bile alt tabakada bir arızaya neden olmak için yeterli olabilir. Örneğin, hızlı soğutma neden olabilir substrat dramatik bir şekilde küçülmek için yapışkan sabit kalır. Bu çekme kuvveti, alt tabakada yırtılmalara neden olup, alt tabakanın yapışma. Bu nedenle, substrat arızası, substratın çeşitli çevresel koşullara tepkisine ve bu koşulların değişme hızına bağlıdır. Ilımlı bir ortamda uygulanan yapışkan bant, sıcakta uygulanandan daha küçük bir sıcaklık aralığı yaşayacaktır. çöl. Yüzey arızası büyük ölçüde Sıcaklık değişikliklerine dayanır, çünkü bunlar meydana gelme olasılığı en yüksektir ve alt tabakayı herhangi bir şekilde etkileme olasılığı en yüksektir.

Bununla birlikte, alt tabaka yine de nem ve UV maruziyetinden etkilenebilir.^[15] Substrat, tasarlanmadığı bir ortamda uygulanıyorsa.^[16] Örneğin, Florida gibi bir yerde çölde kullanılmak üzere yapılmış bir bant kullanılarak alt tabaka arızası elde edilebilir. Sıcaklık farkı çok büyük olmayabilir, ancak nemde çok büyük bir fark vardır. Substrat üzerindeki herhangi bir çevresel etki, substratın kimliğine ve amacına bağlıdır.^[16]

Yapışkan bandın mekanik aşınması nedeniyle oluşan kuvvetlerin şeması

Mekanik aşınma

Mekanik aşınma, büyük ölçüde sisteme uygulanan kuvvetlerin genliğine ve yönüne bağlıdır.^[17] Bu kuvvetler, bandı sıyırmaya çalışırken olduğu gibi yapışkan bandın kendisine doğrudan uygulanabilir veya yapışkan bandın yapıştırıldığı substratın manipülasyonu yoluyla banda dolaylı olarak uygulanabilir. İkincisi sağdaki şekilde gösterilmektedir. Şekilde, yapışkan bandın iki ayrı alt tabaka parçasını bir arada tuttuğunu varsaydığı ve her iki parçanın zıt yönlerde bükülmesinin kaydedilmediğine dikkat edilmelidir.

Bir yapışkan bandın bir alt tabaka boyunca kayarken aşınması kullanılarak tahmin edilebilir. Archard Yasası Yapışkan Aşınma ${ displaystyle H}$ ve ${ displaystyle k_ {w}}$ yapışkan bandın sertlik ve aşınma katsayılarıdır, ${ displaystyle nu}$ yapışkanın alt tabaka yüzeyi boyunca sürüklendiği mesafedir, ${ displaystyle F_ {L}}$ yapışkan bant üzerine etki eden toplam normal yüktür ve ${ displaystyle Psi}$ sürükleme sırasında kaybolan yapışkan bant hacmidir.^[18]${ displaystyle Psi = k_ {w} {F_ {L} nu H üzerinden}}$ [Archard'ın Yapışkanlı Aşınma Yasası]

Toplu maruz kalma koşulları

Yapışkan bandın büyük kısmını etkileyen baskın faktörler sıcaklık ve mekanik aşınmadır. Sıcaklık değişiklikleri ve aşırılıklar, substratın ve yapıştırıcının bozulmasına neden olabilirken, mekanik aşınma, uygulanan kuvvetlerin büyüklüğüne ve yönüne bağlı olarak yapışkan bandın delaminasyonuna neden olabilir. Substrat bozulması, pek olası olmasa da, duruma ve ortama özgü olsa da, delaminasyona neden olabilir.

Yapışkan bozulması

Polimerik yapıştırıcılar günümüzde yaygın olarak kullanıldığı için yapıştırıcı büyük ölçüde sıcaklıktan etkilenir. Günümüzde kullanılan polimerik malzemeler viskoelastik kolay uygulama ve yüzeye hızlı aderans sağlayan malzemeler. Yığın içindeki yapışkan bozunması, büyük ölçüde yapışkan bandın delaminasyonuna neden olan yapışmayı azaltan sıcaklık etkilerinden kaynaklanmaktadır.^[17] Çok düşük bir sıcaklık, polimerik yapıştırıcının cam haline girerek çok kırılgan hale gelmesine ve yapışmayı azaltmasına neden olabilir.^[12] Sıcaklığın yükseltilmesi ise polimerin daha akıcı ve hareketli olmasına neden olur. Hareketlilik arttıkça, polimer yapışmanın aksine akmaya başladıkça polimer yapışması azalır. Her iki aşırı sıcaklık, sonuçta delaminasyona neden olur. İdeal sıcaklık aralığı büyük ölçüde yapıştırıcı kimliğine bağlıdır,^[17] polimer yapıya iner. Polimer zinciri ne kadar sert olursa, o kadar güçlü Moleküllerarası Kuvvetler Polimer zincirleri arasında ve substrat ile yapışkan arasındaki etkileşimler ne kadar güçlü olursa, sonuçta güçlü bir yapışma ve sonuç olarak yapışma için daha yüksek bir ideal sıcaklık aralığı ile sonuçlanacaktır.

Söylendiği gibi, delaminasyondan kaçınmak için, bir yapışkan bant seçiminin, bandın ömrü boyunca karşılaşacağı koşullara dayandırılması gerekir.^[16] Bu seçim işlemi, bu işlemin olasılığı tamamen ortadan kaldıracağının garantisi olmasa da, bandın kullanım ömrü boyunca meydana gelen yapışkan bant bozulma zincirlerini ve arızaları azaltacaktır.

Geri dönüşüm üzerindeki etkiler

Kullanılmış PSA bantları kompozit malzemelerdir ve yeni bantlara dönüştürülmez. Bununla birlikte, kullanıldıkları ürünlerin geri dönüştürülebilirliği üzerindeki olası etkileri önemlidir. Yeniden kullanım veya geri dönüşüme bazen bir yüzeyden çıkarılabilen bir bant yardımcı olur.

Geri dönüştürülebilirlik üzerindeki etkiler, bant gibi kağıt yüzeylere uygulandığında özellikle önemlidir. oluklu sunta ve diğeri ambalaj. Bantlı oluklu kutular geri dönüştürüldüğünde, film destekli kutu sızdırmazlık bantları kutunun geri dönüşümünü engellemeyin: yapışkan arkada kalır ve kolayca çıkarılabilir.^[19][20]

Kağıt üretim tesislerinde kullanılan bantlar bazen tekrar hamur haline getirilebilir şekilde tasarlanır. Tekrar hamur haline getirilebilen bir yapışkan, hamurun sıcak bulamacına konulduğunda dağılır.

Referanslar

daha fazla okuma

• "Basınca Duyarlı Yapıştırıcılar ve Uygulamaları", Istvan Benedek, 2004, ISBN  0-8247-5059-4
• "Basınca Duyarlı Yapışkan Bantlar", J. Johnston, PSTC, 2003, ISBN  0-9728001-0-7
• "Basınca Duyarlı Formülasyon", I. Benedek, VSP, 2000, ISBN  90-6764-330-0

Dış bağlantılar

• Nasıl Yapılır: Yapışkan Bant, [1]