مقاله تاثیر پنتا اریترول روزین استر بر خواص چسبندگی چسب های حساس به فشار امولسیونی بر پایه کوپلیمر بوتیل آکریلات – وینیل استات

بخشی از مقاله

چکیده: به منظور بررسی تاثیر تکیفایر پنتا اریترول روزین استر بر خواص چسبندگی چسب های حساس به فشار امولسیونی، کوپلیمر بوتیل اکریلات-وینیل استات/پنتا اریترول روزین استر به روش پلیمریزاسیون امولسیونی نیمه پیوسته سنتز شد. تاثیر این تکیفایر بردرصد جامد و متوسط ویسکوزیته وزن مولکولی    بررسی گردید. نتایج نشان داد که با افزایش مقدار این تکیفایر از 0 به 3.5درصد نسبت به وزن کل، درصد جامد و Mv کاهش می یابد. هم چنین با افزایش مقدار پنتا اریترول روزین استر، چسبناکی - tack - افزایش و استحکام چسبندگی برشی - shear - کاهش یافتند. در واقع با کاهش Mv ، استحکام هم چسبی - cohesive - کاهش یافته و در نتیجه باعث کاهش استحکام چسبندگی برشی می شود. هم چنین به دلیل افزایش ترکنندگی و کاهش Mv، با افزایش تکیفایر پنتا اریترول روزین استر، استحکام چسبندگی جداشدگی - peel - در ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت.

واژه های کلیدی: کوپلیمریزاسیون امولسیونی، چسب حساس به فشار، آکریلات، پنتا اریترول روزین استر، خواص چسبندگی

مقدمه
چسب های حساس به فشار مواد ویسکوالاستیکی هستند که با فشار جزئی، در زمان کوتاه، با سطوح جامد پیوند قوی برقرار می کنند.[1] ترکیب پلیمرهای پایه اینگونه چسب ها شامل پلیمرهای آکریلیک، سیلیکون ها، پلی یورتان ها و پلی استرهاست. چسب های حساس به فشار آکریلاتی کاربرد گسترده ای در زمینه های مختلف از قبیل نوار چسب، برچسب و فیلم های محافظ به دلیل خواص چسبندگی خوبشان، مقاومت در برابر نور و آب و موارد دیگر پیدا کرده اند.[1] نوع
امولسیونی این چسب ها در دهه های اخیر به دلیل مسائل زیست محیطی، قیمت پایین، سهولت کنترل ویسکوزیته و... نسبت به نوع حلالی مورد توجه قرار گرفته است.

با این وجود خواص چسبندگی امولسیون های پلی آکریلاتی، به ویژه برای سطوح غیرقطبی مانند پلی الفین ها، ضعیف هستند و کاربرد آن ها در حد معینی محدود شده است. به منظور برطرف نمودن این ضعف، یعنی بهبود توانایی ترکنندگی و خواص چسبندگی اینگونه چسب ها می توان از رزین های تکیفایر - tackifying resins - شامل روزین و مشتقاتش استفاده نمود.[2]در حال حاضر، دو روش برای تهیه کامپوزیت امولسیونی پلی آکریلات/روزین وجود دارد، که این دو روش شامل ترکیب کردن روزین و امولسیون آکریلاتی به روش فیزیکی - physical blending - و پلیمریزاسیون امولسیونی به روش درجا - in-situ - است.

اگرچه به وسیله ترکیب فیزیکی، کامپوزیت امولسیونی پلی آکریلات/روزین می تواند با بازده بالا و تکنولوژی ساده ای تهیه شود، ولی سازگاری و پایداری ترکیب حاصل ضعیف است، به طوری که بعد از مدت زمان محدودی امکان دو فاز شدن آن وجود دارد .[2]در مطالعه حاضر، لاتکس های کوپلیمر بوتیل اکریلات-وینیل استات/پنتا اریترول روزین استر به روش پلیمریزاسیون امولسیونی نیمه پیوسته تهیه شد. در ادامه تاثیر تکیفایر"پنتا اریترول روزین استر" بر درصد جامد، متوسط ویسکوزیته وزن مولکولی - Mv - و خواص چسبندگی یعنی استحکام چسبندگی جداشدگی - peel - ، استحکام چسبندگی برشی - - shear و هم چنین چسبناکی - - tack لاتکس های حاصل بررسی شد.

بخش تجربی
مواد اولیه
.1بوتیل آکریلات - BA - و وینیل استات - VA - به عنوان مونومر.

.2آمونیوم پرسولفات - APS - به عنوان آغازگر.

.3نونیل فنول اتوکسیلات - Kenon 30 - ، کوپلیمری از پلی پروپیلن اکساید-پلی اتیلن اکساید - Genopol PF10 - و سدیم وینیل سولفونات - VSS - به عنوان امولسیفایر.

.4سدیم بی کربنات - NaHCO3 - ، به عنوان بافر.

.5پنتا اریترول روزین استر - PERE - ، به عنوان تکیفایر. - tackifire - .6آب مقطر.

روش پلیمریزاسیون به منظور بررسی تاثیر پنتا اریترول روزین استر بر لاتکس

کوپلیمر بوتیل آکریلات-وینیل استات، درصدهای 0، 1.5، 2.5 و 3.5 از آن نسبت به وزن کل، تهیه شد.
در ابتدا پنتا اریترول روزین استر و مخلوطی از مونومرها - 0.62 مول بوتیل اکریلات و 0.2 مول وینیل استات - به محلول تهیه شده از 3.5 مول آب و مخلوط امولسیفایرها و 0.002 مول از سدیم بی کربنات اضافه شد و با سرعت 300 دور دقیقه همزده شد تا pre-emulsion حاصل شود. 15 درصد pre-emulsion به راکتور شیشه ای چهار دهانه مجهز شده به کندانسور، ترمومتر، همزن و قیف چکاننده که شامل 2.2 مول آب و 0.00026 مول آمونیوم پرسولفات است اضافه شد. سپس در حالی که با سرعت 150 دور در دقیقه هم زده می شد، در دمای 70 درجه سانتی گراد واکنش آغاز شد. 85 درصد باقی مانده از pre-emulsion نیز به همراه 0.001 مول از آمونیوم پرسولفات توسط قیف چکاننده در مدت تقریبی 5 ساعت تزریق شد. پس از اتمام محلول pre-emulsion، به مدت 1 ساعت دیگر در دمای 75 درجه سانتی گراد، جهت کامل شدن واکنش، باقی ماند و سپس سرد شد.

هم چنین درصد جامد لاتکس ها بین 50-52 است. روش اندازگیری خواص چسبندگی

1.چسبناکی : - tack - در ابتدا فیلم 200 میکرون از لاتکس بر روی ورقه PVC آماده شد و به مدت 24 ساعت باقی ماند. در ادامه توسط دستگاه Roll ball چسبناکی لاتکس اندازه گیری شد. این آزمون توسط حرکت ساچمه فلزی به قطر 1.1 سانتی متر، بر روی فیلم انجام می شود و هر چه مسافت طی شده کمتر باشد چسبناکی بیشتر است . - ASTM D3120 -

2.استحکام چسبندگی جداشدگی : - peel - درابتدا فیلمی به ضخامت 200 میکرون بر روی ورقه PVC آماده شد و به مدت 24 ساعت باقی ماند. در ادامه به اندازه 2.5 سانتی متر در 30 سانتی متر از آن بر روی یک ورق استیل چسبانده شد و توسط دستگاه تنسایل با زاویه 90درجه باز شد . - ASTM D3330 -

3.استحکام چسبندگی برشی : - shear - در اینجا نیز فیلم با مشخصات دو آزمون قبلی آماده شد. در ادامه به اندازه 1.2 سانتی متر در 10 سانتی متر از آن بریده شده و 1.2سانتی متر در 1.2 سانتی متر از آن بر روی ورق استیل چسبانده شد و توسط دستگاه تنسایل باز شد - ASTM.D3654 -

نتایج و بحث
جدول 1 نتایج حاصل از تاثیر پنتا اریترول روزین استر - PERS - را بر درصد جامد، متوسط ویسکوزیته وزن مولکولی - Mv - و خواص چسبندگی نشان می دهد.همانطور که نتایج نشان می دهند، با افزایش PERS از 0 به 3.5 درصد، درصد جامد لاتکس حاصل کاهش می یابد، که این نشان دهنده این است که با حل شدن آن در مونومر از تبدیل مونومر به پلیمر می کاهد و مانع پلیمریزاسیون می شود.در واقع حضور PERS در حین پلیمریزاسیون می تواند به دلیل داشتن پیوند دو گانه به صورت مزدوج - شکل - 1 باعث انتقال زنجیر شود، که این در کنار ممانعت پلیمریزاسیون مونومرها در حضور PERS باعث کاهش در وزن مولکولی با افزایش آن از 0 به 3.5 درصد نیز می شود. [3]

تاثیر درصدهای مختلف PERS را بر خواص چسبندگی نیز نشان می دهد که با افزایش مقدار آن، چسبناکی - Tack - لاتکس حاصل افزایش می یابد. این به دلایل مختلفی بستگی دارد، که از جمله می توان به خاصیت ذاتی PERS در افزایش چسبناکی لاتکس حاصل اشاره نمود [4]، که همیشه اینطور نیست و به طور کلی برای این افزایش نیاز به سازگاری تکیفایر با لاتکس امولسیونی است. دلیل دیگر می تواند کاهش وزن مولکولی پلیمر حاصل با افزایش مقدار تکیفایر باشد، که این در نوع خود افزایش چسبناکی را تشدید می کند.

تاثیر افزایش مقدار PERS بر استحکام چسبندگی جداشدگی - peel - نیز در ابتدا باعث افزایش و سپس کاهش آن می شود. دلیل این افزایش می تواند افزایش ترکنندگی چسب بر روی سطح مورد آزمون باشد، که باعث می شود چسب با سطح پیوند قوی تری برقرار کرده و باعث افزایش این پارامتر می شود. البته این افزایش علاوه بر ترکنندگی سطح توسط چسب، به استحکام ناشی از وزن مولکولی نیز وابسته است که در صورت کاهش
وزن مولکولی، استحکام چسبندگی جداشدگی نیز کاهش خواهد یافت. به عبارت دیگر، افزایش مقدار PERS تا جایی که وزن مولکولی را به اندازه قابل توجه ای کاهش نداده است می تواند استحکام چسبندگی جداشدگی را توسط افزایش ترکنندگی سطح افزایش دهد.[5]

افزایش درصد PERS هم چنین باعث کاهش استحکام چسبندگی برشی - shear - می شود. این کاهش به دلیل کاهش وزن مولکولی و در نتیجه کاهش هم چسبی - cohesive - پلیمر حاصل است. در واقع با کاهش وزن مولکولی، علاوه بر کاهش طول زنجیر، گره خوردگی های زنجیرهای پلیمری کاهش می یابد و این باعث کاهش هم چسبی و در نتیجه کاهش استحکام چسبندگی برشی می شود. [4] شکل 2 نیز نمودارهای مربوط به خواص چسبندگی را نشان می دهد.