Хемија на лепила чувствителни на притисок

Хемијата на лепила чувствителни на притисок ја опишува хемиската наука поврзана со лепилата чувствителни на притисок (PSA). ПСА лентите и етикетите станале важен дел од секојдневниот живот. Тие се потпираат на леплив материјал прицврстен на подлога како хартија или пластична фолија .

Поради вродената лепливост на материјалот за лепило и малата површинска енергија, овие ленти може да се постават на различни подлоги кога се применува лесен притисок, вклучувајќи хартија, дрво, метали и керамика.

Дизајнот на лентите бара рамнотежа на потребата за долг работен век и прилагодување на различни влијанија врз животната средина и луѓето, вклучувајќи температура, изложеност на УВ, механичко абење, контаминација на површината на подлогата и деградација на лепилото.

Состав

Типичната PSA лента се состоела од лепило чувствително на притисок (лепливиот дел од лентата) обложено со материјал за подлогата. За да се спречи лепилото треба да се залепи за подлогата кога се намотува во ролна, се нанесува средство за ослободување на подлогата или се става облога за ослободување на лепилото. Понекогаш се премачкува прајмерот помеѓу лепилото и подлогата што ја зголемува таа врска.

Заеднички лепила

Табела 1: Температури на транзиција на стакло и површински енергии на типични акрилатни мономери што се користат во лепила за ленти

Супстанција	${T_{g}}$ (К)	$\gamma$ ( ${mJ \over m^{2}}$ )
2-етилхексил акрилат	223	29,7
n-бутил акрилат	219	32,8
метил акрилат	286	39,8
т-бутил метакрилат	503	30,5

Лепилата чувствителни на притисок се вискоеластични полимери со нивната реологија прилагодена на посакуваните одлики за поврзување и де-врзување. Вообичаените материјали што се користат за изработка на лепилото треба да вклучат:

• акрилатен полимер,
• гума, истот така природна гума или синтетички термопластичен еластомер
• силиконска гума
• и други

Овие материјали често се мешаат со залепувач за да се добие трајно лепење („моќ на лепење“) на одредена собна температура, кои изгледаат деформабилни, имаат мала површинска енергија, и се отпорни на влага. За да се исполнат овие барања, овие материјали се типично со ниска густина на вкрстено поврзување, низок вискозитет (η < 10.000 cP), и широка дистрибуција на молекуларна тежина за да се овозможи деформација на лепливиот материјал на грубата површина на подлогата под различни температури и услови за лупење.

Две компоненти често го сочинуваат лепилото: материјал со висока лепливост и мал леплив материјал. Материјалот со висока лепливост е полимер со ниска температура на транзиција на стакло и висока молекуларна тежина на заплеткување, додека полимерот со ниска лепливост има висока температура на транзиција на стакло и ниска молекуларна тежина на заплеткување. Материјалот со висока лепливост опфаќа околу 95% од лепилото и обезбедува најголем дел од лепливоста на лепилото. Покрај овие 2 компоненти, често се додаваат сурфактанти за да се намали површинската енергија на лепилото и да се олесни адхезијата на супстратите со висока површинска енергија (метали, други полимерни материјали). Список на типични акрилатни мономери и нивните температури на стаклена транзиција ( ${T_{g}}$ ) и површинските енергии ( $\gamma$ ) се прикажани во табелата. На $T_{g}$ на бинарна адхезивна мешавина од акрилатни мономери може да се процени со помош на равенката Гордон-Тејлор, каде што ${\phi _{1}}$ и ${\phi _{2}}$ се зафатнинските фракции на хомополимерите со температури на стаклена транзиција ${T_{g,1}}$ и ${T_{g,2}}$, соодветно.

${T_{g}}={\phi _{1}T_{g,1}}+{\phi _{2}T_{g,2}}$ [Равенка Гордон-Тејлор]

Производство

Полиакрилатите кои се користат во лепливи ленти лесно се синтетизираат со полимеризација со слободни радикали . Овие полимеризации може да се иницираат термички или фотокаталитички користејќи иницијатори базирани на азо и пероксид. Ваквите полимеризации обично се изведуваат во растворувач за да се добие водоотпорна, хомогена обвивка. Бидејќи водопропустливите лепила се непожелни, лепилата не се синтетизираат со емулзиска полимеризација која внесува вода во лепилото.

Заеднички компоненти

Печење

Лепилото е обложено на флексибилен материјал (подлога) како хартија, фолија, ткаенина или пластична фолија (како што е биаксијално ориентиран полипропилен или поливинил хлорид ) за да обезбеди цврстина и да го заштити лепилото од деградација од околината фактори вклучувајќи влажност, температура и ултравиолетова светлина. Јачината на истегнување на подлогата, издолжувањето, вкочанетоста и отпорот на кинење може да се усогласат со намената употреба на лентата. Лепилото може да се врзе за подлогата преку површински третмани, прајмери, загревање или УВ стврднување.

Ослободете ја облогата

За да се овозможи намотување и одмотување на лентата, подлогата е обложена со средство за ослободување што донекаде го спречува лепењето на лентата за себе или лепењето на два лепливи слоја (двострани ленти). Ова се постигнува со користење на материјал кој овозможува лесно отстранување на поволните интеракции на интерфејсот со лепило-поддршка или лепило-лепило, или со правење на двете површини неизмешани една со друга. Два вообичаени материјали кои се користат во лепливи ленти на база на полиакрилат се флуоросилициконите и винил карбаматите. Флуоросиликоните не се мешаат со лепилото засновано на полиакрилати додека долгите опашки на винил карбаматите формираат висока кристална структура во која лепилото не може да навлезе. Понатаму, за време на лупењето, облогите за ослободување на флуоросиликон не прават бучава додека винилните карбамати испуштаат гласни звуци.

Интерфејс со лепило за подлога

Пластичните филмови може да ја изменат површината со третман со корона или со обработка на плазма за да се овозможи зголемено поврзување на лепилото. За таа цел може да се користи и еден прајмер слој. Некои подлоги треба да се запечатат или на друг начин да се обработат пред да биде леплива облогата. Ова е особено важно кога внесувањето нови материјали во лепилото може да ја загрози работата на лепилото.

Апликација

Лепливите ленти чувствителни на притисок обично бараат лесен притисок за да се обезбеди спојување со подлогата. Овој услов за низок притисок овозможува лесно нанесување на површини со едноставно користење на прстите или рацете за да се изврши притисок. Притисокот што се применува на лентата овозможува лентата да има подобар контакт со површината и овозможува да се наталожат физичките сили меѓу двете. Вообичаено, зголемениот притисок на нанесување ја зголемува врската на лепилото со подлогата. Лабораториското тестирање на PSA лента често се спроведува со 2 kg валјак за зголемување на униформноста на тестот. PSA се способни да ја задржат својата лепливост на собна температура и не бараат употреба на адитиви како што се вода, растворувачи или топлинска активација за да вршат силни лепливи сили на површините. Поради ова, PSA се способни да се применат на различни површини како што се хартија, пластика, дрво, цемент и метал. Лепилата имаат кохезивно држење и се исто така еластични што овозможуваат рачно манипулирање со PSA и исто така може да се отстранат од површината без да остават остаток.

Фактори на животната средина

Повеќето PSA се најпогодни за употреба при умерени температури од околу 59-95 °F.  Во овој температурен опсег типичните лепила ја одржуваат својата рамнотежа во вискозното и еластичното однесување каде што може да се постигне оптимално навлажнување на површината. При екстремно високи температури, лентата може да се протега повеќе отколку што можеше првично. Ова може да предизвика проблеми по нанесувањето на површината бидејќи ако температурата падне, лентата може да доживее дополнителен стрес . Ова може да доведе до тоа лентата да изгуби дел од својата контактна површина, да ја намали нејзината адхезија на смолкнување или да ја задржи моќта. При пониски температури полимерите за лепило стануваат поцврсти и поцврсти што ја намалува вкупната еластичност на лентата и почнува да реагира како стакло. Пониската еластичност го отежнува контактот на лепилата со површината и ја намалува нејзината влажност. Може да се формулира лепило за да се задржи лепливоста на пониски температури или може да биде потребна поголема количина на леплива облога на лентата. Подлогата на лепилата може исто така да се пластифицира за да се намали температурата на стаклена транзиција и да се задржи неговата флексибилност .

Услови на супстрат-лепило

Јачина на врзување

Површинската енергија на подлогата одлучува колку добро лепилото се врзува за површината. Подлогите кои имаат мала површинска енергија го спречуваат навлажнувањето на лепилата, додека подлогите со висока површинска енергија ќе им овозможат на лепилата спонтано да се навлажнуваат. Површините со висока енергија имаат поголеми интеракции со лепилото, што му овозможува да се шири и да ја зголеми површината за контакт. Површините со ниска површинска енергија може да подлежат на обработка на корона или пламен со цел да се зголеми нејзината површинска енергија. Сепак, дури и ако површината има висока енергија, загадувачите на површината може да ја попречат способноста на лепилото да се врзува со површината. Присуството на загадувачи како прашина, хартија и масла ќе ја намали површината за контакт на лепилата и ќе ја намали јачината на врзување на лепилата. Доколку се присутни загадувачи, може да биде потребно да се исчисти површината со соодветен растворувач како што се бензен, алкохоли, естри или кетони . Површините со текстура, исто така, може да ја намалат јачината на врзување на лепилото. Текстурите создаваат нерамна површина што ќе го отежне контактот на лепилата со површината, со што се намалува нејзината способност за мокрење. Водата или влагата од која било форма ќе ја намалат адхезијата на површината и ќе ја намалат лепливоста на лентата. Влагата може да се отстрани од површината со какви било физички или хемиски методи. Меѓутоа, отстранувањето на влагата врз основа на силикон исто така ќе предизвика намалување на адхезијата, а со тоа и неуспех.

Животен процес

Шема на присутните сили поради термичко проширување/контракција на леплива лента

Лепилото чувствително на притисок ќе доживее низа услови во текот на својот животен век. Овие состојби влијаат на еден од следните делови на лентата: површината или најголемиот дел. Површината е само дел од лентата што е изложена на околината во текот на целиот свој животен век. Најголемиот дел е сè што е под површината на лентата, тоа се интеракциите што се случуваат помеѓу подлогата и лепливиот дел од лентата.

Услови на површинска изложеност

Површината на лентата ќе доживее различни услови наметнати на неа, како што се различни температури, нивоа на влажност, нивоа на изложеност на УВ зрачење, механичко абење или дури и деградација на лепилото изложено на површината. Додека најголемиот дел ќе доживее механичко абење и деградација на лепилото, овие ефекти не се толку распространети или големи по големина во најголемиот дел како што се во површината. Одговорот на лентата на различни услови во голема мера се должи на составот на лепилото и подлогата, како и на својствата на лепилото како што се температурата на транзиција на стаклото и интеракциите на лепило-подлогата поради јачината на адхезија.

Услови на животната средина

Многу фактори во околината можат да влијаат на абењето на површината на леплива лента. Дури и можноста за брзо менување на условите на животната средина може да биде доволна за да предизвика дефект на подлогата. На пример, брзото ладење може да предизвика подлогата драматично да се собира додека лепилото останува неподвижно. Оваа сила на влечење може да биде доволна за да предизвика кинење на подлогата што ја намалува адхезијата на подлогата. Така, неуспехот на подлогата зависи од одговорот на подлогата на различни услови на животната средина, како и брзината со која тие услови се менуваат. Леплива лента нанесена во умерено поставување ќе доживее помал опсег на температури од онаа што се нанесува во топла пустина. Неуспехот на подлогата во голема мера се должи на температурните промени бидејќи тие се со најголема веројатност да се појават и најверојатно ќе влијаат на подлогата на кој било начин.

Сепак, подлогата сè уште може да биде под влијание на влажноста и изложеноста на УВ доколку подлогата се нанесува во средина за која не е дизајнирана. На пример, може да дојде до дефект на подлогата со употреба на лента што е направена да се користи во пустина на место како што е во Флорида. Разликата во температурата можеби не е многу голема, но има огромна разлика во влажноста. Секој еколошки ефект врз подлогата зависи од идентитетот и намената на подлогата.

Шема на силите присутни поради механичкото абење на леплива лента

Механичко абење

Механичкото абење во голема мера зависи од амплитудата и насоката на силите што се вршат врз системот. Овие сили би можеле директно да се применат на самата леплива лента како во обидот да се олупи лентата или може да се применат индиректно на лентата преку манипулација со подлогата на која е залепена леплива лента. Последново е прикажано на сликата десно. Мора да се забележи дека фигурата претпоставува дека леплива лента држи две одделни делови од подлогата заедно и дека не е забележано извртување на двата дела во спротивни насоки.

Абењето на леплива лента додека се лизга преку подлогата може да се процени со помош на Арчардовиот закон за абење на лепилото, каде што $H$ и $k_{w}$ се цврстината и коефициентот на абење на леплива лента, $\nu$ е растојанието со кое лепилото се влече низ површината на подлогата, $F_{L}$ е вкупното нормално оптоварување кое делува на леплива лента и $\Psi$ е волуменот на леплива лента изгубена при влечење. $\Psi =k_{w}{F_{L}\nu \over H}$ [Законот на Арчард за абење на лепилото]

Услови на изложеност на големо

Доминантните фактори кои влијаат на најголемиот дел од леплива лента се температурата и механичкото абење. Температурните промени и екстреми може да предизвикаат деградација на подлогата и лепилото, додека механичкото абење може да предизвика раслојување на леплива лента во зависност од големината и насоката на применетите сили. Деградацијата на подлогата, иако е малку веројатно, исто така може да резултира со раслојување иако тоа ќе биде специфично за случајот и околината.

Деградација на лепилото

Лепилото е во голема мера под влијание на температурата бидејќи денес најчесто се користат полимерни лепила. Полимерните материјали што се користат денес се вискоеластични материјали, што овозможува лесно нанесување и брзо лепење на подлогата. Деградацијата на лепилото во најголем дел се должи на температурните ефекти, кои ја намалуваат адхезијата предизвикувајќи раслојување на леплива лента. Премногу ниска температура може да предизвика полимерното лепило да влезе во неговата стаклена состојба, да стане многу кршливо и да ја намали адхезијата. Покачувањето на температурата, од друга страна, предизвикува полимерот да стане потечен и подвижен. Како што се зголемува мобилноста, адхезијата на полимерот се намалува бидејќи полимерот почнува да тече наспроти лепењето. Двата температурни екстреми на крајот резултираат со раслојување. Идеалниот температурен опсег во голема мера зависи од идентитетот на лепилото, што се сведува на структурата на полимерот. Колку е поригиден полимерниот синџир, толку се посилни меѓумолекуларните сили помеѓу полимерните синџири и толку посилните интеракции помеѓу подлогата и лепилото на крајот ќе резултираат со силна адхезија и, како резултат на тоа, повисок идеален температурен опсег за адхезија.

Како што е кажано, за да се избегне раслојување, изборот на леплива лента треба да се заснова на условите што ќе ги доживее лентата во текот на својот животен век. Овој процес на селекција ќе ги намали синџирите на деградација и неуспех на леплива лента што се случуваат за време на траењето на лентата, иако не постои гаранција дека овој процес целосно ќе ја избегне можноста.

Ефекти врз рециклирањето

Искористените PSA ленти се композитни материјали и не се рециклираат во ниедни нови ленти. Нивните можни ефекти врз рециклирањето на производите на кои се користеле, сепак, се важни. Повторната употреба или рециклирањето понекогаш се потпомогнати со лента што може да се вади од површината.

Ефектите врз способноста за рециклирање се особено важни кога се нанесува лента на хартиени површини, како што се брановидни влакна и други пакувања . Кога се рециклираат брановидни кутии со леплива лента, лентите за запечатување на кутијата со филм не го попречуваат рециклирањето на кутијата: лепилото останува со подлогата и лесно се отстранува.

Лентите што се користат во погоните за производство на хартија понекогаш се дизајнирани да можат повторно да се пулпираат. Лепилото кое може повторно да се пулпира се многу распрснува кога се става во топла кашеста маса од пулпата.