Cuando el adhesivo se encuentra con la física: cómo los reómetros dan forma al rendimiento del PSA de fusión en caliente

Alguna vez se ha preguntado por qué un adhesivo sensible a la presión de fusión en caliente (HMPSA) puede ser lo suficientemente pegajoso como para adherir una etiqueta o fibras no tejidas al tacto, pero lo suficientemente fuerte como para mantenerla en su lugar durante años y, sin embargo, fluir suavemente a través de una máquina de recubrimiento a 160 °C?

La respuesta reside en una palabra: viscoelasticidad. Y el instrumento que la revela es el reómetro.

                              Figura 1. Jaour tiene 3 reómetros TA y 1 reómetro HAAKE para desarrollar y diseñar fórmulas de adhesivos

En pocas palabras: un HMPSA es un material que debe comportarse como un sólido en servicio y como un líquido durante el procesamiento. Conseguir ambos comportamientos correctos en una sola formulación es imposible sin medirlos, y eso es exactamente lo que hace la reología.

Un HMPSA es una mezcla de polímero base (típicamente SIS/SBS/SEBS), resina tackificante, aceite plastificante y aditivos. Su rendimiento final es un tira y afloja entre dos comportamientos opuestos:

La relación de los dos, tan δ = G′′/G′, le indica qué lado está ganando a cualquier temperatura, velocidad o tiempo dado.

El adhesivo se oscila con una pequeña deformación mientras aumenta la temperatura. Se obtienen curvas de G′, G′′ y tan δ frente a la temperatura.

                                               Figura 2: Barrido de temperatura de un HMPSA: G′, G′′ y tan δ frente a la temperatura 

Qué leer:

• Tg : el pico de tan δ. Por debajo de Tg, el adhesivo es vítreo y quebradizo; Tg establece el límite inferior de la ventana de servicio.
• Plataforma de goma : la región plana de G′ entre Tg y el punto de flujo. Este es el rango de trabajo donde el adhesivo es pegajoso pero cohesivo.
• Punto de cruce (G′ = G′′) : el material pasa de ser similar a un sólido a ser similar a un líquido. Esto debe estar por encima de la temperatura máxima de servicio pero por debajo de la temperatura de procesamiento.
• Viscosidad a temperatura de aplicación : le indica si la línea de recubrimiento puede manejarlo.

Un solo barrido de temperatura ya responde: ¿Se puede aplicar? ¿A qué temperatura se ablanda? ¿A qué temperatura se vuelve quebradizo?

La frecuencia imita la velocidad de deformación que experimenta el adhesivo en la vida real:

                                                   Figura 3: Barrido de frecuencia a temperatura de servicio: G′, G′′ frente a frecuencia 

Un buen HMPSA mantiene G′ > G′′ en todo el rango de frecuencia a temperatura de servicio: lo suficientemente sólido para sujetar, lo suficientemente viscoso para adherirse.

Caliente el fundido y mida cómo disminuye la viscosidad con la temperatura (o cómo cambia con el tiempo a una temperatura fija).

                                                            Figura 4: Curva de viscosidad frente a temperatura en el rango de procesamiento 

• Viscosidad correcta a la temperatura de recubrimiento → aplicación suave con ranura o pulverización.
• Pendiente suave de viscosidad-temperatura → ventana de procesamiento tolerante.
• Viscosidad que varía hacia arriba o hacia abajo con el tiempo a temperatura de proceso → degradación térmica (reticulación o escisión de cadenas). Esta es la señal de alerta temprana del rendimiento antioxidante.

La reología le permite predecir las pruebas de rendimiento antes de ejecutarlas, ahorrando semanas de tiempo de laboratorio:

También funciona en la otra dirección: aumento de tackificante → aumento de Tg y G′; aumento de aceite → disminución de Tg y G′. Cada movimiento de formulación se ve primero en el reómetro.

P1: Reómetro frente a viscosímetro: ¿cuál es la diferencia?

Un viscosímetro solo mide un número de viscosidad. Un reómetro mide la viscosidad más la elasticidad (G′, G′′), la fluencia, la recuperación y más: todo lo que un PSA realmente necesita.

P2: ¿Qué significan G′ y G′′ en palabras sencillas?

G′ es la parte de "banda elástica": qué tan bien se mantiene unido el pegamento. G′′ es la parte de "miel": qué tan bien fluye para humectar una superficie. La mayoría de los problemas de HMPSA son un problema de equilibrio entre estos dos.

P3: ¿Cómo encuentro la Tg a partir de los datos de reología?

Busque el pico de la curva tan δ en un barrido de temperatura. Esa temperatura pico es la Tg comúnmente utilizada.

P4: ¿Qué es el punto de cruce (G′ = G′′)?

La temperatura a la que el adhesivo deja de comportarse como un sólido y comienza a comportarse como un líquido. Debe estar por encima de su temperatura de servicio más alta y por debajo de su temperatura de procesamiento.

P5: ¿Puede la reología reemplazar las pruebas de pelado/pegajosidad/cizallamiento?

No completamente: la reología describe el material a granel, no la interfaz con el sustrato. Úsela para filtrar y optimizar fórmulas, luego confirme con algunas pruebas de adhesión específicas.

P6: ¿Por qué la preparación de mi muestra es tan importante para los HMPSA?

Los HMPSA tienen "memoria": su historial térmico cambia la cristalinidad y la morfología. Derrítalo completamente, cárguelo de manera consistente, recorte el exceso y siempre mida dentro de la región viscoelástica lineal (haga primero un barrido de deformación), de lo contrario, los resultados no serán reproducibles.

P7: ¿Qué es la superposición tiempo-temperatura (TTS)?

Un truco para medir a varias temperaturas y combinar matemáticamente los datos en una "curva maestra" que cubre un rango mucho más amplio de velocidades, útil para predecir años de comportamiento de sujeción por cizallamiento a partir de horas de datos de laboratorio.

P8: ¿Cómo compruebo si dos lotes son consistentes?

Ejecute un barrido de temperatura en cada lote y superponga las curvas. Una superposición bien ajustada (Tg, módulo de meseta, cruce) es la huella digital de calidad más rápida que puede obtener.

Para los formuladores de HMPSA, el reómetro no es un instrumento opcional, es el puente entre la química y el rendimiento. Un barrido de temperatura le indica la ventana de trabajo; un barrido de frecuencia le indica el equilibrio entre pegajosidad y sujeción; una prueba de fluencia predice la vida útil bajo carga. Mida primero, formule segundo, y deje que las curvas hablen.

Jaour, como proveedor profesional de soluciones de adhesivos de fusión en caliente, ha estado profundamente involucrado en la industria de adhesivos de fusión en caliente durante veinte años. Contamos con hardware y software de investigación líderes en la industria, fábricas modernas con una tasa de automatización del 95%, cadenas de suministro robustas y sistemas integrales de gestión de calidad. Póngase en contacto con nosotros si tiene preguntas sobre la aplicación de adhesivos de fusión en caliente o si tiene requisitos especiales.Cumplir con sus requisitos es la fuerza impulsora detrás de nuestro compromiso de servicio.