Акриловые клеи, чувствительные к давлению (PSA), демонстрируют удовлетворительную адгезию к подложкам с высокой поверхностной энергией, но испытывают трудности с материалами с низкой поверхностной энергией. В данном исследовании изучается синтез и применение силиконовых уретандиметакрилатов (SiUDMA) для улучшения адгезионных свойств акриловых клеев PSA на подложках с низкой поверхностной энергией. Путем контроля соотношения диизоцианата и полидиметилсилоксана (PDMS) были синтезированы различные SiUDMA. Результаты показывают, что добавление SiUDMA значительно повышает липкость петли и прочность на отрыв клеев PSA на сложных подложках, представляя собой жизнеспособное решение для промышленного применения, требующего прочных клеевых соединений.
Акриловые клеи, чувствительные к давлению (КЧД), широко используются в различных областях благодаря своим превосходным адгезионным свойствам, прозрачности и устойчивости к старению. Однако адгезия акриловых КЧД к подложкам с низкой поверхностной энергией, таким как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) и полидиметилсилоксан (ПДМС), остается серьезной проблемой. Это ограничение снижает эффективность КЧД во многих важных областях применения, включая упаковку, автомобильную промышленность и медицину.
Для повышения адгезии к субстратам с низкой поверхностной энергией применяются различные стратегии, включая включение поверхностно-активных веществ и химических модификаторов. В данном исследовании основное внимание уделяется силиконово-уретандиметакрилатам (SiUDMA) в качестве потенциальных модификаторов для улучшения адгезии. Цель состоит в анализе синтеза и применения SiUDMA для преодоления ограничений адгезии акриловых клеев.
Акриловые клеи с защитой от прилипания (PSA) характеризуются способностью образовывать связь при контакте с подложкой без необходимости нагрева или давления. Механизм их адгезии в основном обусловлен вязкоупругими свойствами полимерной матрицы, позволяющими поглощать энергию в процессе отслаивания. Хотя акриловые клеи с защитой от прилипания демонстрируют высокую адгезию к подложкам со значительной поверхностной энергией, таким как стекло и металлы, их эффективность на материалах с низкой поверхностной энергией значительно ниже.
Подложки с низкой поверхностной энергией, включая полиэтилен (PE), полипропилен (PP) и полидиметилсилоксан (PDMS), представляют собой уникальные проблемы для адгезии из-за своей неполярной природы, которая снижает смачиваемость клея. Это приводит к образованию слабых адгезионных связей, которые могут стать причиной отказа в практических применениях. Для решения этих проблем модификация химической структуры клеев с помощью добавок, усиливающих поверхностное взаимодействие, стала одним из основных направлений исследований.
Силиконовый диметакрилат (SiDMA) используется в качестве модификатора для снижения поверхностной энергии акриловых клеев. Хотя SiDMA может улучшить совместимость с субстратами с низкой поверхностной энергией, он часто приводит к таким проблемам, как пластификация и проблемы смешиваемости, что снижает прочность на отслаивание. Таким образом, существует потребность в альтернативных силиконовых модификаторах, которые могли бы эффективно улучшить адгезию без ущерба для механических свойств клея.
В данном исследовании были синтезированы различные SiUDMA путем контроля соотношения диизоцианата и PDMS. Процесс синтеза включал реакцию PDMS с диизоцианатом с последующим добавлением мономеров диметакрилата. Полученные продукты были охарактеризованы по молекулярной массе, вязкости и поверхностной энергии.
По мере увеличения соотношения диизоцианата к ПДМС молекулярная масса и вязкость синтезированных SiUDMA уменьшались. Напротив, поверхностная энергия SiUDMA увеличивалась из-за снижения содержания ПДМС. Эта корректировка позволила улучшить совместимость с акриловыми клеями, повышая их адгезию к субстратам с низкой поверхностной энергией.
Адгезионные свойства модифицированных клеев-силикатов оценивали с помощью тестов на липкость петли и прочность на отслаивание на подложках из полидиметилсилоксана (PDMS). Добавление SiUDMA2.0, имеющего молекулярную массу, аналогичную SiDMA, привело к значительному улучшению адгезионных свойств. В частности, липкость петли увеличилась в четыре раза, а прочность на отслаивание — в шесть раз по сравнению с контрольным клеем-силикатом.
Было обнаружено, что все типы SiUDMA снижают поверхностную энергию клеев, значительно улучшая адгезию к подложкам из ПЭ, ПП и ПДМС. Например, клей, модифицированный 20 мас.% SiUDMA2.0 и отвержденный при 200 мДж/см², показал прочность на отслаивание 520 гс/25 мм на подложке из ПДМС, что более чем в три раза выше, чем у контрольного клея (138 гс/25 мм).
Термическая стабильность модифицированных SiUDMA клеевых адгезивов оценивалась с помощью испытаний на разрушение при сдвиге. Результаты показали, что модифицированный SiUDMA2.0 клеевой адгезив может выдерживать температуру до 70 °C, превосходя термическую стабильность контрольного клеевого адгезива, которая была ограничена 46,5 °C. Улучшенные термические характеристики указывают на потенциал модифицированных SiUDMA клеевых адгезивов в высокотемпературных областях применения.
Наблюдаемое улучшение прочности сцепления можно объяснить несколькими факторами. Во-первых, химическая структура SiUDMA способствует лучшему взаимодействию с субстратами с низкой поверхностной энергией, повышая смачиваемость адгезива. Во-вторых, контролируемый синтез SiUDMA позволяет точно регулировать их молекулярную массу и вязкость, оптимизируя баланс между гибкостью и прочностью.
По сравнению с традиционными модификаторами на основе силикона, SiUDMAs представляют собой более эффективное решение проблем адгезии, возникающих на подложках с низкой поверхностной энергией. Их способность улучшать адгезию без ущерба для механических свойств отличает их от предыдущих модификаций, таких как SiDMA, которые часто приводили к компромиссам в производительности.
Результаты этого исследования имеют важное значение для отраслей промышленности, которые полагаются на прочные адгезионные соединения с подложками с низкой поверхностной энергией. Возможность повышения характеристик акриловых клеев с использованием SiUDMA открывает новые возможности для применения в упаковочной, автомобильной и медицинской отраслях, где надежная адгезия имеет решающее значение.
Включение силиконово-уретандиметакрилатов (SiUDMA) в акриловые клеи, чувствительные к давлению, представляет собой многообещающую стратегию для повышения адгезии к субстратам с низкой поверхностной энергией. Синтез SiUDMA в сочетании с их способностью улучшать липкость петель и прочность на отрыв делает их превосходной альтернативой традиционным силиконовым модификаторам. Будущие исследования должны быть сосредоточены на дальнейшей оптимизации процесса синтеза и изучении дополнительных областей применения SiUDMA в различных составах клеев.
