Yapıştırıcı Sistemlerin Kürünün Reolojik ve Termal Test ile Değerlendirilmesi
Summary
Endüstriyel yapıştırıcı seçimi için yararlı bilgiler elde etmek için yapıştırıcıların kürleme sürecini karakterize etmek için termal ve reolojik ölçümlere dayalı deneysel bir metodoloji önerilmektedir.
Abstract
Yapıştırıcıların kürle ilgili termal süreçlerin analizi ve bir kez tedavi edilen mekanik davranış çalışması, herhangi bir uygulama için en iyi seçeneği seçmek için anahtar bilgileri sağlar. Termal analiz ve reolojiye dayanan kür karakterizasyonu için önerilen metodoloji, üç ticari yapıştırıcının karşılaştırılması yla açıklanmıştır. Burada kullanılan deneysel teknikler Termogravimetrik Analiz (TGA), Diferansiyel Tarama Kalorimetre (DSC) ve Reoloji’dir. TGA termal stabilite ve dolgu içeriği hakkında bilgi sağlar, DSC ısı değişiklikleri tabi tutulduğunda kür reaksiyonu ve tedavi malzemetermal değişiklikler ile ilgili bazı termal olayların değerlendirilmesi sağlar. Romatoloji, termal dönüşümlerin bilgilerini mekanik bir bakış açısından tamamlar. Böylece, kürleme reaksiyonu elastik modül (özellikle depolama modülü), faz açısı ve boşluk üzerinden izlenebilir. Buna ek olarak, DSC nem kürlenebilir yapıştırıcıların kür çalışması için hiçbir yararı olmasına rağmen, amorf sistemlerin düşük sıcaklık cam geçiş değerlendirmek için çok uygun bir yöntem olduğu gösterilmiştir.
Introduction
Günümüzde yapıştırıcılara artan bir talep vardır. Günümüzün endüstrisi, yapıştırıcıların, olası yeni uygulamaların artan çeşitliliğine adapte olarak giderek daha çeşitli özelliklere sahip olmasını talep etmektedir. Her özel durum için en uygun seçeneğin seçimini zor bir görev haline getirir. Bu nedenle, yapıştırıcıları özelliklerine göre karakterize etmek için standart bir metodoloji oluşturmak seçim sürecini kolaylaştıracak. Kürleme işlemi sırasında yapıştırıcının analizi ve kürlenmiş sistemin son özellikleri, yapıştırıcının belirli bir uygulama için geçerli olup olmadığına karar vermek için çok önemlidir.
Yapıştırıcıların davranışını incelemek için en sık kullanılan deneysel tekniklerden ikisi Diferansiyel Tarama lı Kalorimetre (DSC) ve Dinamik Mekanik Analiz (DMA) ‘dır. Reolojik ölçümler ve termogravimetrik testler de yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar sayesinde, cam geçiş sıcaklığı (Tg) ve kür kalıntı ısı, tedavi derecesi ile ilgili olan1,2, belirlenebilir.
TGA yapıştırıcıların termal stabilitesi hakkındabilgi sağlar3,4, hangi daha fazla proses koşulları kurmak için çok yararlıdır, öte yandan reolojik ölçümler yapıştırıcıjel zamanının belirlenmesini, kürlenme küçülme analizini ve kürlenmiş bir numunenin viskoelastik özelliklerinin tanımını sağlar5,6,7, DSC tekniği kürleme artık ısı ölçümü sağlarken, ve kür sırasında aynı anda gerçekleşebilir bir veya daha fazla termal süreçler arasında ayırt 8,9. Bu nedenle, DSC, TGA ve reolojik metodolojilerin birleşimi yapıştırıcıların tam bir karakterizasyonu geliştirmek için ayrıntılı ve güvenilir bilgi sağlar.
DSC ve TGA’nın birlikte uygulandığı yapıştırıcılar üzerinde bir dizi çalışma vardır10,11,12. Ayrıca dsc’yi reolojik ölçümlerle tamamlayan bazı çalışmalar vardır13,14,15. Ancak, yapıştırıcıların sistematik bir şekilde karşılaştırılmasını ele alacak standart bir protokol yoktur. Bu karşılaştırma tüm daha iyi farklı bağlamlarda doğru yapıştırıcılar seçmek için olacaktır. Bu çalışmada, termal analiz ve reolojinin kombine kullanımı yoluyla kürleme sürecinin bir karakterizasyonu için deneysel bir metodoloji önerilmektedir. Bir topluluk olarak bu teknikleri n uygulanması sırasında ve kür leme işlemi sonrasında yapıştırıcı davranış hakkında bilgi toplamak için izin verir, ayrıca termal stabilite ve malzemenin Tg16.
Üç tekniği içeren önerilen metodoloji, DSC, TGA ve reoloji bu çalışmada üç ticari yapıştırıcı lar örnek olarak tanımlanmıştır. Yapıştırıcılardan biri, bundan böyle S2c olarak adlandırılan, iki bileşenli bir yapıştırıcıdır: Bileşen A tetrahidrofurfuryl metakrilat içerir ve bileşen B benzoil peroksit içerir. B bileşeni tetrahidrofurfuryl metakrilat halkalarının açılmasına neden olarak kür leme reaksiyonunun başlatıcısı olarak hareket eder. Serbest radikal polimerizasyon mekanizması sayesinde monomerin C=C bağı büyüyen radikalile reaksiyona girer ve tetrahidrofurfuryl yan gruplar17ile bir zincir oluşturur. Diğer yapıştırıcılar, T1c ve T2c, değiştirilmiş bir silane polimer yapıştırıcı aynı ticari evden bir ve iki bileşenli sürümleri vardır. Kürleme işlemi, ortam nemi (T1c örneğinde olduğu gibi) veya ikinci bir bileşenin eklenmesiyle (T2c örneğinde olduğu gibi) başlatılabilen silane grubu18’inhidrolizi ile başlar.
Bu üç farklı sistemlerin uygulama alanları ile ilgili olarak: yapıştırıcı S2c, bazı durumlarda, kaynak, perçinleme, clinching ve diğer mekanik sabitleme teknikleri yerine tasarlanmıştır ve üst kat, plastik, cam, vb dahil olmak üzere yüzeylerin farklı türleri üzerinde gizli eklemlerin yüksek mukavemetli sabitleme için uygundur. T1c ve T2c yapıştırıcıları metal ve plastiklerin elastik yapıştırma için kullanılır: karavan üretiminde, demiryolu araç endüstrisinde veya gemi yapımında.
Protocol
Representative Results
Discussion
Malzemenin stabil olduğu sıcaklık aralığı hakkında bilgi verdiği için her yapıştırıcının ön TGA testi her zaman temel bir adımdır. Bu bilgi, daha fazla deneyi doğru bir şekilde ayarlamak için çok önemlidir. Buna ek olarak, TGA da dolgu içeriği hakkında bilgi verebilir, hangi depolama ve kayıp modülü tedavi boyunca çapraz olmayabilir anlamak için çok anlayışlı olabilir.
Öte yandan, DSC en termosetting sistemlerinin tedavisi niret lenmelerine izin verir, ancak…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma kısmen İspanya Bilim ve Yenilik Bakanlığı [Grant MTM2014-52876-R], [MTM2017-82724-R] ve Xunta de Galicia (Unidad Mixta de Investigación UDC-Navantia [IN853B-2018/02]] tarafından desteklenmiştir. Kullanılan reometrenin şemasını gösteren görüntü için TA Instruments’a teşekkür ederiz. Bu resim makalenin Malzemeler Tablosu’nda yer alan. Ayrıca Journal of Thermal Analysis and Calorimetry’e referans [16] ve Centro de Investigaciones Científicas Avanzadas (CICA) verilerini kullanma izni için de teşekkür ederiz.
Materials
| 2960 SDT | TA Instruments | Simultaneous DSC/TGA device: Used to perform thermogravimetric tests. | |
| Discovery HR-2 | TA Instruments | Rheometer to perform rheological test. | |
| MDSC Q2000 | TA Instruments | Differential Scanning Calorimeter with optional temperature modulation. Used to peform DSC and MDSC tests. | |
| Sikafast 5211NT | Sika | S2c: a two component system manufactured by Sika. It is based on tetrahydrofurfuryl methacrylate and contains an ethoxylated aromatic amine. The second component contains benzoyl peroxide as the initiator for the crosslinking reaction. |
|
| Teroson MS 939 FR | Henkel | T1c: manufactured by Henkel, which is a one component sylil-modified-polymer, whose cure reaction is triggered by moisture. | |
| Teroson MS 9399 | Henkel | T2c: a two component system manufactured by Henkel. It is a sylil-modified-polymer too but the second component is aimed to make the curing rate a little more independent from the moisture content of air. | |
| TRIOS | TA Instruments | Control Software for the rheometer. Version 4.4.0.41651 |
References
- Zhang, Y., Adams, R. D., da Silva, L. F. M. Effects of Curing Cycle and Thermal History on the Glass Transition Temperature of Adhesives. The Journal of Adhesion. 90 (4), 327-345 (2014).
- Wisanrakkit, G., Gillham, J. K. The glass transition temperature (Tg) as an index of chemical conversion for a high-Tg amine/epoxy system: Chemical and diffusion-controlled reaction kinetics. Journal of Applied Polymer Science. 41 (11-12), 2885-2929 (1990).
- Ji, X., Guo, M. Preparation and properties of a chitosan-lignin wood adhesive. International Journal of Adhesion and Adhesives. 82, 8-13 (2018).
- Aliakbari, M., Jazani, M. O., Sohrabian, M., Jouyandeh, M., Saeb, M. R. Multi-nationality epoxy adhesives on trial for future nanocomposite developments. Progress in Organic Coatings. 133, 376-386 (2019).
- Kozowyk, P. R. B., Poulis, J. A. A new experimental methodology for assessing adhesive properties shows that Neandertals used the most suitable material available. Journal of Human Evolution. 137, 102664 (2019).
- Tenorio-Alfonso, A., Pizarro, M. L., Sánchez, M. C., Franco, J. M. Assessing the rheological properties and adhesion performance on different substrates of a novel green polyurethane based on castor oil and cellulose acetate: A comparison with commercial adhesives. International Journal of Adhesion and Adhesives. 82, 21-26 (2018).
- Presser, M., Geiss, P. L. Experimental investigation of the influence of residual stress due to curing shrinkage on the interphase formation in adhesively bonded joints. Procedia Engineering. 10, 2743-2748 (2011).
- McHugh, J., Fideu, P., Herrmann, A., Stark, W. Determination and review of specific heat capacity measurements during isothermal cure of an epoxy using TM-DSC and standard DSC techniques. Polymer Testing. 29 (6), 759-765 (2010).
- Moussa, O., Vassilopoulos, A. P., Keller, T. Experimental DSC-based method to determine glass transition temperature during curing of structural adhesives. Construction and Building Materials. 28 (1), 263-268 (2012).
- Yang, Q., Xian, G., Karbhari, V. M. Hygrothermal ageing of an epoxy adhesive used in FRP strengthening of concrete. Journal of Applied Polymer Science. 107 (4), 2607-2617 (2008).
- Campbell, R., Pickett, B., La Saponara, V., Dierdorf, D. Thermal Characterization and Flammability of Structural Epoxy Adhesive and Carbon/Epoxy Composite with Environmental and Chemical Degradation. Journal of Adhesion Science and Technology. 26, 889-910 (2012).
- Rahman, M. M., Kim, H. D. Synthesis and characterization of waterborne polyurethane adhesives containing different amount of ionic groups (I). Journal of Applied Polymer Science. 102 (6), 5684-5691 (2006).
- Vega-Baudrit, J., Navarro-Bañón, V., Vázquez, P., Martín-Martínez, J. M. Addition of nanosilicas with different silanol content to thermoplastic polyurethane adhesives. International Journal of Adhesion and Adhesives. 26 (5), 378-387 (2006).
- Park, Y. J., Joo, H. S., Kim, H. J., Lee, Y. K. Adhesion and rheological properties of EVA-based hot-melt adhesives. International Journal of Adhesion and Adhesives. 26 (8), 571-576 (2006).
- Kim, H., Kim, J., Kim, J. Effects of novel carboxylic acid-based reductants on the wetting characteristics of anisotropic conductive adhesive with low melting point alloy filler. Microelectronics Reliability. 50 (2), 258-265 (2010).
- Sánchez-Silva, B., et al. Thermal and rheological comparison of adhesives. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 138 (5), 3357-3366 (2019).
- Full, A. P., et al. Polymerization of tetrahydrofurfuryl methacrylate in three-component anionic microemulsions. Macromolecules. 25, 5157-5164 (1992).
- Pizzi, A., Mittal, K. L. . Handbook of adhesive technology. , (1992).
- Keenan, M. R. Autocatalytic cure kinetics from DSC measurements: Zero initial cure rate. Journal of Applied Polymer Science. 33 (5), 1725-1734 (1987).
- Lee, J. Y., Shim, M. J., Kim, S. W. Autocatalytic cure kinetics of natural zeolite filled epoxy composites. Materials Chemistry and Physics. 48 (1), 36-40 (1997).
- Hayaty, M., Beheshty, M. H., Esfandeh, M. Isothermal differential scanning calorimetry study of a glass/epoxy prepreg. Polymers for Advanced Technologies. 22 (6), 1001-1006 (2011).
- Lee, E. J., Park, H. J., Kim, S. M., Lee, K. Y. Effect of Azo and Peroxide Initiators on a Kinetic Study of Methyl Methacrylate Free Radical Polymerization by DSC. Macromolecular Research. 26 (4), 322-331 (2018).
- Chambon, F., Winter, H. H. Linear Viscoelasticity at the Gel Point of a Crosslinking PDMS with Imbalanced Stoichiometry. Journal of Rheology. 31 (8), 683-697 (1987).
- Winter, H. H., Chambon, F. Analysis of linear viscoelasticity of a crosslinking polymer at the gel point. Journal of Rheology. 30 (2), 367-382 (1986).
- Roland, C. M. Characteristic relaxation times and their invariance to thermodynamic conditions. Soft Matter. 4 (12), 2316 (2008).
