رزین های اکریلیک پایه آب در چسب فشار حساس

مقدمه

رزین های اکریلیک پایه آب در چسب های فشار حساس (Pressure Sensitive Adhesives یا PSA) به عنوان جزء پلیمری اصلی، مورد استفاده قرار می گیرند و نقشی اساسی در ایجاد چسبندگی ایفا می کنند. این رزین های امولسیونی (پایه آب) به دلیل مزایای زیست محیطی و ایمنی، به طور گسترده ای جایگزین سامانه های حلالی شده اند. در صنعت چسب، PSAها چسب هایی هستند که در دمای محیط به صورت یک ماده‌ی چسبنده (بدون نیاز به فعال سازی با حرارت یا حلال) باقی می مانند و با اعمال فشار کم، اتصال ایجاد می کنند.

ماهیت چسب فشار حساس و رزین های اکریلیک پایه آب

چسب های فشار حساس دسته ای از چسب ها هستند که در دمای اتاق حالت ویسکوالاستیک و چسبناک دارند و تحت فشار کم، بدون نیاز به خشک شدن کامل یا واکنش شیمیایی، بین دو سطح اتصال ایجاد می کنند. این چسب ها معمولاً بر پایه پلیمرهایی با Tg (دمای انتقال شیشه ای) پایین ساخته می شوند تا در شرایط محیطی نرم و انعطاف پذیر باقی بمانند. رزین های اکریلیک یکی از رایج ترین پایه های پلیمر در PSAهای مدرن هستند که به دلیل پایداری بالا، شفافیت مناسب، مقاومت در برابر اکسیداسیون و UV و چسبندگی خوب، به بسیاری از سطوح، مورد توجه قرار گرفته اند. رزین های اکریلیک پایه آب نوعی از این پلیمرها هستند که به صورت امولسیون پلیمری در آب تهیه می شوند. در این سیستم ها مونومرهای اکریلیک (مانند بوتیل اکریلات، ۲-اتیل هگزیل اکریلات و غیره همراه با مقدار کمی مونومرهای قطبی همچون اسید اکریلیک) طی پلیمریزاسیون امولسیونی در آب تبدیل به ذرات پلیمری می شوند. نتیجه، لاتکس اکریلیک حاوی ذرات رزین است که می تواند به عنوان فاز چسبنده در فرمولاسیون PSA مورد استفاده قرار گیرد. پس از اعمال چسب بر روی لایه حامل (مثلاً فیلم، کاغذ یا فوم) و تبخیر آب، ذرات پلیمری به هم جوش خورده و لایه چسب جامد و چسبناک را تشکیل می دهند.

از دید ساختاری، رزین های اکریلیک پایه آب فاقد حلال های آلی فرار در فرمولاسیون خود هستند و آب نقش حامل پخش کننده ی پلیمر را ایفا می کند. این موضوع مزیت مهمی از نظر ایمنی و محیط زیست دارد؛ چرا که در چسب های پایه حلال، حلال های آلی (نظیر تولوئن، هگزان و غیره) در طی فرآیند خشک شدن تبخیر شده و ترکیبات آلی فرار (VOC) قابل توجهی منتشر می کنند. این ترکیبات موجب آلودگی هوا، بوی نامطبوع و مخاطرات سلامتی می شوند. در مقابل، چسب های پایه آب عمدتاً آب را به عنوان حامل تبخیرشونده دارند که فاقد خطرات زیست محیطی VOC بوده و از این رو رزین های اکریلیک پایه آب گزینه ای سازگار با محیط زیست به شمار می روند. به بیان دیگر، با جایگزینی حلال های آلی با آب، فرمولاسیون این چسب ها قادر است استانداردهای زیست محیطی سخت گیرانه را براحتی رعایت کند و نیاز به تجهیزات پیچیده بازیافت حلال یا تهویه گسترده را کاهش دهد.

مزایای زیست محیطی رزین های اکریلیک پایه آب

یکی از مهم ترین محرک های توسعه رزین های اکریلیک پایه آب در صنعت PSA، ملاحظات زیست محیطی و ایمنی محل کار است. حلال های آلی مورد استفاده در چسب های فشار حساس حلالی، از منابع اصلی انتشار VOC و آلاینده های خطرناک هوا (HAPs) هستند و قوانین سخت زیست محیطی در سطح جهانی صنایع را مجبور به کاهش چشمگیر این انتشارها کرده است. رزین های اکریلیک پایه آب به دلیل داشتن حلال غیر سمی (آب) به طور ذاتی VOC بسیار کمتری تولید می کنند و بنابراین راهکاری مناسب برای پاسخ به این مقررات محسوب می شوند. برای مثال، در صنعت نوار چسب و برچسب، که به صورت سنتی وابستگی زیادی به چسب های پایه حلال داشت، اکنون استفاده از امولسیون های اکریلیک پایه آب به سرعت در حال گسترش است زیرا ترکیبات آلی فرار در طی فرآیند تولید و کاربرد را به حداقل می رسانند. مزیت دیگر حذف حلال های آلی، بهبود ایمنی و بهداشت محیط کار است؛ چرا که خطرات اشتعال پذیری، سمیت تنفسی و نیاز به تجهیزات تهویه صنعتی گسترده در فرآیندهای پایه آب به مراتب کمتر است.

مقایسه چسب های پایه آب و پایه حلال

در این بخش، چسب های اکریلیک پایه آب با چسب های اکریلیک پایه حلال از جنبه های مهم زیست محیطی، عملکرد چسبندگی و شفافیت مقایسه شده اند:

شفافیت و پایداری در برابر رطوبت

شفافیت یکی از ویژگی های مهم در بسیاری از کاربردهای چسب های فشارحساس (از جمله نوارچسب های شفاف، لیبل های شیشه ای و فیلم های محافظتی) است. در گذشته، یکی از چالش های رزین های اکریلیک پایه آب میل به سفیدک زدن یا کدرشدن فیلم چسب در مواجهه با آب، رطوبت یا قرارگیری طولانی مدت در محیط های بسیار مرطوب بود. این پدیده به دلیل حضور رطوبت در ریزساختار فیلم پلیمری و انکسار نور در مرزهای بین فاز پلیمری و آب و عامل فعال سطحی رخ می دهد که نتیجه آن کاهش شفافیت و ظاهر مه آلود در لایه چسب است. در مقابل، چسب های اکریلیک پایه حلال به دلیل نبود چنین فاز پراکنده آبی، در برابر سفیدک زدن مقاومت ذاتی بیشتری داشتند و فیلم های حاصل معمولاً کاملاً شفاف باقی می ماندند.

خوشبختانه، با اصلاح فرمولاسیون رزین های پایه آب، مشکل سفیدک زدن تا حد زیادی برطرف شده است. راهکار اصلی، افزایش آب گریزی رزین و بهبود همچسبی ذرات پلیمر پس از خشک شدن است. همان طور که اشاره شد، افزودن مونومرهای آبگریز مانند وینیل استرها به پلیمر اکریلیک تأثیر چشمگیری بر افزایش مقاومت به آب و رطوبت دارد. تحقیقات نشان داده است که رزین های اکریلیک پایه آب اصلاح شده با مونومرهای آب گریز پس از قرارگیری طولانی مدت در شرایط رطوبت بالا، بخش اعظم چسبندگی اولیه خود را حفظ می کنند و دچار افت شدید نمی شوند. علاوه بر این، در آزمون مقاومت در برابر آب (غوطه وری مستقیم در آب)، فیلم چسب پایه آب حاوی مونومر آب گریز هیچ گونه سفیدک یا کدری قابل ملاحظه ای پس از ۴۸ ساعت نشان نمی‌دهد و شفافیت خود را حفظ می‌کند. این نتایج حاکی از آن است که با فرمولاسیون بهینه، رزین های اکریلیک پایه آب می توانند از نظر شفافیت و پایداری ظاهری، هم تراز با چسب های پایه حلال عمل کنند و برای کاربردهای شفاف نیز گزینه مناسبی باشند.

نتیجه گیری

رزین های اکریلیک پایه آب در چسب های فشار حساس ترکیبی از دو مزیت کلیدی را ارائه می دهند: دوست داری محیط زیست و کارایی فنی مطلوب. طی سالیان اخیر، با تشدید مقررات زیست محیطی در خصوص VOCها و گرایش صنایع به فناوری های پایدارتر، این رزین ها به مرکز توجه صنعت چسب تبدیل شده اند. هرچند در گذشته برخی موانع فنی مانند ضعف نسبی در برابر تنش های مکانیکی یا حساسیت به رطوبت وجود داشت، پیشرفت های پژوهشی و بهبود فرمولاسیون ها تا حد زیادی این مشکلات را برطرف کرده است. امروزه بسیاری از چسب های فشارحساس پایه آب قادرند خواصی هم تراز با انواع حلالی (و حتی بهتر در برخی جنبه ها) ارائه دهند، به طوری که در صنایعی نظیر بسته بندی، خودرو، الکترونیک و حتی مصارف پزشکی، کاربردشان به سرعت در حال گسترش است. به طور خلاصه، رزین های اکریلیک پایه آب نسل جدیدی از چسب های فشارحساس را ممکن ساخته اند که ضمن حفظ عملکرد عالی، معیارهای سلامت و محیط زیست را نیز به خوبی رعایت می کنند. این ترکیب منحصر به فرد از مزایا باعث شده است که بسیاری از تولیدکنندگان چسب و صنایع مصرف کننده ی PSA، به سمت استفاده ی بیش تر از سامانه های پایه آب سوق پیدا کنند.

برای اطلاعات رزین های PSA سیماب رزین کلیک کنید

منابع

1

2

3