Investigación reológica de adhesivos y sellantes

Los adhesivos se usan para unir superficies, comúnmente al cambiar su fase de líquido a sólido. A veces esto se acciona a través de un cambio de temperatura (adhesivos fundidos en caliente), en otros casos, el pegamento se endurece en condiciones ambientales (adhesivos de contacto), por ejemplo, a partir de la evaporación del solvente o de la humedad del aire de alrededor. También existen adhesivos reactivos y de componentes múltiples, que se endurecen mezclando dos o más componentes con reacción química los unos con los otros; o adhesivos de una parte que se endurecen a través de una reacción química cuando se aplica una fuente de energía externa, como radiación o calor. Los adhesivos también se encuentran en la naturaleza, como la brea (de la madera), el betún, la cera de abejas o el almidón (de las plantas).

Los sellantes se pueden usar para proteger las superficies por impregnación y también para rellenar orificios pequeños y evitar así la penetración de gas o líquido.

Adhesivos y sellantes medidos comúnmente

• Fundiciones en caliente
• Pastas de plastisol
• Sellantes de silicona
• Adhesivos de curación UV

Existen numerosas aplicaciones para fundiciones en caliente en una variedad de industrias, como la automotriz, la electrónica, higiene/medicina (parches farmacológicos, pañales, etc.), y embalaje (sellos de cajas y cartones, películas adhesivas, etiquetado, etc.), indumentaria y calzado (adhesivos para suelas, recubrimiento, etc.) y artículos para el hogar (cartuchos de pegamento caliente, películas adhesivas, etc.). Los adhesivos de fundición en caliente constituyen uno de los segmentos de mayor volumen de la industria de adhesivos. Con una fácil aplicación y un costo relativamente bajo, las fundiciones en caliente pueden servir para aumentar el rendimiento en la producción y reducir los costos por ahorro de tiempo durante las aplicaciones. Además, dado que las fundiciones en caliente contienen poco solvente, o ninguno, se evitan los problemas ambientales y los costos asociados. Lo que diferencia a las fundiciones en caliente de otros adhesivos es que se aplican en estado fundido y luego se enfrían rápidamente para formar un sólido adherente resistente a temperatura ambiente. Su rápido tiempo de asentamiento, sumado a su viscosidad relativamente alta, los hace ideales para la adhesión de materiales porosos. 

Los adhesivos de fundición en caliente son polímeros termoplásticos de peso molecular (MW) relativamente alto, lo que les otorga una alta rigidez. No obstante, los polímeros de alto MW por lo general no tienen suficiente potencia adhesiva (pegajosidad) por su cuenta, de modo que estos polímeros se combinan con una variedad de aditivos, que pueden incluir plastificantes, taquificantes y estabilizantes, para aumentar el rendimiento adhesivo. Los adhesivos de fundición en caliente se aplican en un estado fundido y deben fluir fácilmente sobre superficies para garantizar su humectación y adhesión. Es por esto que las pruebas de la viscosidad u otras propiedades viscoelásticas en función de la temperatura, realizadas con un reómetro, son fundamentales para garantizar un correcto rendimiento de la fundición en caliente. Además, las fundiciones en caliente deben ser estables con el tiempo para formar una unión resistente. Al conocer las características reológicas de una fundición en caliente determinada, su idoneidad para una tarea dada puede determinarse o se puede modificar su formulación para adaptarla a una aplicación específica. Una de las mejores formas de analizar el comportamiento reológico de las fundiciones en caliente es la medición oscilatoria que depende de la temperatura, en condiciones dinámico-mecánicas constantes (lo que significa una deformación constante así como también una frecuencia constante).

Esta prueba requiere un reómetro equipado con un sistema de control de temperatura Peltier. Esta es solo una de las investigaciones reológicas usadas habitualmente en la industria automotriz.

Las pastas de plastisol de PVC se usan para procesos de inyección, recubrimiento, inmersión, moldeado o extrusión. Las pastas de este tipo pueden aplicarse, por ejemplo, como plastisoles de recubrimiento en aerosol debajo de la carrocería de los vehículos, como recubrimiento para prevenir la corrosión en la industria química, como material para pisos en la industria de la construcción, para la producción de cuero artificial, indumentaria de protección o perfiles sellantes. Por lo general, los procesos de recubrimiento y moldeado se llevan a cabo a temperatura ambiente. El calentamiento posterior debe provocar gelificación y endurecimiento del plastisol.

Un factor de gran importancia para el operador es la temperatura del inicio de la gelificación. La mejor forma de describir el comportamiento de espesamiento que depende de la temperatura de una pasta de plastisol es una prueba oscilatoria a amplitud y frecuencia constantes, realizada como un barrido de temperatura. La temperatura de procesamiento habitualmente es la temperatura ambiente. No obstante, dado que la fricción de las partículas sucede en el curso del proceso, se esperan temperaturas de hasta +30 °C y más, p. ej., al usar una pistola rociadora o un recubrimiento con cuchilla. Además, la temperatura a la que la viscosidad es mínima tiene importancia. Si esta viscosidad mínima es demasiado baja, la pasta puede caerse o derramarse de la superficie después de la aplicación. Los productores necesitan conocer la temperatura máxima a la que se puede almacenar el material antes de procesarlo, especialmente en verano. La temperatura de inicio del proceso de gelificación se alcanza cuando la viscosidad y la rigidez de la pasta aumentan (comúnmente por encima de +60 °C). Finalmente, la pasta de plastisol por lo general alcanza su rigidez máxima a temperaturas de horno (comúnmente por encima de +120 °C).

Esta prueba requiere un reómetro equipado con un sistema de control de temperatura Peltier.

La necesidad de proteger algo de influencias externas con sellante es casi tan antigua como la humanidad misma. Incluso en la nueva edad de piedra, los humanos protegían sus viviendas del viento y la lluvia sellando las brechas con sellantes naturales como césped, moho o cera. Comenzando con la arcilla en el siglo XVIII, se han inventado numerosos sellantes sintéticos. Los sellantes de silicona o acrílico para interiores, como por ejemplo, en el baño, están entre los más comunes.

Una prueba importante para la caracterización reológica de los sellantes de silicona es la determinación del comportamiento tixotrópico. Esta describe la regeneración del material después de haber sido extraído del cartucho. Con una prueba llamada de pasos o prueba de tres intervalos de tixotropía , el material se mide bajo deformación variable aplicada, con oscilación desde amplitud baja a amplitud alta y nuevamente a la oscilación de baja amplitud. Las pruebas de oscilación ofrecen información sobre el comportamiento viscoelástico del material, de manera que los resultados de las pruebas se puedan usar para caracterizar las propiedades de pérdida (módulo de pérdida G”) y las propiedades elásticas (módulo de almacenamiento G') de una muestra. Una prueba de tixotropía de tres pasos en oscilación proporciona información valiosa sobre si una muestra todavía fluye (con  G’’ > G’) o ya está en el estado sólido (con G’ > G’’) después de la aplicación. De esta forma, es posible distinguir claramente entre un sellante bueno y uno malo en función del comportamiento que se desee durante y después de la aplicación.

Esta prueba requiere un reómetro equipado con un sistema de control de temperatura Peltier.

Los adhesivos que se curan bajo irradiación con luz ultravioleta tienen una serie de ventajas sobre los adhesivos curados convencionalmente. Generalmente no contienen disolventes, y el proceso de curado es rápido, a menudo sólo se requiere una fracción de segundo, de modo que se pueden alcanzar altas velocidades de procesamiento. Además, las tensiones térmicas que afectan a los materiales habitualmente son muy pequeñas, ya que no se requiere calentamiento externo.

Las propiedades mecánicas del material curado dependen de una serie de factores, como la cantidad y el tipo de agente reactivo, la intensidad y la longitud de onda de la fuente UV y el tiempo de irradiación. Las mediciones reológicas pueden ofrecer mucha información sobre estos factores. La mejor forma de monitorear el curado UV es el uso de medidas de oscilación a frecuencia y deformación constantes. Por ejemplo, la figura muestra cómo el tiempo de curado de una cola de curado UV, así como su rigidez final, se ven afectados por la intensidad de la irradiación UV.

Esta prueba requiere unreómetro equipado con un sistema de curado por UV (un sistema de control de temperatura Peltier con una fuente de luz UV y placas de vidrio intercambiables para permitir la irradiación de las muestras desde abajo).