Investigação reológica de adesivos e selantes

Adesivos são usados para unir superfícies, normalmente quando sua fase líquida é alterada para a fase sólida. Em alguns casos, este processo é desencadeado por uma mudança de temperatura (adesivos termoplásticos), em outros casos a cola endurece em condições ambientes (adesivos de contato), por exemplo, devido à evaporação do solvente ou devido à umidade do ar ambiente. Há também adesivos reativos e multicomponentes que são endurecidos misturando dois ou mais componentes que reagem quimicamente um com o outro e adesivos de uma parte que endurecem através de uma reação química quando uma fonte de energia externa, como radiação ou calor, é aplicada. Adesivos também podem ser encontrados na natureza, como a resina (da madeira), o betume, a cera de abelha ou o amido (de plantas).

Selantes também podem ser usados para proteger superfícies por impregnação; além de encher pequenas aberturas, que previnem a penetração de gás ou líquidos.

Adesivos e selantes tipicamente medidos

• Termoplásticos
• Pastas Plastisol
• Selantes de silicone
• Adesivos com cura por UV

Há inúmeras aplicações para termoplásticos nas mais diversas indústrias, como a automotiva e a eletrônica, da higiene/medicina (emplastros medicinais, gazes etc.) e de embalagens (selagem de caixas de papel, filmes adesivos, rótulos etc.), além dos setores de calçados e roupas (adesivos para solas, revestimentos etc.) e de itens para o lar (pistolas de cola quente, filmes adesivos etc.). Os adesivos termoplásticos são um dos maiores segmentos da indústria de adesivos. De fácil aplicação e custo relativamente baixo, os termoplásticos podem ajudar a aumentar o rendimento na produção e reduzir os custos através da economia de tempo durante a sua aplicação. Além disso, dado que os termoplásticos contêm pouco ou nenhum solvente, as questões ambientais e os seus eventuais custos associados são evitados. O que distingue os termoplásticos de outros adesivos é o ato de serem aplicados em seu estado fundido, sendo resfriados rapidamente para criar um material sólido e aderente à temperatura ambiente. Seu tempo rápido de assentamento, aliado à sua viscosidade relativamente alta, fazem deles ideais para cola de materiais porosos. 

Os adesivos termoplásticos são polímeros com peso molecular (PM) relativamente alto, o que lhes dá uma alta rigidez. Contudo, os polímeros de alto PM geralmente não possuem por si só poder de adesão suficiente (cola), de modo que estes polímeros são misturados com uma variedade de aditivos, que podem incluir plastificantes, agentes de viscosidade e estabilizantes, para aumentar o desempenho do adesivo. Os adesivos termoplásticos são aplicados em estado fundido e devem escorrer suavemente sobre as superfícies a fim de garantir umidade e aderência. Por esta razão, testar a  viscosidade como uma função de temperatura com um reômetro é essencial para garantir o bom desempenho do termoplástico. Além disso, os termoplásticos precisam ser estáveis ao longo do tempo a fim de formar uma ligação resistente. Ao conhecer as características reológicas e um dado termoplástico, é possível determinar sua adequação para uma tarefa ou modificar sua formulação a fim de personalizá-lo para uma aplicação específica. Uma das melhores formas de estudar o comportamento reológico dos termoplásticos é através da  medição oscilatória dependente de temperatura sob condições mecânicas constantes (ou seja, tensão constante e frequência constante).

Esse teste exige um reômetro equipado com um sistema de controle de temperatura Peltier. Essa é apenas uma das investigações reológicas normalmente usadas na indústria automotiva.

As pastas plastisol de PVC são usadas para processos de injeção, revestimento, imersão, modelagem ou extrusão. Estas pastas podem ser aplicadas, por exemplo, como plastisols de revestimento em spray na parte inferior da carroceria de automóveis, como revestimento para a prevenir corrosão em fábricas de produtos químicos, como pavimentação na indústria da construção civil, para a produção de couro artificial, roupas de proteção ou perfis de vedação. Normalmente, os processos de revestimento e modelação são realizados a temperatura ambiente. O aquecimento subsequente deverá causar a gelificação e o endurecimento do plastisol.

Um fator de grande importância para o operador é a temperatura do início da gelificação. A melhor maneira de descrever o comportamento de espessamento dependente de temperatura é através de um teste oscilatório a uma amplitude e uma frequência realizado como uma varredura de temperatura. A temperatura de processamento é normalmente a temperatura ambiente. No entanto, devido à fricção de partículas que ocorre ao longo do processo, prevê-se temperaturas de até +30 °C ou superior como, por exemplo, ao usar uma pistola de spray ou revestimento de lâmina. Além disso, a temperatura na qual a viscosidade está em seu mínimo é importante. Se esta viscosidade mínima for muito baixa, a pasta pode escorrer ou pingar da superfície após a aplicação. Produtores precisam saber a temperatura máxima na qual o material pode ser armazenado antes de ser processado, especialmente no verão. A temperatura inicial do processo de gelificação é atingida quando a viscosidade e a rigidez da pasta aumentam (normalmente acima de +60 °C). Por fim, a pasta plastisol normalmente atinge sua rigidez máxima a temperaturas de forno (tipicamente acima de +120 °C).

Esse teste exige um reômetro equipado com um sistema de controle de temperatura Peltier.

A necessidade de proteger algo das influências externas através de um sistema de vedação é talvez tão antiga quanto a própria humanidade. Mesmo na idade da pedra, os humanos protegiam suas casas contra vento e chuva vedando as fendas com selantes naturais como grama, lama ou cera. Desde a criação da pasta de vidraceiro no século XVIII, inúmeros selantes sintéticos foram inventados. Os selantes de silicone ou acrílico para acessórios interiores, como por exemplo nos banheiros, estão entre os usos mais comuns.

Um teste importante para a caracterização reológica dos selantes de silicone é o  comportamento tixotrópico. Este teste descreve a regeneração do material após ele ser pressionado para fora do cartucho. Com um chamado teste de etapas, ou teste de tixotropia de três intervalos, o material é medido sob deformação aplicada variável: de oscilação de baixa amplitude para grande amplitude e de volta para oscilação de baixa amplitude. Testes de oscilação fornecem informações sobre o comportamento viscoelástico do material, de forma que resultados de testes podem ser usados para caracterizar as propriedades viscosas (módulo de perda G'') e elásticas (módulo de armazenamento G') de uma amostra. Um teste de tixotropia de três intervalos em oscilação fornece informações valiosas sobre se a amostra ainda flui (com G’’ > G’) ou se já está em estado sólido (com G’ > G’’) após a aplicação. Desta forma, é possível distinguir  claramente  entre um selante bom e um ruim dependendo do comportamento desejado durante e após a aplicação.

Esse teste exige um reômetro equipado com um sistema de controle de temperatura Peltier.

Adesivos que podem curar sob irradiação com luz UV possuem diversas vantagens sobre adesivos curados convencionalmente. Eles normalmente não possuem solventes, e o processo de cura é rápido – muitas vezes, apenas uma fração de segundo é necessária – de forma que é possível atingir altas velocidades de processamento. Além disso, as tensões térmicas sobre os materiais são normalmente muito baixas, além de não exigir aquecimento externo.

As propriedades mecânicas do material curado dependem de diversos fatores, como a quantidade e o tipo de agente reativo, a intensidade e o comprimento de onda da fonte UV e o tempo de irradiação. Medições reológicas podem fornecer muitas informações sobre esses fatores. O melhor método para monitorar a cura por UV é através de medições oscilatórias em frequência e tensão constantes. Por exemplo, a figura mostra como o tempo de cura de uma cola com cura UV, além de sua dureza final, é afetada pela intensidade da irradiação UV.

Esse teste exige um reômetro equipado com um sistema de cura UV (um sistema de controle de temperatura Peltier com uma fonte de luz UV e placas de vidro intercambiáveis para possibilitar a irradiação das amostras debaixo delas).