Estudo do comportamento reológico dos adesivos hot melt PSA e sua relação com a composição e as propriedades adesivas

Abstract

Devido à sua crescente importância industrial, os adesivos do tipo PSA (Pressure Sensitive Adhesives) vêm sendo amplamente estudados, principalmente na tentativa de explicar e predizer suas propriedades mecânicas e correlacioná-las à composição e às propriedades reológicas do adesivo. Neste trabalho foi estudada a influência de três parâmetros de formulação de adesivos hot melt PSA nas suas propriedades reológicas e mecânicas. A primeira parte do estudo consiste de um planejamento fatorial fracionado 3³-¹, considerando tipo de borracha (SIS, mistura de SIS e SBS e SIS), teor de óleo (10, 15 e 20%), e tipo de resina (mistura de resina alifática hidrogenada e aromática, mistura de resina alifática não-hidrogenada e aromática e copolímero alifático-aromático). Na segunda parte, a influência da relação borracha/resina e do teor de óleo nas propriedades finais foi estudada em uma composição fixa, baseada em SBS e resina copolímero alifático-aromático. Os adesivos preparados foram avaliados em ensaios de caracterização reológica em viscosímetro Brookfield e em reômetro rotacional. Ensaios de avaliação de propriedades mecânicas normalmente utilizados na indústria de adesivos foram realizados para caracterizar os adesivos testados quanto à adesão, à coesão, ao tack e à resistência térmica. Os resultados mostraram que os três parâmetros estudados têm efeito significativo sobre todas as propriedades mecânicas e que estas podem ser correlacionadas às propriedades reológicas. Verificou-se que a resina copolímero alifático-aromático é a melhor resina para adesivos baseados em SBS, permitindo obter-se bom tack nestes sistemas. Este é um importante resultado, já que formulações de hot melt PSA usando apenas SBS como borracha não são muito comuns devido ao seu baixo tack. Além disso, o SBS apresentou menor sensibilidade à perda de coesão, com o incremento do teor de óleo do que o SIS. Finalmente, foram identificadas correlações entre propriedades reológicas e mecânicas, especialmente os relacionados ao tack (Loop Tack) e à resistência térmica (SAFT), que são características essenciais de HMPSA.

In this work, the influence of three parameters of hot melt PSA (pressure sensitive adhesives) formulations on the rheological and mechanical properties of the product was analyzed. The first part of the study consisted on a 3³-¹ fractionated factorial design, considering rubber type (SIS rubber, a SIS and SBS mixture, or SBS rubber), oil content (10, 15 or 20%), and tackifier resin type (hydrogenated aliphatic resin mixed with aromatic resin, non-hydrogenated aliphatic resin mixed with aromatic resin, and aliphatic-aromatic copolymer resin). In the second part, SBS rubber and aliphatic-aromatic copolymer tackifier resin were taken as the basis of the formulation, and the influence of rubber/resin ratio and oil content on the final product properties was analyzed. Rheological measurements were carried out in a Brookfield viscosimeter and a rotational rheometer. The standard tests of the adhesives industry were used to determine adhesion, cohesion, tack and heat resistance for the tested formulations. The results showed that the three parameters studied have significant effects on the mechanical properties of the adhesives and that these effects can be correlated to the rheological properties of the formulation. Aliphatic-aromatic copolymer resin has proven to be the best tackifier resin to SBS based adhesives, allowing to achieve good tack in these systems. This is an important result, since hot melt PSA formulations using only SBS as rubber component are not widely used due to poor tack characteristics. Additionally, sensitivity of the adhesive cohesion to oil content increase was lower for the SBS/aliphatic-aromatic copolymer resin based system when compared to the SIS based adhesives. Complementarily, correlations between rheological parameters and rheological model parameters with tack (Loop Tack) and the heat resistance (SAFT) mechanical properties were identified.