پارامترهای مؤثر بر استحکام چسبندگی و سامانه‌های ‌پلی‌یورتانی

نوع مقاله: تالیفی

نویسندگان

1 دانشجو

2 هیئت علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

چسب‌های پلی‌یورتان کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند. این دسته از چسب‌ها، از دو جزء اصلی ایزوسیانات و پلی‌اُل تشکیل شده‌اند و در سنتز آن‌ها بر حسب کاربرد، از مواد دیگری شامل زنجیرافزا، حلال، کاتالیزور و افزودنی‌ها استفاده می‌شود. چسب پلی‌یورتان با وجود تمام مزایا مانند انعطاف‌پذیری مناسب، مقاومت سایشی زیاد، خواص فیزیکی ومکانیکی عالی و چسبندگی خوب به سطوح متنوع، دارای استحکام چسبندگی وابسته به پارامترهای فرایند مانند نسبت عوامل واکنشگر، وزن مولکولی پلی‌اُل، نوع ایزوسیانات و پلی‌اُل، کیفیت سطح و دمای فرایند است. در این مقاله، ضمن معرفی چسب پلی‌یورتان، اثر سهم پارامتر شامل نسبت عوامل واکنشگر، وزن مولکولی پلی‌اُل و کیفیت سطح بر خواص و استحکام چسبندگی چسب پلی‌یورتان بررسی شده است. پژوهشگران مختلف به این نتیجه رسیده‌اند، دو متغیر بلورینگی و نسبت NCO/OH بر مقادیر سختی چسب پلی‌یورتان اثرگذارند، به‌طوری که سختی با افزایش بلورینگی و نسبت NCO/OH روند افزایشی نشان می‌دهد. با افزایش مقدار زنجیرافزا (کاهش پلی‌اُل)، مدول یانگ چسب به طور چشمگیری افزایش می‌یابد، در حالی که ازدیاد طول تا پارگی روند کاهش تدریجی نشان می‌دهد. همچنین، با افزایش وزن مولکولی جزء پلی‌ال مدول ذخیره پلی‌یورتان افزایش می‌یابد. روش‌های مختلف اصلاح سطح بر قابلیت ترشوندگی رزین-سطح بستر اثرگذارند. سامانه پلی‌یورتان-فولاد بدون انجام فرایند تمیزکاری مقدماتی مناسب، چسبندگی ضعیفی دارد و سامانه پلی‌یورتان-لاستیک SBS بدون اصلاح سطحی از استحکام چسبندگی کمی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Effective Parameters of Adhesion Strength in Polyurethane Systems

نویسندگان [English]

  • MOHAMMAD SADEGH AMANI 1
  • mohammad reza pourhoseini 2
چکیده [English]

Polyurethane adhesives have wide applications in various industries. These adhesives are made of two major components, including isocyanate and polyol. In their synthesis, in accordance with their usage, other materials such as chain extenders, solvents, catalysts and additives are used. Despite all their advantages such as appropriate flexibility, high abrasion resistance, excellent mechanical properties and good adhesion to various surfaces, the adhesion strength of polyurethane adhesives highly depend on process parameters such as ratio of components, molecular weight of polyols, type of isocyanates and polyols, their surface quality and the process temperature. In this study, polyurethane adhesives and the effects of three variablessuch as, reactive component ratio, molecular weight of polyols and surface quality on polyurethane adhesive strength and properties are evaluated. Two variables of crystallization and the ratio of NCO/OH affect the hardness values of polyurethane adhesives, so that by increasing crystallinity and NCO/OH ratiothe stiffnessshows an ascending trend. By increasing of chain extender content (decreasing polyol content)the adhesive young's modulus is significantly increased. This is while the elongation-at-break shows a gradual decline. Also, higher polyol molecular weight increases the storage modulus of polyurethane adhesive. Different ways of surface treatment shows different results of surface roughness. In this fashion, the wettability of resin/substrate is also affected. It is worth mentioning thatapolyurethane-stainless steel system without proper preliminary cleaning process exhibits poor adhesion and polyurethane-SBS rubber system without surface modification has low adhesion strength.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polyurethane adhesives
  • adhesion strength
  • molecular weight
  • surface quality
  • reactive components
1.Engels H.W., Pirkl H.G., Albers R., Albach R.W., Krause J., Hoffmann A., Casselmann H., and Dormish J., Polyurethanes: Versatile Materials and Sustainable Problem Solvers for Today’sChallenges, Angew. Chem. Int. Ed., 52, 9422-9441, 2013.
2.García-Pacios V., Costa V., Colera M., and Martín-Martínez J.M., Waterborne Polyurethane Dispersions Obtained with Polycarbonate of Hexanediol Intended for Use as Coatings, Prog. Org. Coat., 71, 136-146, 2011.
3.Szycher M., Szycher's Handbook of Polyurethanes, 2nd ed., CRC, USA, 393-416, 2012.
4.Jiu Y.B., Zeng X.M., Ji J.H., Zhai Y., and Wang L.C., Propertiesof Waterborne Polyurethanes: Effect of NCO/OH Ratio, Adv. Mater. Res., 284, 624-627, 2011.
5.Kwak Y.S., Kim E.Y., Ha Yoo B., and Kim H.D., Preparation and Properties of Waterborne Poly(urethane urea)( for Adhesives:The Effects of the 2,2-Bis(hydroxylmethyl)( Propionic Acid Content on the Properties, J. Appl. Polym. Sci., 94, 1743-1751, 2004.
6.Rahman M.M., Kim H.D., and Lee W.K., Properties of WaterbornePolyurethane Adhesives: Effect of Chain Extender and Polyol Content, J. Adhes. Sci. Technol., 23, 177-193, 2009.
7.Yang C.Z., Grasel T.G., Bell J.L., Register R.A., and Cooper S.L., Carboxylate-Containing Chain-Extended Polyurethanes,J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys., 29, 581- 588, 1991.

8.García-Pacios V., Colera M., Iwata Y., and Martín-Martínez J.M., Incidence of the Polyol Nature in Waterborne PolyurethaneDispersions on Their Performance as Coatings on StainlessSteel, Prog. Org. Coat., 76, 1726-1729, 2013.

9.en F.S. and Hong J.L., Hydrogen-Bond Interactions Between Ester and Urethane Linkages in Small Model Compounds and Polyurethanes, Macromolecules, 30, 7927-7938, 1997.
10.Rahman M.M., Yoo H.J., Mi C.J., and Kim H.D., Synthesis and Characterization of Waterborne Polyurethane/Clay Nanocomposite–Effect on Adhesive Strength, Macromol. Symp., 249, 251-258, 2007.
11.Jhon Y.K., Cheong I.W., and Kim J.H., Chain Extension Study of Aqueous Polyurethane Dispersions, Colloids Surf. A, 179, 71-78, 2001.
12.Yen M.S. and Kuo S.C., PCL–PEG–PCL Triblock Ester–Ether Copolydiol-Based Waterborne Polyurethane. II. Effect of NCO/OH Mole Ratio and DMPA Content on The Physical Properties, J. Appl. Polym. Sci., 67, 1301-1311, 1998.
13.Sung C.P. and Hu C.B., Orientation Studies of Segmented Polyether Poly(urethaneurea)( Elastomers by Infrared Dichroism,Macromolecules, 14, 212-215, 1981.
14.Mizanur Rahman M. and Kim H.D., Effect of Polyisocyanate Hardener on Adhesive Force of Waterborne Polyurethane Adhesives,J. Appl. Polym. Sci., 104, 3663-3669, 2007.
15.Rahman M.M., Hasneen A., Jo N.J., Kim H.I. and Lee W.K., Properties of Waterborne Polyurethane Adhesives with Aliphaticand Aromatic Diisocyanates, J. Adhes. Sci. Technol., 25, 2051-2062, 2011.
16.Liu N., Zhao Y., Kang M., Wang J., Wang X., Feng Y., Yin N., and Li Q., The Effects of the Molecular Weight and Structure of Polycarbonatediols on the Properties of Waterborne Polyurethanes,Prog. Org. Coat., 82, 46-56, 2015.
17.Akram N., Gurney R.S., Zuber M., Ishaq M., and Keddie J.L., Influence of Polyol Molecular Weight and Type on the Tack and Peel Properties of Waterborne Polyurethane Pressure-SensitiveAdhesives, Macromol. React. Eng., 7, 493-503, 2013.
18.Saleema N., Sarkar D.K., Paynter R.W., Gallant D., and EskandarianM., A Simple Surface Treatment and Characterizationof AA 6061 Aluminum Alloy Surface for Adhesive BondingApplications, Appl. Surf. Sci., 261, 742-748, 2012.
19.Zain N.M., Ahmad S.H. and Ali E.S., Effect of Surface Treatmentson the Durability of Green Polyurethane Adhesive Bonded Aluminium Alloy, Int. J. Adhes. Adhes., 55, 43-55, 2014.
20.Gähde J., Friedrich J.F., Gehrke R., Loeschcke I., and Sachse J., Adhesion of Polyurethane to Surface-Modified Steel, J. Adhes.Sci. Technol., 6, 569-586, 1992.
21.Song J., Batra A., Rego J.M., and Macosko C.W., Polyethylene/Polyurethane Blends for Improved Paint Adhesion, Prog. Org. Coat., 72, 492-497, 2011.
22.Wenzel R.N., Resistance of Solid Surfaces to Wetting by Water,Ind. Eng. Chem. Res., 28, 988-994, 1936.
23.Moadeli M. and Sefidruh M., Improving Adhesives Characteristicswith Nano-Reinforcement: A Review, Polymerization (Persian)(, 5, 43-53, 2015.
24.González-García Y., González S., and Souto R.M., Electrochemicaland Structural Properties of a Polyurethane Coating on Steel Substrates for Corrosion Protection, Corros. Sci., 49, 3514-3526, 2007.
25.Nouranian S., Garmabi H., and Mohammadi N., Taguchi-Based Optimization of Adhesion of Polyurethane to Plasticized
Poly(vinyl chloride)( in Synthetic Leather, J. Adhes. Sci. Technol., 21, 705-724, 2007.
26.Bao L., Fan H., Chen Y., Yan J., Yang T., and Guo Y., Effect of Surface Free Energy and Wettability on the Adhesion Property of Waterborne Polyurethane Adhesive, RSC Adv., 6, 99346-99352, 2016.