Effetti del trattamento superficiale sulle plastiche difficili da incollare

Transcript

1 Effetti del trattamento superficiale sulle plastiche difficili da incollare Le plastiche difficili da incollare come le poliolefine e i fluoropolimeri sono comunemente utilizzati in varie industrie per ragioni quali il costo del materiale e la loro intrinseca resistenza alle sostanze chimiche e al calore. Purtroppo, creano notevoli problemi quando il produttore deve incollare questi materiali. Questo articolo passerà in rassegna alcune delle tecniche che possono essere utilizzate per assemblare questi materiali difficili da incollare. Iniziamo col definire esattamente cosa si intende per materiale difficile da incollare. Questi materiali sono solitamente plastiche termoplastiche e/o tecnopolimeri che hanno una bassa energia superficiale, ovvero scarsa bagnabilità, e superfici lisce e lucide. La bagnabilità di un materiale è la capacità di consentire a un liquido di distribuirsi uniformemente sulla sua superficie invece di creare delle gocce. Un esempio noto a tutti, è la vernice di un auto a cui è stata applicata la cera: la cera ha una scarsa bagnabilità e, se bagnata, l acqua crea delle gocce che non aderiscono e scorrono via facilmente. Parallelamente, quando si prova a incollare un materiale con scarsa bagnabilità, l adesivo scorre e non riesce ad aggrapparsi alla superficie. L energia superficiale di una plastica, e quindi la sua bagnabilità, è valutata misurando l angolo di contatto di un liquido versato sulla sua superficie. Figura 1: Questa immagine mostra l angolo di contatto di una plastica a bassa energia superficiale sulla sinistra e quella di una plastica ad alta energia sulla destra. Una plastica a bassa energia superficiale (sulla sinistra nella figura 1) ha un angolo di contatto più ampio e quindi scarsa bagnabilità e poca adesione. Al contrario una plastica ad alta energia superficiale (sulla destra) ha un angolo di contatto ridotto perché il liquido si è distribuito uniformemente sulla superficie e quindi si farà bagnare e incollare facilmente. Page 1/5

2 La bagnabilità di una superficie non dipende solamente dal materiale stesso, ma dal suo grado di contaminazione. Le parti in plastica possono essere facilmente contaminate dai distaccanti utilizzati per stamparle o semplicemente dalle mani degli operatori. Una parte fortemente contaminata si farà bagnare dall adesivo più difficilmente riducendo la forza di adesione. Per eliminare questi contaminanti e migliorare la bagnabilità è sufficiente pulire le parti con alcool isopropilico. Tecniche per modificare la superficie Per poter incollare le plastiche a bassa energia superficiale è possibile utilizzare delle tecniche che modificano la loro bagnabilita. Trattamento al plasma Il trattamento al plasma consiste nel bombardamento di una superficie con ioni di gas. Tra i gas più comunemente utilizzati troviamo argon, elio, azoto e ossigeno. Questo trattamento genera sulla superficie delle plastiche dei gruppi amminici, carbossilici, idrossilici e aldeidi che aumentano l energia superficiale. Nella tabella 1 sono evidenziati i valori di energia prima e dopo il trattamento. Tabella 1: Effetto del trattamento al plasma sull energia superficiale in mn/m. Gentile concessione di GaSonics International Plasma Corp. Trattamento corona Il trattamento corona espone le parti in plastica a una scarica elettrica in presenza di aria. Questo processo introduce sulla superficie dei legami aperti che aumentano la bagnabilità. Inoltre le scariche aumentano la rugosità superficiale. Questo trattamento viene solitamente utilizzato sui materiali a base poliolefinica e si presta bene all integrazione nelle linee di montaggio automatiche. Primer Un primer, o promotore di adesione, è un prodotto chimico diluito in solvente che dev essere applicato sulla superficie. Una volta evaporato il solvente, il primer rimane sulla superficie e i gruppi reattivi multifunzionali iniziano a lavorare: uno reagisce con la superficie e uno con l adesivo. L effetto finale del primer è un incremento della resistenza dell incollaggio. La figura 2 mostra l incremento di resistenza meccanica di incollaggi effettuati con un primer. Henkel Italia Srl Pag. 2/5

3 Figura 2: Effetto di un primer per cianoacrilato su vari substrati. Trattamento alla fiamma Il trattamento alla fiamma prevede una breve esposizione delle parti a una fiamma. Questo genera dei gruppi chimici funzionali che aumentano l energia superficiale. Il trattamento alla fiamma è utilizzato su poliolefine, acetaliche e polimeri tereftalati. Procedure sperimentali E stato effettuato uno studio per comparare gli effetti del plasma a getto di ioni, del plasma a chimica variabile, del trattamento alla fiamma e del primer su polietilene e politetrafluoroetilene. Gli adesivi utilizzati sono stati cianoacrilati, epossidici, acrilici a polimerizzazione UV e poliuretanici. I provini sono stati sottoposti ai vari trattamenti e incollati entro 24 ore. Il giunto prevedeva una sovrapposizione di 25 mm e l adesivo è stato fatto polimerizzare completamente. I provini incollati sono stati quindi messi in trazione per misurare le differenze nella forza di incollaggio dovute ai trattamenti. E stato anche testato un nuovo adesivo formulato espressamente per incollare plastiche a bassa energia, applicato senza trattamenti e comparato con un adesivo epossidico e uno poliuretanico. Materiali I due substrati testati sono polietilene (PE) e politetrafluoroetilene (PTFE) Risultati e considerazioni Politetrafluoroetilene La tabella 2 mostra i risultati ottenuti con i vari trattamenti su provini di PTFE. I risultati migliori sono stati ottenuti con l adesivo cianoacrilato in combinazione con il suo primer. In questo caso la forza di adesione è cresciuta dai 0,19 MPa del provino non trattato ai 0,93 MPa del provino su cui è stato applicato il primer. Tabella 2: Effetti dei trattamenti su PTFE. Henkel Italia Srl Pag. 3/5

4 Polietilene La tabella 3 mostra i risultati ottenuti con i vari trattamenti su provini di PE. Tutti i trattamenti hanno efficacemente aumentato la forza di incollaggio della plastica polietilenica. E importante selezionare il trattamento che si sposa meglio con l adesivo selezionato. Per esempio il cianoacrilato funziona meglio con il primer, mentre per un epossidico il trattamento migliore è il plasma a getto di ioni. Tabella 3: Effetti dei trattamenti su PE. Soluzioni adesive per le plastiche difficili da incollare Abbiamo visto alcuni dei metodi capaci di modificare l energia superficiale di alcune plastiche per renderle incollabili. Alcuni adesivi innovativi consentono di risolvere il problema in altro modo. Gli adesivi cianoacrilici specifici per plastiche difficili da incollare, grazie anche alla combinazione con primer dedicati, vengono comunemente utilizzati per unire questi materiali ottenendo spesso risultati così validi da portare al cedimento del substrato invece che dell incollaggio. Anche gli adesivi acrilici strutturali sono utilizzati per incollare questi materiali. LOCTITE AA 3038 è l adesivo specifico per l incollaggio di poliolefine sviluppato da Henkel Corporation. Per maggiori informazioni visita il sito Henkel Henkel opera a livello mondiale con marchi e tecnologie di qualità in tre settori di business: Laundry & Home Care, Beauty Care e Adhesive Technologies. Fondata nel 1876, Henkel detiene posizioni di leadership sia nel settore dei prodotti di largo consumo sia in quello dei prodotti per l'industria con marchi noti quali ad esempio Dixan, Testanera e Loctite. Henkel impiega circa collaboratori in tutto il mondo e, nell anno fiscale 2014, Henkel Italia Srl Pag. 4/5

5 ha conseguito un fatturato pari a 16.4 miliardi di euro e un utile operativo, depurato dagli effetti di cambio, pari a 2.6 miliardi di euro. Le azioni privilegiate sono quotate presso la Borsa tedesca secondo l'indice DAX. Henkel Italia Nata nel 1933 con il nome di Società Italiana Persil SpA, Henkel Italia si è sviluppata e affermata nel mercato italiano perseguendo con la stessa tenacia obiettivi economici, ecologici e sociali. Oggi è una realtà produttiva e commerciale con 6 stabilimenti e circa dipendenti impegnati nel fornire prodotti e servizi innovativi e di elevata qualità, sia ai consumatori finali sia ai clienti industriali. Contatti Silvia Passoni silvia.passoni@henkel.com Henkel Italia Srl Henkel Italia Srl Pag. 5/5