کزچ و همکاران (۲۰۰۴) کاری با هدف پیوند عرضی چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی و تولید جدیدی از پایه پیوند دهنده عرضی بر مشتقات پروپیلن ایمین چند منظوره را توصیف می‌کنند. پیوند عرضی چسب حساس به فشار یک فن آوری مثبت مورد استفاده در بسیاری از فرآیندهای تولید صنعتی است. این پیوند دهنده عرضی جدید خواص فیزیکی و مکانیکی چسب حساس به فشار اکریلیکی از قبیل چسبناکی، استحکام چسبندگی جداشدگی و استحکام برشی را مورد تاثیر قرار داد.
هوشمند معاید و همکاران (۲۰۰۷) پلیمریزاسیون امولسیونی چند بخشی متیل متاکریلات و بوتیل اکریلات را انجام دادند. هدف این پروژه رسیدن به پایداری در طول پلیمریزاسیون و تعیین مقدار تعادل آب دوست-آب گریز برای روش پایدار، استفاده از انواع مختلف امولسیون کننده‌های غیر یونی، سدیم لوریل سولفات و ترکیبات آن‌ها بود. ترکیب تغذیه مونومر متیل متاکریلات (۴۵% وزنی) و بوتیل اکریلات (۵۵% وزنی) با یک دمای انتقال شیشه‌ای مناسب برای بهبود نهایی خواص پوشش دهی از جمله مقاومت در برابر اشعه فرابنفش و چسبندگی انتخاب شد. اضافه کردن اکریلیک اسید و نرمال-متیلول اکریل امید به مخلوط واکنش مقاومت در برابر اشعه فرابنفش و خواص چسبندگی فیلم شیرابه خشک را بهبود بخشید. روانی، شفافیت، چسبندگی، مقاومت در برابر اشعه فرابنفش و مقاومت در برابر آب شیرابه تولید شده کیفیت خوبی در مقایسه با رزین‌های تجاری مشابه مورد استفاده در کاربردهای پوشش دهی نشان داد.
کجتنا[۸۴] و همکاران (۲۰۰۸) فرایند کوپلیمریزاسیون تعلیقی ناپیوسته برای تولید چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی را ارائه دادند. اثرات فرایند‌ها و شاخص‌های شیمیایی مختلف بر روی خواص چسبندگی بحث شد. خواص تعلیق چسب (اندازه ذرات)، چسب (فاز ژل، وزن مولکولی، درجه حرارت انتقال شیشه ای) و خواص چسبندگی (چسبناکی، استحکام چسبندگی جداشدگی و برشی) اندازه گیری شد .نتایج نشان داده که سرعت واکنش به شدت به درجه حرارت پلیمریزاسیون و غلظت آغازگر بستگی دارد.
کجتنا و همکاران (۲۰۰۹) ساخت و توصیف خصوصیات نانوکامپوزیت‌های خاک رس مونتموریلونیت/پلیمر چسب‌های حساس به فشار را ارائه دادند. انواع و مقادیر مختلف رس مونتموریلونیت اصلاح شده و اصلاح نشده در مخلوط مونومر اتیل اکریلات/۲-اتیل هگزیل اکریلات، که پس از پلیمریزاسیون با بهره گرفتن از روش پلیمریزاسیون تعلیقی پراکنده شدند. نتایج نشان دادند که سرعت پلیمریزاسیون تعلیقی وابسته به اضافه کردن خاک رس مونتموریلونیت در حالیکه استحکام چسبندگی جداشدگی و چسبناکی به تدریج با مقدار بالاتر خاک رس مونتموریلونیت اصلاح شده کاهش یافت. یک افزایش قابل توجه در استحکام برشی با مقدار حداکثر در (۱%) از خاک رس مونتموریلونیت اضافه شده مشخص شد.
کجتنا و همکاران (۲۰۰۹) اثر وزن ملکولی پلیمر و واکنش پیوندهای عرضی بر روی خواص نهایی چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی بر پایه آب را بررسی کردند. ساخت چسب فقط با اضافه کردن عامل انتقال زنجیر، چسبناکی با وزن ملکولی کمتر و متوالی با مقدار فاز ژل کمتر کاهش یافت. همین روند نیز برای اندازه گیری استحکام چسبندگی جداشدگی انجام شد در حالیکه یک عدم چسبندگی برای چسب با مقدار کم فاز ژل مشاهده شد. برای همه چسب‌های ساخته شده توسط ترکیب عامل انتقال زنجیر و مونومر دی اکریلات یک استحکام چسبندگی برشی ضعیف مشاهده شد.
کجتنا و همکاران (۲۰۱۱) ساخت و خواص چسب‌های فشار حساس اکریلیکی قابل پیوند عرضی با اشعه فرابنفش را بررسی کردند. مقادیر مختلف آغازگر نوری غیر اشباع ۴-اکریلو ایلوکسی بنزوفنون در مخلوط مونومر ترشیو-بوتیل اکریلات/۲-اتیل هگزیل اکریلات اضافه شد و سپس با بهره گرفتن از روش پلیمریزاسیون تعلیقی پلیمر شد. خواص چسبندگی مواد ساخته شده با بهره گرفتن از اندازه گیری‌های استاندارد چسبناکی، استحکام چسبندگی جداشدگی و مقاومت برشی انجام شد. هر سه خواص چسب اندازه گیری شده کاهش قابل توجهی حتی در مقدار کمی از ۴-اکریلوایلوکسی بنزوفنون اضافه شده، نشان داد. کاهش چسبندگی ممکن است با تراکم پیوندهای عرضی بالاتر، همچنین در مقدار فاز ژل بالاتر در ارتباط است.
کزچ و همکاران (۲۰۱۱) اثر آغازگرهای نوری[۸۵] نوع ۲ را بر روی خواص چسب‌های حساس به فشار بررسی کردند. این آغازگرها شامل مشتقات بنزوفنون[۸۶]، مشتقات تیوکسانتون[۸۷]، مشتقات آنتراکوئینون[۸۸] و فلورنون[۸۹] (بدون آمین نوع سوم بعنوان یک کو-آغازگر) هستند. این آغازگرها اتصالات عرضی با نور مرئی در چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی ایجاد می‌کنند. اتصالات عرضی با نور مرئی فناوری مورد استفاده در بسیاری از فرآیندهای تولید صنعتی است. آغازگرهای نوری نوع دو بر روی استحکام چسبندگی جداشدگی و استحکام چسبندگی برشی چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی اثر می‌گذارد.
کزچ و همکاران (۲۰۱۱) در جریان ساخت چسب حساس به فشار اکریلیکی، مشتقات پیریدنیوم تازه ساخته شده توسط پلیمریزاسیون آغاز شده با اشعه فرابنفش به کار گرفته شد برای طراحی پلیمری جدید برای ساخت اکریلیک‌های خود-چسب با عملکرد عالی که چسبناکی، چسبندگی جداشدگی، مقاومت برشی و جمع شدگی اندازه گیری شد. بهترین عملکرد چسبندگی و استحکام چسبندگی جداشدگی بعد از ۳۰ و ۶۰ ثانیه تابش اشعه فرابنفش برای آغازگر نوری پیریدنیوم (۳% وزنی)، پس از ۶۰ و ۹۰ ثانیه در معزض تابش اشعه فرابنفش برای آغازگر نوری (۴% وزنی) و پس از نود پیوند عرضی فرابنفش برای آغازگر نوری پیریدنیوم (۵% وزنی) به دست آمد. افزایش غلظت آغازگرهای نوری پیریدنیوم جدید باعث افزایش تبدیل مونومرها می‌شود.
خان[۹۰] و همکاران (۲۰۱۱) وابستگی استحکام چسبندگی جداشدگی و استحکام برشی لاستیک طبیعی اپوکسیدی چسب حساس به فشار پایه (ENR25)، بر اساس وزن مولکولی و سرعت آزمایش با بهره گرفتن از کومارین-ایندن به عنوان رزین عامل افزایش دهنده قدرت چسبندگی مورد بررسی قرار گرفت. تولوئن و پلی اتیلن ترفتالات به عنوان حلال و بستر بود در طول مطالعه مورد استفاده قرار گرفت. استحکام چسبندگی جداشدگی و استحکام چسبندگی برشی با افزایش سرعت آزمایش افزایش یافت، مشاهده شد این افزایش به پاسخ ویسکوالاستیک چسب مرتبط است.
بائه و همکاران (۲۰۱۱) چسب حساس به فشار اکریلیکی فلوئوردار زیر تابش فرابنفش ساختند و پیوند عرضی برای بهبود پایداری حرارتی چسب‌های حساس به فشار استفاده کردند. عملکرد چسبندگی با بررسی استحکام چسبندگی جداشدگی، چسبناکی و استحکام چسبندگی برشی به عنوان تابعی از نوع روش پیوند عرضی مورد بررسی قرار گرفت. استحکام چسبندگی جداشدگی و چسبناکی چسب حساس به فشار اکریلیکی فلوئوردار در دماهای Cº ۲۵، Cº ۵۰ و Cº ۸۰ اندازه گیری شد. خواص ویسکو الاستیک که با بهره گرفتن از یک روش رئومتریک (جریان سنجی) پیشرفته اندازه گیری شد، نشان داد که تعادل مناسبی بین استحکام چسبندگی جداشدگی و چسبناکی وجود دارد.
کزچ و همکاران (۲۰۱۲) با بهره گرفتن از رباینده هیدروژن[۹۱] مثل ۴-اکریلوایلوکسی بنزوفنون[۹۲] در چسب‌های اکریلیکی پیوند عرضی ایجاد کردند. چسب اکریلیکی گرما نرم حساس به فشار دارای پیوند عرضی مزایای اقتصادی نیز دارد. مزایای این چسب‌ها شامل مقاومت عالی در برابر تخریب، شفافیت نوری و مقاومت در برابر حرارت است.
سان[۹۳] و همکاران (۲۰۱۳) بعضی از انواع مدل‌های چسبندگی جداشدگی و ارتباط خواص ویسکوالاستیک بالک به چسبندگی جداشدگی، برشی و چسبناکی را بررسی کردند. خواص مکانیکی چسب‌های حساس به فشار به طور معمول توسط استحکام چسبندگی جداشدگی و برشی و چسبناکی که به شدت وابسته به خواص ویسکوالاستیک توده[۹۴] ساختار چسب است توصیف می‌شوند. عوامل مختلف موثر بر خواص پیوندی و غیر پیوندی چسب‌های حساس به فشار در پرتو ارتباط آن‌ها به خواص رئولوژیکی مورد بررسی قرار گرفت. اثر زبری سطح نیز مورد بررسی قرار گرفت.
لی و همکاران (۲۰۱۳) چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی شفاف نوری با کو-مونومرهای مختلف ساختند. خواص نوری چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی توسط طیف سنجی فرابنفش-مرئی مورد بررسی قرار گرفت. عملکرد چسبندگی توسط ارزیابی استحکام چسبندگی جداشدگی، چسبناکی و چسبندگی برشی در دمای عدم چسبندگی را به دست آوردند. کاهش در عملکرد چسبندگی به تراکم پیوندهای عرضی بالاتر مرتبط است.
کزچ و همکاران (۲۰۱۳) نوار چسب حساس به فشار زیست تخریب پذیر اصلاح شده و قابل حل در آب شامل حمل کننده نشاسته ساختند. نتایج استحکام چسبندگی جداشدگی و کششی بسیار بالا این نوار چسب زیست تخریب پذیر و مقاومت برشی و حرارتی بالا را نشان دادند.
سینگ[۹۵] و همکاران (۲۰۱۳) بررسی اثر مقدارهای پرتوهای الکترونی بر خواص چسبندگی یعنی چسبندگی جداشدگی، چسبندگی برشی و چسبناکی اولیه چسب‌های حساس به فشار را مطالعه کردند. اثر پیوند دهنده‌های عرضی مختلف یعنی متیل دی فنیل متیلن دی ایزوسیانات، ایزوفورن دی ایزوسیانات و تریالی ایزوسینورات بر خواص چسبندگی و همچنین سرعت انتقال بخار رطوبت و درصد ژل چسب حساس به فشار مورد مطالعه قرار گرفت .این با افزایش مقدار و غلظت پیوند دهنده‌های عرضی همه خواص چسبندگی یعنی چسبندگی جداشدگی، استحکام چسبندگی برشی و چسبناکی اولیه افزایش یافته، و پس از آن کاهش با افزایش بیشتر مقدار و غلظت پیوند دهنده‌ها مشاهده شد.
پانگ[۹۶] و همکاران (۲۰۱۳) چسب حساس به فشار با پایداری حرارتی بالاتر توسط پیوند عرضی کوپلیمر اکریلیک با عامل پخت نفتیل ساختند. پایداری گرمایی چسب‌های حساس به فشار اکریلیکی با افزایش محتوای عامل پخت نفتیل و مقدار اشعه فرابنفش به طور عمده به علت تشکیل ساختار پیوند عرضی داده شده در ماتریس پلیمر به طور قابل توجهی بهبود یافت. اگر چه استحکام چسبندگی جداشدگی با پخت اشعه فرابنفش پلیمر اکریلیکی کاهش یافت، یک تعادل مناسب بین پایداری حرارتی و عملکرد چسبندگی چسب‌های حساس به فشار توسط کنترل پخت اشعه فرابنفش با محتوای عامل پخت نفتیل و مقدار اشعه فرابنفش مشاهده شد.
لیم[۹۷] و همکاران (۲۰۱۴) مواد فعال سطحی غیر یونی سازگار با محیط زیست توسط واکنش سوربیتول، اسید دکانوئیک و اکسید اتیلن ساختند. ماده فعال سطحی تازه ساخته شده برای ساخت چسب حساس به فشار توسط پلیمریزاسیون امولسیونی استفاده شد. چسب حساس به فشار تولید شده توسط این ماده فعال سطحی استحکام چسبندگی جداشدگی بیشتری از خود نشان داد.
دربان[۹۸] و همکاران (۲۰۱۴) بررسی کردند که تغییر غیر قابل پیش بینی در رفتار مکانیکی چسب‌های حساس به فشار اگر یک دارو اضافه شود می‌تواند رخ دهد. چسبناکی و چسبندگی برشی مخلوط چسب اکریلیکی و ایبوپروفن در غلظت‌های افزایش یافته مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش چسبناکی، بالاترین مقادیر چسبناکی را در (۱٪) غلظت ایبوپروفن در چسب حساس به فشار و کاهش چسبناکی را با افزایش غلظت ایبوپروفن را نشان داد. چسبندگی برشی چسب حساس به فشار در تمام غلظت‌های مورد بررسی ایبوپروفن کاهش یافته بود.
آزمون چسبندگی جداشدگی یک روش آزمایش به طور معمول مورد استفاده برای ارزیابی استحکام چسبندگی جداشدگی است. این آزمون شامل استحکام چسبندگی جداشدگی یک نوار حساس به فشار به دور از بستر و اندازه گیری نیروی اعمال شده چسبندگی جداشدگی است. ژانگ و همکاران (۲۰۰۹) مدلی تهیه کردند که توانایی دارد وابستگی نیروی چسبندگی جداشدگی، توزیع کشش در مقابل چسبندگی جداشدگی، عواملی مانند سرعت چسبندگی جداشدگی، زاویه چسبندگی جداشدگی، ماهیت چسب، خواص مکانیکی و هندسه پشتیبانی و بستر را پیش بینی کند.
هدف این پروژه طراحی چسب حساس به فشاری است که مجموعه‌ای متعادل از خواص مورد نیاز برای چسب حساس فشار بودن را دارا باشد و در عین حال دارای استحکام چسبندگی جداشدگی بالایی باشد تا به عنوان یک نمونه مورد قبول در ساخت برچسب، نوار چسب و سایر محصولات مطرح در زمینه چسب بتواند کارا باشد.
فصل سوم
مواد و روش‌ها
۳-۱ مقدمه
برای رسیدن به هدف پروژه که تهیه یک رزین اکریلیک امولسیونی بود از مونومرهای وینیل استات، بوتیل اکریلات و مونومر کمکی اکریلیک اسید[۹۹] استفاده شد تا بتواند به یک چسب اکریلیکی قابل قبول که از لحاظ ویژگی‌های مکانیکی چسبندگی در سطح بالایی قرار داشته باشد، تبدیل شود. به خصوص استحکام چسبندگی جدا شدگی آن بالا باشد. ابتدا هموپلیمریزاسیون وینیل استات انجام شد. سپس ترپلیمریزاسیون این سه مونومر با همدیگر صورت گرفت. برای انجام واکنش‌های پلیمریزاسیون سه روش وجود دارد. این سه روش عبارتند از پلیمریزاسیون ناپیوسته، پلیمریزاسیون نیمه پیوسته و پلیمریزاسیون پیوسته. در روش نا پیوسته تمام مواد مورد نیاز برای واکنش در ابتدای واکنش اضافه می‌شوند. در روش نیمه پیوسته یک یا تعدادی از مواد واکنش دهنده (به طور معمول مونومر) به صورت مداوم و یا با فواصل زمانی به محیط واکنش اضافه می‌شوند. در روش پیوسته تمام مواد واکنش دهنده بطور مداوم به محیط واکنش اضافه می‌شوند و محصول شیرابه بطور مداوم از محیط خارج می‌شود. این سه روش در شکل ۳-۱ نمایش داده شده است.
شکل ۳- ۱ نمایش روش‌های ناپیوسته، نیمه پیوسته و پیوسته (اسگوگلاند، ۱۹۹۵).
از میان این سه روش، به طور معمول در ابعاد آزمایشگاهی روش نیمه پیوسته به طور عمده استفاده می‌شود. از مزیت‌های اصلی این روش کنترل دمای پلیمریزاسیون در یک محدوده مشخص می‌باشد. غالب مطالعه‌های آزمایشگاهی پلیمریزاسیون امولسیون اکریلیک‌ها از این روش انجام می‌پذیرد (اسکوگلاند، ۱۹۹۸؛ کی استین- مترجم: امیریان و جوادی، ۱۳۸۹).
روش نیمه پیوسته در صنعت رزین‌های اکریلیک نیز استفاده می‌شود. در مطالعه‌های آزمایشگاهی و تولیدات صنعتی رزین‌های اکریلیک روش‌های مختلفی برای انجام پلیمریزاسیون استفاده می‌شود. روش‌های غالب عبارتند از:
در روش اول به صورت جداگانه یک پیش امولسیون از افزودن مونومرها به مخلوط آب و ماده فعال سطحی تشکیل می‌شود. که از قبل این مواد بطور کامل باهم در مدت زمان مشخص و دور ثابت همزن مخلوط شده‌اند. سپس پیش امولسیون در مدت زمان مشخصی که بطور معمول بین ۲ تا ۸ ساعت می‌باشد به درون راکتور بطور کامل افزوده می‌شود. از مدتی قبل راکتور با مقداری آب و آغازگر شارژ شده و به دمای مناسب که در آن آغازگر به طور کامل فعال شده رسیده است. در طول مدت واکنش نیز دما در محدوده‌ای مشخص حفظ می‌شود (مقبلی و همکاران، ۲۰۰۸ ؛ کیو[۱۰۰] و همکاران، ۲۰۰۹).
روش دوم این است که مقدار کمی از وزن کل مونومرها و وزن کل ماده فعال سطحی به همراه مقدار مشخصی آب به داخل راکتور اضافه می‌شود. محتویات راکتور تا رسیدن به دمای مشخص که دمای فعال شدن آغازگر می‌باشد باهم مخلوط می‌شوند. بقیه مونومرها، مواد فعال سطحی و آب در راکتوری جداگانه در مدت زمان مشخص و دور مشخص همزن تشکیل پیش امولسیون را می‌دهند. آغازگر در مقدار مشخصی آب حل شده با سرعت مشخصی در طول ۲ تا ۴ ساعت به راکتور حاوی مواد اولیه مخلوط شده اضافه می‌شود، تا زمانی که همه مونومرها وارد واکنش شوند.
در روش سوم مقداری از مواد فعال سطحی یا پایدارکننده‌های کلوییدی همراه آب به عنوان مواد اولیه به راکتور اضافه می‌شوند و با دور مشخص همزن مخلوط می‌شوند. دمای آن نیز به تدریج به دمای مورد نیاز برای فعال شدن آغازگر می‌رسد. در راکتوری دیگر با افزودن مونومرها به مخلوط آب و ماده فعال سطحی پیش امولسیونی تشکیل می‌شود. سپس پیش امولسیون به راکتور حاوی مواد اولیه اضافه می‌شود. آغازگر نیز با نسبتی از آب حل می‌شود و در طول ۲ تا ۴ ساعت به مواد داخل راکتور اضافه می‌شود. در حالی که یک همزن در حال به هم زدن کل مخلوط با دور همزن معین می‌باشد. بطور معمول پس از تکمیل پلیمریزاسیون برای اطمینان از اینکه تمامی مونومرها پلیمر شده اند یا مقداری آغازگر در این مرحله افزوده می‌شود یا دما چند درجه افزوده می‌شود. سپس واکنش برای یک ساعت ادامه می‌یابد. تا اینکه در این مدت اضافی اگر مونومرهایی وارد واکنش نشده اند واکنش داده و پلیمریزاسیون کامل شود (پرادیپ[۱۰۱] و همکاران، ۲۰۰۷ ؛ ایمونیر[۱۰۲] و همکاران، ۲۰۰۳).
هدف ابتدایی پروژه با توجه به مونومرهای در دسترس هموپلیمریزاسیون مونومر سخت وینیل استات تعریف شد. سپس با بهره گرفتن از روش نیمه پیوسته روش اول به دلیل نتایج بهتر خواص مکانیکی چسبندگی و تکرار پذیری بهتر انتخاب شد.
پلیمریزاسیون وینیل استات همراه غلظت‌های متفاوت مونومر کمکی اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات انجام شد. سپس غلظت مناسب اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات انتخاب شد. با توجه به غلظت انتخاب شده پلیمریزاسیون با مقدارهای متفاوت ماده فعال سطحی و آغازگر در دماهای گوناگون انجام شد. در نهایت شرایط به طور تقریب بهینه برای واکنش پلیمریزاسیون امولسیونی به دست آمد.
۳-۲ کوپلیمریزاسیون امولسیونی اکریلیک ها
۳-۲-۱ وسایل و تجهیزات
راکتور شیشه‌ای چهار دهانه که به یک چگالنده[۱۰۳]، ورودی مونومر و آغازگر، دستگاه کنترل کننده دما، یک همزن با قابلیت تنظیم دور همراه یک همزن با پره لنگری مجهز شد.
حمام آّب، مجهز به دستگاه گرمایش که در بازه‌ی دمایی ºC 0 تا ºC 110+ عمل می کند.
همزن یورواستار[۱۰۴] ساخت کشور آلمان که قدرت همزدن تا ۲۰۰۰ دور بر دقیقه را دارد.
۳-۲-۲ مواد
بوتیل اکریلات پتروشیمی اراک (مونومر اصلی با درجه خلوص %۵/۹۹).
وینیل استات پتروشیمی اراک (مونومر کمکی با درجه خلوص ۹۹%).
اکریلیک اسید مرک[۱۰۵] آلمان (مونومر کمکی با درجه خلوص %۹۵/۹۹).
نونیل فنل اتوکسیلات با نام تجاری کینون[۱۰۶] ۱۰ ساخت پتروشیمی اراک به عنوان ماده فعال سطحی غیر یونی.
سدیم تارتارات (نمک راشل) مرک آلمان به عنوان ماده فعال سطحی آنیونی (کمکی) (با درجه خلوص %۵/۹۹).
پلی وینیل الکل نیپون گوسی[۱۰۷] ژاپن به عنوان ماده فعال سطحی خنثی (با درجه خلوص %۵/۹۹).
آمونیوم پرسولفات[۱۰۸] سوندی[۱۰۹] چین به عنوان آغازگر رادیکالی (با درجه خلوص %۵/۹۸).
پژوهش های پیشین در مورد پلیمریزاسیون امولسیونی مونومرهای اکریلیکی برای بهبود خواص چسب‌های ...
