Los adhesivos acrílicos sensibles a la presión (PSA) presentan una adhesión satisfactoria a sustratos de alta energía superficial, pero presentan dificultades con materiales de baja energía superficial. Este estudio explora la síntesis y aplicación de dimetacrilatos de uretano de silicona (SiUDMA) para mejorar la adhesión de los PSA acrílicos en sustratos de baja energía superficial. Mediante el control de la proporción de diisocianato a polidimetilsiloxano (PDMS), se sintetizaron varios SiUDMA. Los resultados indican que la adición de SiUDMA mejora significativamente la adherencia en bucle y la resistencia al desprendimiento de los PSA en sustratos difíciles, lo que representa una solución viable para aplicaciones industriales que requieren uniones adhesivas fuertes.
Los adhesivos acrílicos sensibles a la presión (PSA) se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones gracias a sus excelentes propiedades de adhesión, transparencia y resistencia al envejecimiento. Sin embargo, la adhesión de los PSA acrílicos a sustratos de baja energía superficial, como el polietileno (PE), el polipropileno (PP) y el polidimetilsiloxano (PDMS), sigue siendo un reto importante. Esta limitación dificulta el rendimiento de los PSA en muchas aplicaciones críticas, como los sectores del embalaje, la automoción y la medicina.
Para mejorar la adhesión a sustratos de baja energía superficial, se han empleado diversas estrategias, incluyendo la incorporación de agentes tensioactivos y modificadores químicos. Este estudio se centra en los dimetacrilatos de uretano de silicona (SiUDMA) como posibles modificadores para mejorar la adhesión. El objetivo es analizar la síntesis y aplicación de los SiUDMA para superar las limitaciones de adhesión de los adhesivos adhesivos acrílicos.
Los adhesivos acrílicos de adhesión por contacto (PSA) se caracterizan por su capacidad de unirse al entrar en contacto con un sustrato sin necesidad de calor ni presión. Su mecanismo de adhesión se atribuye principalmente a las propiedades viscoelásticas de la matriz polimérica, lo que permite la absorción de energía durante el proceso de desprendimiento. Si bien los PSA acrílicos muestran una alta adhesión a sustratos con una energía superficial significativa, como el vidrio y los metales, su rendimiento en materiales con baja energía superficial es notablemente inferior.
Los sustratos de baja energía superficial, como el PE, el PP y el PDMS, presentan desafíos únicos para la adhesión debido a su naturaleza apolar, lo que reduce la humectabilidad del adhesivo. Esto resulta en uniones adhesivas débiles que pueden provocar fallos en aplicaciones prácticas. Para abordar estos desafíos, la modificación de la estructura química de los PSA mediante aditivos que mejoran la interacción superficial se ha convertido en un objetivo central de la investigación.
El dimetacrilato de silicona (SiDMA) se ha utilizado como modificador para reducir la energía superficial de los adhesivos autoadhesivos acrílicos (PSA). Si bien el SiDMA puede mejorar la compatibilidad con sustratos de baja energía superficial, a menudo ocasiona problemas como plastificación y miscibilidad, lo que resulta en una menor resistencia al desprendimiento. Por lo tanto, se necesitan modificadores alternativos a base de silicona que puedan mejorar eficazmente la adhesión sin comprometer las propiedades mecánicas del PSA.
En este estudio, se sintetizaron diversos SiUDMA controlando la proporción de diisocianato a PDMS. El proceso de síntesis implicó la reacción de PDMS con diisocianato, seguida de la adición de monómeros de dimetacrilato. Los productos resultantes se caracterizaron en cuanto a peso molecular, viscosidad y energía superficial.
A medida que aumentaba la proporción de diisocianato a PDMS, disminuían el peso molecular y la viscosidad de los SiUDMA sintetizados. Por el contrario, la energía superficial de los SiUDMA aumentó debido al menor contenido de PDMS. Este ajuste permitió una mayor compatibilidad con los PSA acrílicos, mejorando su adhesión a sustratos de baja energía superficial.
El rendimiento adhesivo de los PSA modificados se evaluó mediante pruebas de adherencia en bucle y resistencia al desprendimiento en sustratos de PDMS. La adición de SiUDMA2.0, con un peso molecular similar al de SiDMA, mejoró significativamente las propiedades adhesivas. En concreto, la adherencia en bucle se cuadriplicó, mientras que la resistencia al desprendimiento se multiplicó por seis, en comparación con el PSA de control.
Se observó que todos los tipos de SiUDMA reducían la energía superficial de los PSA, lo que mejoraba significativamente la adhesión a sustratos de PE, PP y PDMS. Por ejemplo, el PSA modificado con un 20 % en peso de SiUDMA2.0 y curado a 200 mJ/cm² presentó una resistencia al pelado de 520 gf/25 mm en el sustrato de PDMS, más del triple que el PSA de control (138 gf/25 mm).
La estabilidad térmica de los PSA modificados con SiUDMA se evaluó mediante ensayos de falla por adhesión por cizallamiento. Los resultados demostraron que el PSA modificado con SiUDMA2.0 pudo soportar temperaturas de hasta 70 °C, superando la estabilidad térmica del PSA de control, limitada a 46,5 °C. Este rendimiento térmico mejorado indica el potencial de los PSA modificados con SiUDMA en aplicaciones de alta temperatura.
Las mejoras observadas en la fuerza de adhesión se pueden atribuir a varios factores. En primer lugar, la estructura química de los SiUDMA promueve una mejor interacción con sustratos de baja energía superficial, lo que aumenta la humectabilidad del adhesivo. En segundo lugar, la síntesis controlada de los SiUDMA permite ajustar con precisión su peso molecular y viscosidad, optimizando así el equilibrio entre flexibilidad y resistencia.
En comparación con los modificadores convencionales a base de silicona, los SiUDMA ofrecen una solución más eficaz a los problemas de adhesión que plantean los sustratos de baja energía superficial. Su capacidad para mejorar la adhesión sin comprometer las propiedades mecánicas los distingue de modificaciones anteriores, como el SiDMA, que a menudo implicaban desventajas en el rendimiento.
Los hallazgos de este estudio tienen implicaciones significativas para las industrias que dependen de uniones adhesivas fuertes con sustratos de baja energía superficial. La capacidad de mejorar el rendimiento de los adhesivos adhesivos acrílicos (PSA) mediante SiUDMA abre nuevas posibilidades para aplicaciones en los sectores del embalaje, la automoción y la medicina, donde una adhesión fiable es crucial.
La incorporación de dimetacrilatos de uretano de silicona (SiUDMA) en adhesivos acrílicos sensibles a la presión representa una estrategia prometedora para mejorar la adhesión a sustratos de baja energía superficial. La síntesis de SiUDMA, junto con su capacidad para mejorar la adherencia en bucle y la resistencia al desprendimiento, los posiciona como alternativas superiores a los modificadores de silicona tradicionales. Las investigaciones futuras deberían centrarse en optimizar aún más el proceso de síntesis y explorar nuevas aplicaciones de SiUDMA en diversas formulaciones adhesivas.
