Steven Vandebril – KANEKA BELGIUM N.V.
I sigillanti e gli adesivi che reticolano con l’umidità, da anni ormai, giocano un ruolo molto importante in molte applicazioni. Fra le resine ben note si ricordano le Kaneka MS Polymer™, una tecnologia ibrida che incorpora tutti i vantaggi dei materiali alternativi come le poliuretaniche e i siliconi escludendone gli inconvenienti. Inoltre, è possibile sviluppare formulazioni esenti da etichettatura, sottintendendo la natura ecocompatibile ed ecologica di questi polimeri a terminazione silanica. Sebbene questa tecnologia sia ben nota a formulatori, applicatori ed ingegneri, la loro elevata resistenza all’allungamento intrinseca potrebbe determinare una resistenza alla trazione insufficiente in applicazioni specifiche, ad esempio nel caso della costruzione di veicoli.
Gli adesivi poliuretanici reticolabili con l’umidità soddisfano questi requisiti molto severi in quanto a tenacità e allungamento a rottura, ma sono anche oggetto di normative molto stringenti. Di conseguenza, gli adesivi esenti da isocianate stanno guadagnando terreno ed è stato sviluppato un nuovo MS Polymer™ a modificazione acrilica come legante per adesivi flessibili e di alta prestazione. In combinazione con riempitivi e additivi avanzati, è possibile raggiungere un bilanciamento perfetto fra alta resistenza a rottura ed elevata tenacità, per l’utilizzo supplementare o la sostituzione di tecniche tradizionali di legame ad alta tenacità come l’uso di rivetti e le saldature di metallo.
Poliacrilate a terminazione silanica ad alta tenacità
La tecnologia delle polietere a terminazione silanica reticolabili ad umidità, le cosiddette Kaneka MS Polymer™, sono state immesse sul mercato circa 40 anni fa come alternativa ecocompatibile a siliconi e poliuretaniche. Caratterizzati da proprietà superiori quali la durabilità, la reattività e la stabilità, la prima generazione di questo polimero isocianato esente da solventi è stato utilizzato principalmente per sigillanti per costruzione di basso modulo e ad alta flessibilità. Adattando precisamente la lunghezza e la struttura della catena polietere funzionalizzata, la piattaforma polimerica è cresciuta in modo significativo ed è stato possibile formulare adesivi ad elevata resistenza alla trazione e ridotto allungamento, come illustrato in fig. 1. Questa ampia serie di varianti ha dato luogo ad un utilizzo superiore delle Kaneka MS Polymer™ per diverse applicazioni fra cui le costruzioni, uso industriale e del Fai-da-Te.
Fig. 1
Applicazione di Kaneka MS Polymer™
Per migliorare proprietà quali la resistenza all’invecchiamento agli UV, la durabilità avanzata, l’adesione eccellente su plastica e la resistenza alla trazione, sono state sviluppate le poliacrilate a terminazione silanica, ampliando ulteriormente il portafoglio dei polimeri. Le MS Polymer™ a modificazione acrilica vengono prodotte combinando casualmente i polimeri acrilici silani-funzionalizzati con polietere standard. Oltre a questo, differenziando il grado di funzionalizzazione silanica e con una selezione specifica dei monomeri acrilici, la compatibilità e la temperatura di transizione vetrosa possono essere facilmente controllate dando ottime prestazioni. Ne è conseguito lo sviluppo delle nuove resine MS Polymer™ a modificazione acrilica e alta tenacità per ottenere la superiore risposta elastica dei sigillanti e la migliore resistenza alla trazione degli adesivi. Fra le poliacrilate e le polietere vi è incompatibilità durante il processo di reticolazione e i materiali acrilici dispersi in modo omogeneo contribuiscono alla tenacità finale (> 6 MPa), mentre la fase polietere garantisce l’elevata flessibilità (> 500%), permettendo lo sviluppo di adesivi di alta prestazione, come mostrato in fig. 1.
Elevata tenacità – resistenza all’allungamento
Un aspetto determinante nello sviluppo dei sigillanti e adesivi di alta prestazione, a base di MS Polymer™ a modificazione acrilica e alta tenacità è la selezione di riempitivi e additivi compatibili. I riempitivi carbonato di calcio tecnici sono i materiali usati più frequentemente nelle formulazioni dei polimeri a terminazione silanica, sebbene presentino inconvenienti di tenacità e allungamento. Selezionando i riempitivi funzionali con un trattamento superficiale specifico, la distribuzione granulometrica e la forma delle particelle, così come le proprietà meccaniche degli adesivi di alta prestazione possono essere ottimizzate, come illustrato in fig. 2. Il materiale scelto presenta una resistenza alla trazione pari a 3 MPa e il 250% di allungamento, mentre il campione A è dotato di proprietà meccaniche ancora più degne di nota sia per la resistenza alla trazione (7,5 MPa) che per l’allungamento (550%).
Fig. 2
Valori di resistenza alla trazione e allungamento delle formulazioni a base di Kaneka MS Polymer™
Selezionando un catalizzatore di reticolazione specifico (campione B) si ottiene inoltre un bilanciamento ancora più considerevole di tenacità e allungamento, come si evince da fig. 2. Anche con un allungamento che raggiunge un valore pari all’800%, la formulazione si mantiene molto resistente perché la resistenza alla trazione aumenta fino a raggiungere un livello superiore a 8,5 MPa. Questi risultati indicano che le proprietà meccaniche possono essere facilmente adattate aggiungendo gli additivi e reticolanti idonei in combinazione con la nuova Kaneka MS Polymer™ a modificazione acrilica e alta tenacità. In alcuni casi, si tende a incrementare ulteriormente la resistenza alla trazione
(> 10 MPa), conservando un’elevata flessibilità. In fig. 2 si osserva chiaramente che il campione C che consiste di una combinazione unica di riempitivi, additivi e polimeri a modificazione acrilica specifica può fornire proprietà meccaniche eccellenti con una resistenza alla trazione di quasi 11 MPa e un allungamento pari al 300%.
Resistenza allo scorrimento per sovrapposizione
Sebbene le miscele di poliacrilate silano-funzionali e di polietere siano compatibili, i sistemi totalmente reticolati consistono di materiale poliacrilato circondato dalla fase di matrice polietere. A seconda della struttura del monomero acrilico e del rapporto polietere/polimero, è pos-sibile formulare adesivi estremamente flessibili con alti valori di resistenza allo scorrimento per sovrapposizione, come si osserva in fig. 3 (campione D).
Fig. 3
Valori di resistenza allo scorrimento per sovrapposizione su varie superfici. Il campione D è formato da Kaneka MS Polymer™ a modificazione acrilica ed elevata tenacità e riempitivi di rinforzo
Conclusioni
Varie applicazioni richiedono proprietà molto avanzate come l’alta resistenza all’allungamento, alla trazione e l’ec-cellente adesione senza primer. Sebbene gli adesivi a base di poliuretani possano offrire una soluzione, continua a crescere la domanda di tecnologie alternative, a causa delle recenti restrizioni imposte ai diisocianati. Di conseguenza, le Kaneka MS Polymer™ a modificazione acrilica, ad alta tenacità e reticolabili con l’umidità, miscelate con riempitivi funzionali e catalizzatori reticolanti specifici possono fornire adesivi molto flessibili con un bilanciamento perfetto fra allungamento e tenacità. Sono ottenibili valori della resistenza alla trazione pari a 6 MPa e anche superiori, associati ad un eccellente valore di allungamento pari al 500%. Nel contesto della strategia del Green Deal europeo che mira ad un ambiente esente da contaminanti tossici, questi Kaneka MS Polymer™ a modificazione acrilica e alta tenacità conquisteranno molte quote di mercato come resine ecocompatibili per adesivi di alta prestazione.
