הערכת ריפוי מערכות דבק על ידי בדיקות ריאולוגיות ותרמיות

Summary

מתודולוגיה ניסיונית המבוססת על מדידות תרמיות ורולוגיות מוצעת לאפיין את תהליך הריפוי של דבקים עם כדי לקבל מידע שימושי עבור בחירת דבק תעשייתי.

Abstract

הניתוח של תהליכים תרמיים הקשורים לריפוי דבקים וחקר התנהגות מכנית לאחר שנרפא, לספק מידע מפתח כדי לבחור את האפשרות הטובה ביותר עבור כל יישום ספציפי. המתודולוגיה המוצעת לאפיון הריפוי, המבוססת על ניתוח תרמי וריאולוגיה, מתוארת באמצעות השוואה של שלושה דבקים מסחריים. הטכניקות הניסיוניות המשמשות כאן הן ניתוח תרמוגרבימטרי (TGA), קלורימטריה של סריקה דיפרנציאלית (DSC) וריאולוגיה. TGA מספק מידע על היציבות התרמית ותוכן המילוי, DSC מאפשר הערכה של כמה אירועים תרמיים הקשורים לתגובת התרופה ושינויים תרמיים של החומר שנרפא כאשר נתון לשינויי טמפרטורה. ריאולוגיה משלימה את המידע של התמורות התרמיות מנקודת מבט מכנית. לכן, ניתן לעקוב אחר תגובת הריפוי דרך מודולוס אלסטי (בעיקר מודולוס האחסון), זווית הפאזה ואת הפער. בנוסף, הוא הראה גם כי למרות DSC הוא חסר שימוש כדי ללמוד את ריפוי של דבקים לריפוי לחות, זוהי שיטה נוחה מאוד להעריך את המעבר זכוכית בטמפרטורה נמוכה של מערכות אמורפיות.

Introduction

כיום יש ביקוש גובר של דבקים. התעשייה של היום דורשת כי דבקים יש תכונות מגוונות יותר ויותר, מותאם למגוון הגובר של יישומים חדשים אפשריים. זה הופך את הבחירה של האפשרות המתאימה ביותר עבור כל מקרה ספציפי משימה קשה. לכן, יצירת מתודולוגיה סטנדרטית לאפיון דבקים על פי תכונותיהם תקל על תהליך הבחירה. הניתוח של דבק במהלך תהליך הריפוי ואת המאפיינים הסופיים של המערכת נרפא חיוניים כדי להחליט אם דבק תקף או לא עבור יישום מסוים.

שתיים מהטכניקות הניסיוניות הנפוצות ביותר לחקר התנהגותם של דבקים הן קלורימטריה של סריקה דיפרנציאלית (DSC) וניתוח מכני דינמי (DMA). מדידות ריאולוגיות ובדיקות תרמוגרבימטריות נמצאות גם הן בשימוש נרחב. דרכם, טמפרטורת המעבר זכוכית (Tg) ואת החום שיורית של ריפוי, אשר קשורים^{מידת התרופה 1,2}, ניתן לקבוע.

TGA מספק מידע על היציבות התרמית של דבקים³,^4,וזה מאוד שימושי כדי להקים תנאי תהליך נוספים, מאידך גיסא, מדידות ריאולוגיות מאפשרות לקבוע את זמן הג’ל של דבק, ניתוח של התכווצות ריפוי, ואת ההגדרה של תכונות viscoelastic של מדגם נרפא^5,6,7 , בעוד^טכניקתDSC מאפשר מדידה של החום שיורית של ריפוי, והבחנה בין אחד או יותר תהליכים תרמיים שיכולים להתקיים בו זמנית במהלך^{ריפוי 8,9}. לכן, השילוב של DSC, TGA ומתודולוגיות ראולוגיות לספק מידע מפורט ואמין לפתח אפיון מלא של דבקים.

ישנם מספר מחקרים של דבקים שבו DSC ו TGA מוחלים יחד^10,11,12. ישנם גם כמה מחקרים המשלימים את DSC עם מדידות^{ריאולוגיות 13,14,15}. עם זאת, אין פרוטוקול מתוקן לטיפול בהשוואה של דבקים באופן שיטתי. השוואה זו הייתה בוחרת טוב יותר את ההיבקויות הנכונות בהקשרים שונים. בעבודה זו מוצעת מתודולוגיה ניסיונית לארגון תהליך הריפוי באמצעות שימוש משולב בניתוח התרמי והריולוגיה. החלת טכניקות אלה כאנסמבל מאפשרת לאסוף מידע על התנהגות דבק במהלך ואחרי תהליך הריפוי, גם את היציבות התרמית ואת Tg של^{החומר 16}.

המתודולוגיה המוצעת הכוללת את שלוש הטכניקות, DSC, TGA וריאולוגיה מתוארת בעבודה זו באמצעות שלושה דבקים מסחריים כדוגמה. אחד דבקים, להלן המכונה S2c, הוא דבק שני רכיבים: רכיב A מכיל מתאקריל tetrahydrofurfuryl ורכיב B מכיל חמצן בנזואיל. הרכיב B פועל כיוזם של תגובת הריפוי על ידי גרימת טבעות methacrylate tetrahydrofurfuryl להיפתח. באמצעות מנגנון פולימריזציה רדיקלים חופשיים, הקשר C = C של המונומר מגיב עם הרדיקלי ההולך וגדל כדי ליצור שרשרת עם קבוצות צד tetrahydrofurfuryl¹⁷. דבקים אחרים, T1c ו- T2c, הם גרסאות רכיב אחד ושני מאותו בית מסחרי של דבק פולימר סילאן שונה. תהליך הריפוי מתחיל בהידרוליזה של^{קבוצת הסיליאן 18}, אשר ניתן ליזם על ידי לחות הסביבה (כמו במקרה של T1c) או על ידי תוספת של רכיב שני (כמו במקרה של T2c).

לגבי אזורי היישום של שלוש מערכות שונות אלה: S2c דבק נועד להחליף, במקרים מסוימים, ריתוך, מרתק, clinching וטכניקות זכוכית אחרות וזה מתאים זכוכית חוזק גבוה של מפרקים מוסתרים על סוגים שונים של מצעים כולל מעילים עליונים, פלסטיק, זכוכית, וכו ‘. דבקי T1c ו- T2c משמשים להתחברות אלסטית של מתכות ופלסטיק: בייצור קרוואנים, בתעשיית הרכבות או בניית ספינות.

Protocol

1. בדיקת תנאי ריפוי היצרן לרפא את מדגם דבק בעקבות המלצות היצרן, ולאחר מכן להעריך אותו על ידי TGA ומבחן DSC. רשום את תנאי הריפוי הספציפיים. בדיקת TGA של מדגם שנרפא בצע בדיקות תרמוגרבימטריות ב- TGA או בציוד DSC + TGA בו זמנית (SDT). לבצע בדיקה תרמוגרווימטרית של המדגם שנרפא לאחר השלבים ה…

Representative Results

על מנת להראות את היישום של השיטה המוצעת שלוש מערכות דבק משמשות (רשימת חומרים): S2c, מערכת של שני רכיבים. T1c, פולימר שונה סילאן מרכיב אחד, שתגובת הריפוי שלו מופעלת על ידי לחות. T2c, מערכת של שני רכיבים. זהו סילאן שונה פולימר מדי, אבל המרכיב השני נועד להפוך את קצב הריפוי קצ?…

Discussion

בדיקת TGA ראשונית של כל דבק היא תמיד צעד בסיסי כפי שהוא נותן מידע על טווח הטמפרטורה שבו החומר יציב. המידע הזה חיוני להגדרה נכונה של ניסויים נוספים. בנוסף, TGA עשוי גם ליידע על תוכן המילוי, אשר יכול להיות מאוד תובנה להבין כי מודולוס אחסון ואובדן לא יכול לחצות לאורך התרופה.

מצד שני,…

Materials

2960 SDT	TA Instruments		Simultaneous DSC/TGA device: Used to perform thermogravimetric tests.
Discovery HR-2	TA Instruments		Rheometer to perform rheological test.
MDSC Q2000	TA Instruments		Differential Scanning Calorimeter with optional temperature modulation. Used to peform DSC and MDSC tests.
Sikafast 5211NT	Sika		S2c: a two component system manufactured by Sika. It is based on tetrahydrofurfuryl methacrylate and contains an ethoxylated aromatic amine. The second component contains benzoyl peroxide as the initiator for the crosslinking reaction.
Teroson MS 939 FR	Henkel		T1c: manufactured by Henkel, which is a one component sylil-modified-polymer, whose cure reaction is triggered by moisture.
Teroson MS 9399	Henkel		T2c: a two component system manufactured by Henkel. It is a sylil-modified-polymer too but the second component is aimed to make the curing rate a little more independent from the moisture content of air.
TRIOS	TA Instruments		Control Software for the rheometer. Version 4.4.0.41651