Síntesis y evaluación de adhesivos sensibles a la presión Núcleo-Coraza vía polimerización en emulsión y mini emulsión

Abstract

RESUMEN: Síntesis de látex poliméricos se obtuvieron mediante polimerización en emulsión y mini emulsión vía proceso semicontinuo. La síntesis realizada por etapas partió de la síntesis de una semilla vía batch, seguido de polimerizaciones semicontinuas bajo condiciones de defecto de monómero para controlar la morfología y concentración en el interior y superficie de las partículas. Se obtuvieron partículas acrílicas con morfología núcleocoraza, de composición poli(acrilato de butilo-acrilato de 2-etilhexilo) (P(ABu-EHA) en proporción 50/50 p/p para núcleo y coraza. El núcleo fue entrecruzado con diferentes concentraciones de Di metacrilato de Etilen Glicol (EDGM) de 0, 0.2, 0.4, 0.6 y 0.8%, mientras que la coraza se funcionalizó con Ácido Acrílico (AA) en concentraciones de 0,1 ,3 y 5 % p. Los materiales fueron caracterizados mediante técnicas gravimétricas, dispersión de luz estática, microscopia electrónica, potenciometría y potencial zeta. La evaluación final como Adhesivos Sensibles a la Presión (PSA´s) fue mediante propiedades mecánicas de sensibilidad a la presión, fuerza de pelaje y esfuerzo al corte. Los resultados obtenidos permiten relacionar variables de proceso con variables de formulación. La diferencia de ambos procesos no afectó la conversión de monómero, corroborándose mediante gravimetría. Emulsión convencional y mini emulsión permitieron obtener partículas monodispersas con índices de polidispersidad de 1-1.3, la distribución de tamaños para sistemas de mini emulsión fue ligeramente menor que emulsión convencional. El tamaño promedio de las partículas para emulsión convencional fue de 400-500 nm y para mini emulsión 200 nm aproximadamente. Por otro lado, las microscopias muestran que se obtuvieron partículas con una distribución de tamaños de partícula homogéneos. Microscopia electrónica de Transmisión permitió identificar la morfología núcleo-coraza y también observar la filmicación mediante la interdifusión de las partículas en estado seco. La medición de Potencial Zeta permitió definir la estabilidad de las emulsiones de acuerdo a la concentración de acido acrílico en la superficie de las partículas, la relación AA- potencial zeta es inversamente proporcional para emulsión convencional y mini emulsión. El optimo valor de potencial zeta para emulsión convencional se encuentra a 3%AA y 0.6 EDGM y para mini emulsion a 1% AA y 0.6 EDGM. Mediciones de pH corroboran la existencia de grupos carboxílicos ionizados en las partículas poliméricas. Las temperaturas de transición vítrea muestran un comportamiento especial, debido a que el EDGM hace evidente una reticulación intramolecular que solo permite definir una Tg de aproximadamente -53.5°C para todos los látexs sintetizados por emulsión convencional y de -52°C para mini emulsión. Las determinaciones de peso molecular muestran una ligera variación en emulsión convencional y mini emulsión, a mayor concentración de EDGM mayor PM. Los valores obtenidos de 1*106 son pesos característicos de este tipo de polímeros. La especificación final de las emulsiones y mini emulsiones obtenidas depende la aplicación requerida, en nuestro estudio el equilibrio de las propiedades mecánicas definen su aplicación. Generalmente un alto valor de las propiedades evaluadas muestra un adhesivo estable ,de buenas propiedades geológicas y de variadas aplicaciones, sin embargo estudios de PSA´s muestran que al aumentar sensibilidad a la presión y fuerza de pelaje, el esfuerzo al corte disminuye. Para emulsión convencional el aumento en concentración de EDGM aumenta la fuerza de pelaje, sin embargo disminuye sensibilidad a la presión y esfuerzo al corte, por su lado, el aumento en concentración de AA aumenta considerablemente la sensibilidad a la presión y fuerza de pelaje manteniendo el esfuerzo al corte. Para todos los sistemas de emulsión el balance de propiedades de encuentra en 3% AA y 0.6 %EDGM. Para mini emulsion aumentar concentración de EDGM aumenta la fuerza de pelaje y esfuerzo al corte pero disminuye la sensibilidad a la presión, el AA aumenta sensibilidad a la presión y prácticamente mantiene la fuerza de pelaje y esfuerzo al corte. La comparación final de las propiedades mecánicas por ambos procesos de emulsión convencional y mini emulsión muestra que emulsión convencional presenta valores mayores en las propiedades mecánicas. ABSTRACT: Conventional emulsion and mini emulsion polymerization latexs were carry out by semicontinuous process. The synthesis started with a seeded batch, followed by semi-continuous polymerization under starved feed conditions to control the morphology and concentration inside and on the surface of the particles. Poly(butyl acrylate-co- 2-ethylhexyl acrylate ) was used for the seed and the core, the inner shell was Poly(butyl acrylate-co- 2-ethylhexyl acrylate ) cross-linked with Di ethylene glycol methacrylate (EDGM) , and Acrylic Acid (AA) was on the outer shell. The composition Poly( Abu- EHA) was 50/50 w / w for core and shell . The core was cross-linked with 0, 0.2, 0.4 , 0.6 and 0.8 % of concentration, while the shell was functionalized with 0, 1 , 3 and 5 % w of AA. The latexs were characterized by gravimetric techniques , static light scattering , electron microscopy, zeta potential and potentiometry . The evaluation as Pressure Sensitive Adhesives (PSA 's) was by their mechanical properties, peel, loop tack and shear. Gravimetry showed that difference between two processes don´t affect the monomer conversion. Conventional emulsion and mini emulsion allowed obtaining monodisperse particles with 1-1.3 of polydispersity indices, the size distribution for mini emulsion systems was slightly lower than conventional emulsion. The particle size average for conventional emulsion was 400-500 nm and 200 nm for mini emulsion . Microscopy shown homogenius particle size distribution. Transmission electron microscopy identified core-shell morphology, the film was defined by particles interdiffusion in dry state. Zeta potential measurements defined the latex stability according AA concentration on the particle surface. To conventional emulsion and mini- emulsion the increase of AA concentration reduced the zeta potential. For conventional emulsion the best zeta potential value is with 3 % AA and 0.6% w EDGM, to mini emulsion was 1 % AA and 0.6%w EDGM. Ionised carboxylic groups were taken by pH measurements. Due to intramolecular crosslinking by EDGM, the transitions glass temperature was defined -53.5 ° C for conventional emulsion látexs and -52 ° C for mini emulsion. Molecular weight determinations showed a slight variation in conventional emulsion and mini-emulsion, a higher concentration of EDGM higher PM. 1*106 values are common to this polymers. In our study the balance of mechanical properties defines the PSA´s application.

Generally high mechanical propierties shows a stable adhesive, good rheological properties and applications, however PSA 's studies shown that increasing peel and loop tack strength the shear decreases. For conventional emulsion, EDGM concentration increased peel, however decreases loop tack and shear, to AA concentration increased greatly the loop tact and peel but maintaining shear force . For emulsion the systems balance is in 3%w AA and 0.6 %w EDGM . For mini emulsion EDGM concentration increases peel and shear but decreases the loop tack , AA increased peel and practically maintains the peel and shear force . Comparison in mechanical properties between conventional emulsion and mini emulsion processes shown conventional emulsion has higher values.