Soluciones de laminación adhesivas líquidas ópticamente transparentes para vidrio

Fecha: 15 de febrero de 2023

Autor: Chris Davis – HB Fuller (Kömmerling Chemische Fabrik GmbH)

Las capas intermedias líquidas presentan una solución termoestable alternativa a los materiales en láminas termoplásticos más convencionales para unir vidrio a sí mismo o a tipos de sustratos alternativos. El principio de la laminación líquida generalmente requiere que el espacio vacío entre los sustratos se selle permanente o temporalmente en el perímetro antes de la introducción del polímero líquido precurado. Generalmente requiere sólo un cambio de fase significativo de líquido a polímero curado a través de un catalizador o mecanismos fotoiniciadores activados por luz ultravioleta.

Los líquidos que fluyen libremente seguirán más fácilmente la forma, el contorno y las texturas de la superficie de los sobres en los que se inyectan y pueden considerarse "pasivos" con un procesamiento que generalmente se lleva a cabo a temperatura ambiente y sin necesidad de prensado mecánico excesivo o extracción al vacío.

En algunos materiales, las cadenas poliméricas se clasifican como completamente reticuladas, proporcionando posteriormente un comportamiento viscoelástico que puede demostrar una dependencia relativamente baja cuando se considera la temperatura, el tiempo y la duración de la carga.

Los materiales LOCA están diseñados para fabricar compuestos de vidrio laminado para su uso en la mayoría de las aplicaciones estándar, tanto en productos de construcción como en aplicaciones automotrices donde los requisitos principales son la seguridad y la estabilidad estructural. Actualmente se presta cada vez más atención al uso de productos LOCA para incorporar y encapsular funciones pasivas y dinámicas al mismo tiempo que proporcionan estabilidad mecánica y protección contra condiciones ambientales potencialmente dañinas.

Los principales beneficios de los materiales y sistemas de procesamiento se identifican como:

Los materiales LOCA pueden basarse en plataformas de poliuretano o acrilato y generalmente se clasifican en los siguientes grupos de paquetes:

i) Curado catalítico a base de poliuretanoii) Curado a base de acrílico con luz ultravioletaiii) Materiales de curado catalítico a base de acrílico

i) poliuretano Los sistemas generalmente se diseñan con 2 partes formadas por un material de poliol base (componente A) y el correspondiente componente a base de isocianato (componente B). El mecanismo de curado es a menudo una reacción catalítica de poliadición con una función que puede absorber pequeñas cantidades de humedad atmosférica dentro de la envoltura y humedad capturada en la superficie del sustrato durante el proceso de limpieza del vidrio. Estos materiales pueden considerarse hidrófobos con bajos contenidos de humedad residual. Sin embargo, se debe evitar el exceso de humedad presente durante la fase de curado, ya que puede crear una reacción secundaria dentro del isocianato formando dióxido de carbono que, en consecuencia, forma una matriz con inclusiones de burbujas.

El acondicionamiento de ambos componentes requiere desgasificación y la adhesión se logra mediante una reacción del material de PU con la superficie del vidrio y se mejora mediante promotores de adhesión.

ii) Curado ultravioleta de una sola piezaacrílico -Los materiales incluyen un fotoiniciador integrado que inicia la polimerización radical bajo exposición a los rayos UVA, lo que da como resultado cadenas poliméricas formadas. La inclusión de comonómeros puede mejorar o ajustar propiedades como la resistencia a la tracción para el rendimiento ante impactos.

iii) Los materiales acrílicos de curado catalítico multicomponente suelen tener 3 componentes basados ​​en un material base, un catalizador y luego un promotor de adhesión independiente. El mecanismo de curado generalmente es mediante polimerización radicalaria mediante un catalizador, por lo que la reacción solo comienza cuando los componentes se mezclan.

Ambos mecanismos de curado (la polimerización radical de los sistemas acrílicos y la poliadición de los sistemas de PU) pueden considerarse exotérmicos.

Adhesión

Ejemplo de tipos de adhesión (ver ejemplo 1)

Tipos de sustrato

Es posible laminar la mayoría de los sustratos estándar; sin embargo, los cambios de tipo y espesor pueden requerir un cambio en el espesor de la capa intermedia. Ciertos sustratos distintos del vidrio requieren preparaciones químicas o tratamientos previos particulares.

Las dimensiones de las capas intermedias son clave para lograr una reticulación completa, compensando así las condiciones cambiantes de tensión superficial y las características de rigidez de los diferentes tipos de vidrio. Por ejemplo, el espesor de la capa intermedia para el vidrio flotado puede aumentar desde el estándar 1,0 mm hasta 1,5 mm y el máximo 2,0 mm una vez que el espesor del vidrio flotado aumenta hasta 6,0 mm y luego 8,0 mm. Cuando las tensiones superficiales del vidrio templado aumentan, el espesor mínimo de la capa intermedia comenzará automáticamente en 1,5 mm y luego en 2,0 mm para todos los sustratos más gruesos que un espesor de diseño nominal de 5,0 mm. Este aumento en el espesor de la capa intermedia también será necesario para adaptarse a las características cambiantes de onda del rodillo y de inclinación del borde del vidrio tratado térmicamente.

Plástica

Además de los sustratos de vidrio, la unión del vidrio al policarbonato se permite utilizando materiales basados ​​en PU especialmente desarrollados que tienen una relación química naturalizada con la superficie del policarbonato. El valor diferencial de expansión térmica del vidrio y los policarbonatos, donde la expansión lineal y/o volumétrica del policarbonato es mucho mayor que la del vidrio, lo que genera tensiones mucho mayores sobre y dentro del material de la capa intermedia. Debido a esta expansión diferencial, es importante que el material que une estos dos sustratos diferentes combine un nivel de restricción o rigidez con un comportamiento de fluencia y relajación para compensar. Se utilizan imprimaciones especialmente diseñadas para mejorar las propiedades adhesivas de la superficie del vidrio al PUR.

i) Vidrio flotado

El procesamiento es posible con todos los tipos de vidrio flotado de silicato sodocálcico estándar sin la necesidad específica de considerar preparaciones de superficie particulares para la adhesión a los lados de “estaño” o “aire”.

ii) Vidrio revestido

Con las adherencias a superficies de vidrio recubiertas pirolíticas, se debe tener en cuenta la adhesión entrelazada de los recubrimientos metalizados entre sí, además de la adhesión a las superficies del sustrato. Las características de estas superficies siempre deben considerarse antes de comenzar la preparación o el procesamiento.

i) Limpieza

Limpieza del proceso con el uso de una estación de limpieza de agua tibia estandarizada de 3 etapas, enjuague desmineralizado y secado final al aire. Si es posible, se debe evitar el contenido excesivo de humedad residual resultante del proceso de limpieza y la humedad incidental. Las contaminaciones superficiales incidentales que no cumplen con las normas, como los aceites, normalmente se tratan con una mezcla de isopropanol y agua desionizada en un proceso de limpieza secundario.

Cualquier preparación de adhesión adicional, por ejemplo, imprimadores, se aplicará a la superficie del vidrio en este punto antes de enjuagar finalmente con agua desionizada.

ii) Creación del sobre de llenado

La creación de un recinto sellado utiliza un sello perimetral mediante uno de los siguientes métodos:

a) Material de isobutileno formado en un rollo, que se puede presionar manual o automáticamente a aproximadamente 1 bar para proporcionar la profundidad de envoltura correcta. Se considera que los materiales de butilo tienen valores de expansión térmica más alineados con los de los materiales LOCA entre capas. Generalmente también se considera que proporcionan barreras superiores a la transmisión de humedad; sin embargo, generalmente no son transparentes.

b) Cintas de borde acrílicas preformadas con espesores estándar de 1,0 mm, 1,5 mm y 1,8 mm. La humectación total de las caras adhesivas se puede mejorar usando una imprimación y utilizando un período de humectación de hasta 24 horas para garantizar que se logre una buena adhesión. La recomendación de utilizar materiales probados, completamente curados y aprobados garantizará que:

c) El sellado de bordes de forma libre, libre de un material adhesivo patentado, se puede lograr mediante el uso de sistemas aplicados mecánicamente especialmente diseñados.

iii) Mezclado y dosificación de materiales.

Con un sellado de borde temporal o permanente aplicado a la envoltura, el material LOCA puede, cuando corresponda, mezclarse y posteriormente dosificarse en la envoltura mediante un proceso de tipo inyección. Normalmente la mezcla se realiza en el punto de entrega para evitar una purga excesiva después de la aplicación.

El cálculo de los volúmenes correctos de material será función del espesor requerido de la capa intermedia, el área de la envoltura y los valores de contracción apropiados.

Los valores de contracción cambiarán para diferentes materiales, oscilando entre el 2 % y el 13 % en volumen, siendo los valores de contracción de los materiales de poliuretano generalmente más bajos que los de los acrílicos.

Los materiales de PU requieren una desgasificación eficiente de los componentes A y B antes de mezclarlos y dosificarlos. Esto también se puede aplicar a materiales acrílicos de una sola parte donde la evacuación del oxígeno del material precurado aumenta la eficiencia de la reacción de polimerización.

Las capas intermedias de curado catalítico se mezclan y dosifican en unidades dispensadoras de diseño especial que son esenciales para gestionar las diferentes densidades de material para lograr la densidad final correcta del líquido mezclado y la densidad final del material completamente curado.

Las proporciones de mezcla para los materiales de curado catalítico acrílico y de PU se calcularán en peso y/o volumen. El cálculo de los valores de relación para materiales acrílicos de 3 partes será diferente al de los basados ​​en PU. Claramente, los materiales LOCA acrílicos de curado ultravioleta de una sola parte no requieren mezclarse.

Los cambios en la temperatura ambiente fuera de los recomendados para la producción de 18 0 C – 23 0 C (dependiendo del tipo de material) pueden afectar la realización de la mezcla correcta de los componentes. Por lo tanto, controlar la temperatura en el entorno de producción dentro de la ventana operativa prescrita es importante para lograr la mezcla óptima de materiales.

La vida útil de los diferentes sistemas, aunque influenciada por la temperatura ambiente, se puede ajustar para los sistemas catalíticos.

iv) curado

El método para curar el material líquido hasta convertirlo en el polímero semisólido cambia dependiendo de los mecanismos de curado como se describe anteriormente:

a) Los materiales de base acrílica de un solo componente generalmente se curan usando luz UVA radiada dentro de una ventana de longitud de onda específica prescrita. Esto activa los fotoiniciadores incrustados en el polímero, iniciando la reacción química y formando los enlaces y dentro de las cadenas poliméricas. Las fuentes de luz ultravioleta pueden dirigirse desde arriba o tanto desde arriba como desde abajo.

Las temperaturas ambiente fuera de las ventanas operativas recomendadas pueden prevenir, retardar o acelerar la reacción, lo que resulta en un curado incompleto o acelerado que resulta en la formación de tensiones localizadas. El curado diferencial también puede ser causado por un espesor diferencial a través de la capa intermedia que excede la tolerancia permitida generalmente expresada como +/-0,5 mm/m. Esto puede deberse a que los sustratos no estén planos o que las mesas de curado no sean uniformes. Deben establecerse tolerancias para orientar los niveles de intensidad uniforme aceptable para las fuentes de radiación UV. Pueden ser tubos de luz negra convencionales o, alternativamente, unidades LED UV. Se debe controlar la intensidad de radiación desigual fuera de los parámetros establecidos de las fuentes de luz ultravioleta si se quieren evitar niveles excesivos de tensión diferencial.

Los perfiles de curado se pueden monitorear midiendo los cambios de temperatura resultantes de la reacción exotérmica. Generalmente se puede esperar que la reacción se complete en 6 a 20 minutos. Los cambios en los tipos y espesores de los sustratos utilizados afectarán directamente las intensidades de la radiación UV absorbida por la capa intermedia líquida y esto cambiará la duración del curado requerido. Generalmente se agrega tiempo adicional (factor de seguridad) al tiempo necesario para alcanzar la temperatura máxima para garantizar que todos los materiales estén completos y curados por igual. Esto garantiza que no se confíe por completo, sino sólo en el área de la envoltura que se controla, reduciendo así la posibilidad de un curado diferencial excesivo.

b) Con el curado catalítico, el curado de materiales se activa o acelera mediante una reacción química entre el componente catalizador y el material base. Las temperaturas ambiente jugarán un papel importante en la fase del proceso de reacción. La medición de las temperaturas máximas y las duraciones del ciclo de temperatura proporciona un proceso de gestión de calidad para la eficacia del curado final.

Se pueden realizar controles posteriores al curado adicionales.

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