Agentes de adherencia
Aditivos
Tackifers
El uso de agentes de adherencia en la industria de los neumáticos ha sido revisado por Lechtenboehmer. La pegajosidad se considera la capacidad de dos superficies de compuesto de caucho sin curar para adherirse o resistir la separación después de estar en contacto bajo presión moderada durante un período corto de tiempo. Se pueden definir dos tipos de pegajosidad: pegajosidad autohesiva, en la que ambos materiales tienen la misma composición química, y pegajosidad heterohesiva, en la que los materiales tienen diferentes composiciones. Un factor inherente a la pegajosidad es la resistencia en crudo del compuesto, la resistencia a la deformación y fractura de un material de caucho en estado no curado. La pegajosidad o autohesión y la resistencia en verde de los componentes del compuesto de caucho sin vulcanizar son de considerable importancia en la fabricación de neumáticos. Deben optimizarse las propiedades de adherencia; un valor de pegajosidad demasiado alto provocará dificultades en la colocación de los componentes durante la operación de construcción y puede provocar que quede aire atrapado entre las piezas del neumático, lo que producirá defectos de poscurado. Al mismo tiempo, debe haber suficiente pegajosidad para que los componentes del neumático crudo se mantengan unidos hasta el proceso de curado. Además, para evitar la fluencia con la distorsión resultante del componente, o el desgarro que se produce durante el moldeo en la prensa de curado, se requiere una buena resistencia en verde.
Teorías de autohesión y tachuela
Las principales teorías que se han propuesto para explicar el mecanismo de autohesión han sido revisadas por Wake y Allen. Se puede considerar que estos tienen cuatro modos fundamentales: teoría de la absorción, teoría de la difusión, teoría electrónica y teoría del enclavamiento mecánico. La teoría de la adsorción depende de la formación de un enlace autohesivo debido a la atracción de van der Waals entre moléculas y, por tanto, entre superficies. Si la teoría de la adsorción es correcta, se esperaría una correlación entre la energía de adsorción y la fuerza de unión autohesiva. Aunque existe una tendencia a que esto se observe, no es suficiente para sentar las bases de una teoría precisa y cuantitativa. Además, la teoría de la adsorción debería predecir que la autohesión aumenta al aumentar la polaridad de los materiales poliméricos. La teoría de la difusión establece que la unión autohesiva tiene lugar como resultado de la autodifusión de las moléculas del polímero a través de la interfaz entre dos superficies poliméricas similares. La fuerza del enlace autohesivo está controlada por la autodifusión, debido a la capacidad de las cadenas poliméricas de sufrir un movimiento micro-browniano de las moléculas de polímero de la superficie a través de la interfaz. El coeficientes de autodifusión de una serie de elastómeros, incluidos cauchos naturales, estireno-butadieno y butilo. Las velocidades se determinaron mediante la aplicación de una capa de polímero marcado con radiactividad en la parte superior de una película de base de polímero sin marcar y siguiendo la desintegración de la radiactividad en la superficie del sistema debido a la autoadsorción. Los resultados indicaron que cuando se ponen en contacto dos piezas de caucho sin vulcanizar, puede producirse la difusión de cadenas de polímero a través de la interfaz con un aumento posterior de la adhesión entre las muestras. La teoría del contacto, que establece que la unión entre dos superficies poliméricas similares consiste en, primero, el desarrollo de contacto molecular, seguido de adsorción física instantánea. provocada por las fuerzas de van der Waals. El mecanismo de autohesión no ha sido completamente confirmado y puede ser diferente para diferentes cauchos.
Tack
La capacidad del caucho sin curar de adherirse rápidamente a sí mismo y luego ser resistente a la separación se conoce como tack o autohesión. La pegajosidad puede ser crucial para el ensamblaje de componentes de caucho que deben permanecer en su lugar antes de la vulcanización. Un ejemplo es el montaje de neumáticos, que implica colocar carcasas, cinturones y otras telas; estas capas se mantienen juntas en virtud de su adherencia. Hay tres requisitos para la "adherencia de construcción":
Las superficies deben lograr un contacto microscópico para permitir la interpenetración de cadenas a través de la difusión. Esta humectación de la superficie depende de la rugosidad de la superficie y la viscosidad del caucho
La interdifusión resultante debe transpirar rápidamente, para fusionar las capas y producir una adhesión adecuada
La fuerza cohesiva del caucho debe ser suficiente, ya que sirve como límite superior de la autohesión alcanzable
La plastificación del compuesto facilita los dos primeros procesos; sin embargo, conlleva una pérdida de resistencia en verde y, por tanto, no suele ser un medio eficaz para mejorar la pegajosidad. Las resinas adhesivas, que son ingredientes importantes en adhesivos sensibles a la presión como la cinta Scotch, pueden emplearse en formulaciones de caucho para aprovechar la dependencia de velocidad más fuerte que las resinas imparten a la respuesta mecánica. A altas velocidades de deformación, correspondientes al desprendimiento de las capas, estas resinas solidifican el material, mientras que su efecto sobre la viscosidad a velocidades de deformación lentas relevantes para la humectación es menos significativo. Los cauchos que cristalizan por deformación, como el caucho natural, exhiben una pegajosidad superior debido a la dependencia de su viscosidad y resistencia de la deformación. Sólo en las grandes deformaciones que inducen la cristalización, el material tiene una fuerte resistencia al flujo. A tensiones bajas relevantes para la coalescencia de las dos superficies, el caucho es amorfo y por lo tanto tiene la elasticidad necesaria para que se desarrolle un contacto íntimo entre adherentes. La fuerza adhesiva y el modo de falla pueden cambiar tanto con el tiempo de contacto como con la velocidad a la que se separan las superficies. En las condiciones habituales, el proceso de interdifusión provoca un aumento de la pegajosidad con el tiempo de contacto. Cuando la difusión ha ocurrido a distancias del orden del tamaño de la bobina de la cadena, la región interfacial se vuelve indistinguible del material a granel y la pegajosidad se vuelve constante, igual a la fuerza cohesiva del caucho. El tamaño de la bobina de una molécula de caucho típica está en el rango de 10 a 20 nm. Para constantes de autodifusión típicas de polímeros gomosos a temperatura ambiente, ca. 0,4–4 nm²/s.
Tipos
Los agentes de pegajosidad son productos que ocasionalmente pueden actuar como agentes homogeneizantes (que se han discutido anteriormente). Comprenden resinas de colofonia, cumarona-indeno, resinas de alquilfenol-acetileno y resinas de alquilfenol-aldehído. También se pueden incluir otras resinas de hidrocarburos como resinas de petróleo, resinas terpénicas, asfalto y betún, aunque su eficacia no es generalmente muy alta.
Procesamiento con adhesivos
En general, el rango de fusión de las resinas adhesivas está entre 80°C y 110°C. Las resinas que tienen un alto punto de fusión deben agregarse al principio del ciclo de mezcla para garantizar la fusión y una dispersión suficiente. Se pueden agregar resinas blandas junto con cargas para aprovechar sus propiedades humectantes y dispersantes. Una adición relativamente tardía puede ser útil para obtener la máxima adherencia en la construcción. Las resinas de alta viscosidad se precalientan ocasionalmente para facilitar su manipulación. Los niveles de dosis normales pueden variar entre 3 y 15 phr. Un ejemplo de resina blanda alifática-aromática que es un agente de pegajosidad eficaz y exhibe un buen efecto plastificante. Mejora significativamente la pegajosidad de construcción de compuestos basados en caucho sintético, como SBR, BR, NBR y CR, proporciona mejor incorporación y dispersión de cargas, y tiene una resistencia relativamente buena contra la extracción por hidrocarburos alifáticos y aceites minerales.