ES2198245T3 - Hoja adhesiva termoactivable y procedimiento para la preparacion de adhesiones estructurales. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la creación de juntas adhesivas estructurales de piezas de unión, particularmente mediante adhesivos de construcción, manteniendo las piezas a pegar en posición predeterminada durante el endurecimiento del adhesivo, caracterizado por la unión mediante inserción en la junta de adherencia de una hoja plástica a base de adhesivo de construcción de sellado térmico revestida de adhesivo de contacto por ambas caras, estando constituida la hoja plástica a base de adhesivo de sellado térmico revestida de adhesivo de contacto por una mezcla de resina fenólica, en la cual el segundo componente es un caucho nitrilo, una resina epoxi o un acetato de polivinilo, y por la fijación mutua de las piezas de unión en una posición predeterminada mediante presión sobre la hoja adhesiva de contacto, y la activación del endurecimiento del adhesivo de construcción por medio de calor.

Description

Hoja adhesiva termoactivable y procedimiento para la preparación de adhesiones estructurales.

La invención se refiere a una hoja plástica adhesiva por contacto activable mediante calor y a un procedimiento para la creación de adhesiones estructurales.

Las adhesiones estructurales según el estado actual de la técnica se realizan normalmente mediante adhesivos estructurales como los de resinas epoxi o de cianoacrilato. Según la definición de ASTM, las adhesiones estructurales se caracterizan por la utilización de piezas de unión de gran resistencia interna como los metales, madera, cerámica y materiales plásticos reforzados. El adhesivo tiene que ser capaz de compensar la distribución de tensiones dentro de los límites especificados sin que se formen fisuras. Por otra parte, una adhesión estructural tiene que resistir las condiciones ambientales habituales durante un periodo de tiempo prolongado. Debido a que los adhesivos idóneos que presentan estas propiedades también se utilizan en trabajos de montaje dentro de los sectores del automóvil y de la construcción, se conocen generalmente con el nombre de adhesivos de construcción (ver G. Habenicht, "Kleben", Springer Verlag, 3ª ed. 1997, pág. 130). S. R. Hartshorn (ed.), "Structural Adhesives", Plenum Press, 1ª ed. 1986, vgr., representa el estado actual de la técnica en el terreno de los adhesivos estructurales.

Los adhesivos estructurales según el estado actual de la técnica se aplican sobre los substratos a unir en forma líquida o como hojas plásticas de adhesivos de fusión no adherentes a temperatura ambiente. Las hojas soporte activables por calor se denominan hojas adhesivas en caliente o hojas hotmelt. Estas hojas adhesivas están constituidas por una mezcla de resina fenólica y cauchonitrilo con espesores entre 30 y 300 \mum. Se prefieren especialmente las hojas soporte de activación por calor con espesores entre 50 y 150 \mum. Este tipo de hojas pueden fabricarse, vgr., por recubrimiento partiendo de soluciones, aplicando una capa de espesor especificado sobre un papel siliconado mediante un dispositivo aplicador apropiado y evaporando el disolvente. Las mezclas de resina fenólica y cauchonitrilo pueden fabricarse en mezcladoras, amasadoras o extrusoras a partir de materias primas de uso comercial. No obstante, también se encuentran en el mercado mezclas en solución, generalmente en butanona, listas para ser aplicadas.

Por resinas fenólicas se entienden los productos de reacción del fenol con el formaldehído. Las propiedades de las resinas fenólicas pueden determinarse dentro de una amplio rango seleccionando el derivado fenólico y la relación molar fenol/formaldehído. Por cauchonitrilo, denominado caucho NBR, se entiende un copolímero a base de acrilonitrilo y butadieno. En este caso también puede determinarse dentro de un amplio rango el perfil de propiedades del producto, particularmente cuando se utilizan otros monómeros como por ejemplo el ácido acrílico, caso de los denominados cauchos CTBN. Las mezclas de resina fenólica y cauchonitrilo utilizadas reblandecen primero a las temperaturas de trabajo a partir de unos 50°C, tornándose adherentes, para endurecer en la fase final a temperaturas más elevadas, alrededor de 150°C, dando un material durómero con puntos de reticulación covalentes. La reacción de endurecimiento se basa en una reacción entre los grupos OH libres de la resina fenólica y los grupos funcionales del cauchonitrilo. En S. R. Hartshorn (ed.), "Structural Adhesives", Plenum Press, 1ª edición 1986, capítulo 2, se describe el estado actual de la técnica de estos procesos químicos.

La patente canadiense 564192 y la alemana DE 38 34 879 describen mezclas de resinas fenólicas y cauchos de acrilonitrilo y butadieno, que se aplican en solución sobre superficies de unión o que se utilizan como hojas plásticas adhesivas de fusión. Como campos de aplicación técnica se mencionan procedimientos para la adhesión de piezas de carrocería o de fuselaje en la construcción de vehículos de motor y en construcción aeronáutica respectivamente.

El documento DE 44 27 802 describe el uso de una hoja plástica adhesiva activable por calor para la fabricación de soportes de datos.

Según el documento DE 41 24 053 se utilizan hojas plásticas adhesivas o adhesivos en solución para la creación de una unión adhesiva entre al menos un componente y un substrato metálico.

La US 4,751,105 describe la utilización de este tipo de adhesivos en solución o como hoja plástica para la fabricación de circuitos impresos.

Por último, el documento US 5,273,798 describe el uso de las mencionadas hojas plásticas de activación por calor en la fabricación de etiquetas resistentes a temperaturas elevadas.

Los procedimientos conocidos tienen el inconveniente de que durante el proceso de endurecimiento es preciso mantener las piezas a unir en posición y fijarlas, vgr. mediante mordazas de sujeción, remaches o clavos. Por lo tanto, en los procesos automatizados la fijación de las piezas de unión está incluida dentro del tiempo del ciclo de producción, siendo una operación en serie que requiere mucho tiempo. Cuando se utilizan adhesivos con disolvente, hay que solucionar además el problema de su evaporación y emisión.

La patente DE 199 05 800.8, aún no publicada, describe un adhesivo de contacto y estructural, que contiene un copolímero que se utiliza simultáneamente como resina adhesiva y como componente para el endurecimiento térmico. Si bien la compatibilidad de la resina adhesiva con las piezas de unión a pegar permite una buena adhesión, con este tipo de sistemas no se consiguen resistencias de cizallamiento que estén dentro del intervalo exigido por la adhesión estructural.

La presente invención tiene por objeto ofrecer un procedimiento y un adhesivo según el concepto principal de la reivindicación 1, los cuales permiten cumplir la exigencia de una fijación fiable de las piezas de unión a pegar en la posición predeterminada durante el endurecimiento del adhesivo estructural sin utilización de medios mecánicos de sujeción ni necesidad de operaciones de fabricación engorrosas, así como la realización de dicha fijación de forma sencilla y sin variación apreciable de los costes.

Para solucionar esta tarea, se propone en la invención la unión de las piezas mediante un compuesto adhesivo, la inserción en la junta de adherencia de una hoja plástica a base de adhesivo de construcción de sellado térmico revestida por ambas caras de adhesivo de contacto, la fijación de las piezas de unión por presión mutua sobre la hoja plástica adhesiva en una posición predeterminada, y la activación del endurecimiento del adhesivo de construcción por medio de calor.

Una ventaja fundamental de las hojas plásticas adhesivas activables mediante calor reivindicadas para el adhesivo estructural reside en su acabado adhesivo por contacto a base de resina fenólica/cauchonitrilo. Los adhesivos de contacto utilizados junto con estas hojas plásticas adhesivas son termoestables y/o cuentan con capacidad de reticulación ulterior. Por lo tanto, se utilizan especialmente adhesivos de contacto como los descritos en el documento EP 0 881 271. Como adhesivo de contacto se designa especialmente a un tipo de adhesivo, que posee una adherencia permanente a temperatura ambiente en estado seco y libre de disolventes y que se pega por contacto directo sobre múltiples superficies diferentes, provocándose por presión sobre la superficie de las piezas de unión a pegar una humectación, que produce fuerzas adhesivas suficientes. En I. Benedek, L. J. Heymann, "Pressure-sensitive Adhesive Technology", Marcel Dekker, la edición 1997 se describe el estado actual de la técnica en el sector de la adhesión por contacto. Otra ventaja de la hoja plástica adhesiva activable mediante calor reivindicada consiste en la creación de adhesiones estructurales utilizando temperatura y presión elevadas según un procedimiento libre de disolvente, colocándose las piezas de unión inmediatamente en posición debido a la fijación adhesiva, lo cual facilita considerablemente, vgr., una automatización del proceso de pegado y hace que éste resulte más rentable.

Las reivindicaciones expuestas más adelante prevén otras realizaciones ventajosas del procedimiento según la invención. La hoja plástica termosellable se fabrica, correspondientemente, a partir de una mezcla de resina fenólica, siendo el segundo componente cauchonitrilo, resina epoxi o un acetato de polivinilo.

El espesor de la hoja adhesiva de contacto puede ajustarse a 30 - 300 \mum. Por otra parte, el adhesivo de contacto termorresistente se selecciona del grupo de los copoliacrilatos, cauchos o polisiloxanos. Es ventajoso aplicar el adhesivo de contacto termoestable en forma lisa o siguiendo un diseño sobre ambas caras de la hoja plástica termorresistente con un gramaje de 1 a 100 g/m^{2}, siendo conveniente utilizar un adhesivo de contacto con capacidad de reticulación ulterior.

Por último, un adhesivo de construcción termosellable recubierto por ambas caras con un adhesivo de contacto termorresistente se caracteriza por estar fabricado mediante el procedimiento caracterizado en las reivindicaciones.

Mediante selección profesional de los adhesivos de contacto y aplicación en forma lisa o en forma de diseño pueden adaptarse de manera óptima las adhesiones de las piezas de unión a determinadas exigencias. Se demuestra, sorprendentemente, que un recubrimiento en forma lisa o en forma de diseño de los adhesivos de contacto termorresistentes con un gramaje de 1 a 100 g/m^{2}, preferentemente 5 - 20 g/m^{2}, no afecta a las propiedades activables mediante calor, vgr. a la capacidad de reticulación ulterior, de las hojas plásticas.

Debido a su carácter adhesivo a temperatura ambiente, la hoja adhesiva activable mediante calor reivindicada puede fijar fuertemente por adhesión piezas de unión mediante una ligera presión para, una vez pegadas, crear una retícula molecular irreversible mediante el aporte de energía térmica, que se caracteriza por una elevada resistencia a los productos químicos y a la temperatura. Si bien pueden endurecerse a posteriori mediante calor, estas bandas adhesivas activables mediante calor son estables al almacenamiento a temperatura ambiente durante al menos 6 meses sin que se altere su calidad.

Ejemplo de referencia V

Se aplica Pliobond 30, una marca de Ashland Chemical consistente en una mezcla de resina fenólica y cauchonitrilo en butanona con un contenido en sólidos del 30%, mediante un dispositivo de uso comercial dotado de mecanismo aplicador y canal de secado sobre un papel siliconado a una velocidad de 10 m/min. El dispositivo está ajustado de modo que se obtenga una hoja seca, no adherente de 100 \mum de espesor.

Ejemplo 1

Se aplica Pliobond 30, una marca de Ashland Chemical consistente en una mezcla de resina fenólica y cauchonitrilo en butanona con un contenido en sólidos del 30%, mediante un dispositivo de uso comercial dotado de mecanismo aplicador y canal de secado sobre un papel siliconado a una velocidad de 10 m/min.

El dispositivo de aplicación está ajustado de modo que se obtenga una hoja activable mediante calor, seca a temperatura ambiente y no adherente de 100 \mum de espesor de capa.

A continuación se fabrica en la misma instalación de recubrimiento una hoja adhesiva de transferencia de 20 \mum de espesor recubriendo el papel siliconado con una solución de adhesivo de contacto con un 45% de sólidos a 25 m/min. El adhesivo de contacto tiene capacidad de reticulación ulterior.

A continuación se cubren ambas caras de la hoja activable mediante calor con la hoja adhesiva de transferencia de 20 \mum con ayuda de una máquina de laminación por disco.

Ejemplo 2

La hoja activable mediante calor del ejemplo 1 se recubre en el procedimiento de transferencia por ambas caras con PSA 610, adhesivo de contacto de polisiloxano de la empresa GE Bayer Silicones, con un espesor de 20 \mum por cara y una hoja de PET tratada gradualmente con fluorosilicona.

Ejemplo 3

La hoja activable mediante calor del ejemplo 1 se recubre en el procedimiento de transferencia por ambas caras con Gelva 2465, un producto comercial de la empresa Monsanto.

La viscosidad del adhesivo de acrilato está ajustada mediante un agente tixotrópico adecuado de modo que puede aplicarse éste de modo puntiforme sobre papel siliconado mediante un rodillo de grabado (aprox. 22.500 puntos/m^{2}). A continuación se trasladan los puntos de adhesivo de contacto mediante el procedimiento de transferencia a la hoja activable mediante calor.

Ejemplo 4

Se disuelven bajo agitación y amasado 100 partes en peso de Perbunan NT 3480, un cauchonitrilo comercial de Bayer AG, 6 partes en peso de óxido de zinc, 3 partes en peso de azufre y 1,5 partes en peso de disulfuro de benzotiazilo en 332 partes en peso de metiletilcetona. A continuación se añade una solución de 50 partes en peso de Erisysy (resina resólica comercial de CVC) en 78 partes en peso de metiletilcetona y se agita hasta homogeneidad. De la mezcla así obtenida se fabrica como en el ejemplo 1 una hoja hotmelt de 150 \mum de espesor capaz de reticulación ulterior. Esta hoja se recubre de modo puntiforme con el adhesivo del ejemplo 3, según se describe en el mismo.

Resultados

La fuerza adhesiva se midió según DIN EN 1939. Se determinó según ISO 4587 la resistencia al cizallamiento por tracción de una adhesión metal/metal solapante. El contenido de gel se calculó por extracción del adhesivo con tolueno en 24 horas.

Ejemplo	Fuerza	Resistencia al	Contenido de gel
	adhesiva	cizallamiento por	[%]
	[N/25 mm]	tracción [N/312 mm^{2}]
V	< 1	a) 240	a) 19
		b) 1805	b) 84
1	21	a) 380	a) 24
		b) 2110	b) 89
	15	a) 370	a) 18
		b) 1910	b) 75
3	20	a) 350	a) 20
		b) 2180	b) 81
4	22	a) 290	a) 23
		b) 2100	b) 77

Notas aclaratorias

a) ensayado en el estado original

b) ensayado después de endurecer en condiciones de 20 min/6 bar/160°C

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Los ejemplos demuestran que se obtienen según la invención cintas adhesivas de contacto activables mediante calor, que se caracterizan por una buena fuerza adhesiva a temperatura ambiente en comparación con el ejemplo de referencia, de modo que permiten una fijación satisfactoria de las piezas de unión aplicando una ligera presión. De este modo, en el proceso de endurecimiento subsiguiente, vgr. en un horno para pinturas y barnices, puede prescindirse de mordazas de sujeción o remaches en las piezas de unión. En consecuencia se reducen los tiempos del ciclo de producción. Los ejemplos demuestran, asimismo, que el recubrimiento liso o de diseño de las hojas con el adhesivo no afecta a las propiedades de activación mediante calor, vgr. a la capacidad de reticulación ulterior, de las hojas.

Claims (8)

1. Procedimiento para la creación de juntas adhesivas estructurales de piezas de unión, particularmente mediante adhesivos de construcción, manteniendo las piezas a pegar en posición predeterminada durante el endurecimiento del adhesivo, caracterizado por la unión mediante inserción en la junta de adherencia de una hoja plástica a base de adhesivo de construcción de sellado térmico revestida de adhesivo de contacto por ambas caras, estando constituida la hoja plástica a base de adhesivo de sellado térmico revestida de adhesivo de contacto por una mezcla de resina fenólica, en la cual el segundo componente es un cauchonitrilo, una resina epoxi o un acetato de polivinilo, y por la fijación mutua de las piezas de unión en una posición predeterminada mediante presión sobre la hoja adhesiva de contacto, y la activación del endurecimiento del adhesivo de construcción por medio de calor.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por ser el segundo componente preferentemente cauchonitrilo.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por ajustar el espesor de la hoja plástica dotada de adhesivo entre 30 y 300 \mum, preferentemente entre 50 y 100 \mum.

4. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por estar seleccionado el adhesivo de contacto termorresistente entre los del grupo de los copoliacrilatos, cauchos o polisiloxanos.

5. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por la aplicación en forma lisa o de diseño del adhesivo de contacto termorresistente sobre ambas caras de la hoja adhesiva de sellado térmico, que le sirve de substrato.

6. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por la aplicación del adhesivo de contacto termorresistente con un gramaje de 1 a 100 g/m^{2}, preferentemente con uno de 5 a 20 g/m^{2} sobre la hoja que le sirve de substrato.

7. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por la utilización de un adhesivo de contacto para aplicación sobre la hoja adhesiva, que tiene capacidad de reticulación ulterior.

8. Hoja plástica adhesiva por contacto de activación mediante calor para la creación de juntas adhesivas estructurales de piezas de unión, constituida por una hoja plástica a base de adhesivo de construcción con un recubrimiento de adhesivo de contacto por ambas caras, caracterizada por estar fabricada la hoja plástica con capacidad para sellado térmico, no adherente y a base de una mezcla de resina fenólica, en la cual el segundo componente es un cauchonitrilo, una resina epoxi o un acetato de polivinilo, y por ser el adhesivo de construcción endurecible mediante calor y ser el adhesivo de contacto termorresistente y/o reticulable a posteriori.