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Materiali
ADESIVI
LE PROSPETTIVE
DEL SILICONE
SUPPORTI AUTOADESIVI I progressi nella tecnologia senza solventi
per i PSA a base silicone che trovano applicazione, fra l’altro,
nella produzione di etichette e di nastri adesivi: trend di prodotto
e di mercato secondo Dow Corning. Alexander Knott
2 - Scorrimento ad alta temperatura (sovrapposizione di 25x25 mm, 1 kg, 5 gg).
High-temperature shear (25x25 mm overlap, 1 kg weight, 5 days).
Temperatura/Temperature (°C)
Adesione/Adhesion (g/25 mm)
1 - Adesione peel a 180 °C (38-50 g/m2 di adesivo).
180 °C peel adhesion (38-50 g/m2 adhesive).
Dimetile commerciale
Commercial dimethyl
Difenile commerciale
Commercial diphenyl
Solventless
1st generation
PSA (pressure sensitive adhesives)
a base di silicone presentano alcune
proprietà peculiari, che permettono
prestazioni elevate nelle applicazioni in
cui non si possano usare i convenzionali PSA organici. In particolare, i PSA a
base silicone garantiscono ottimi risultati anche alle alte temperature e sono resistenti agli agenti chimici e atmosferici,
all’umidità, e ai raggi ultravioletti. Inoltre,
si conformano bene al supporto, possono essere rimossi senza lasciare tracce
e mostrano una capacità di adesione su-
I
New solventless
periore su substrati con bassa energia
superficiale. Infine, grazie alla loro chimica di base, questi adesivi presentano eccezionali proprietà di isolamento
elettrico, oltre ad alcune caratteristiche
di smorzamento dei suoni e delle vibrazioni.
Grazie a queste caratteristiche, dunque,
vengono impiegati utilmente nelle applicazioni in cui i PSA convenzionali non garantiscono prestazioni soddisfacenti,
come il trattamento al plasma e alla fiamma (“flame spray”) dei film, per esempio
Adhesives
The perspectives for silicone
PRESSURE SENSITIVE SUBSTRATES The progress of solventless
technology for silicone based PSAs that among other things find
application in adhesive labels and tapes production: product and market
trends according to Dow Corning. Alexander Knott
Silicone-based PSAs have special
properties that enable them to
perform in applications where
conventional organic PSAs cannot.
These PSAs show excellent
performance at high temperatures
and are resistant to chemicals,
moisture, weathering and ultraviolet
Dimetile commerciale
Commercial dimethyl
rays. They also have good
comformability, can be cleanly
removed and show excellent
adhesion to low-energy surfaces.
Finally, due to their basic
chemistry, silicone PSAs exhibit
exceptional electrical insulating
properties, plus some degree of
Difenile commerciale
Commercial diphenyl
Solventless
1st generation
New solventless
da utilizzare nella produzione di etichette e di nastri adesivi, e nei nastri per la
mascheratura dei circuiti elettronici.
La chimica dei PSA a base silicone
I PSA a base silicone sono composti da
polimeri siliconici e resine di silicato con
legami incrociati (crosslinking); sebbene di norma siano sensibili alla pressione subito dopo la rimozione del solvente, per rinforzare la rete adesiva è in
genere richiesto un ulteriore crosslinking.
La maggior parte dei PSA a base di sili-
sound and vibration dampening
characteristics.
Because of these properties,
silicone PSAs are useful in
applications where conventional
organic PSAs are unable to
perform satisfactorily. These
include plasma, flame spray of film,
for example for use in the
production of adhesive labels and
tapes, including electronic circuit
board masking tapes.
The chemistry of silicone PSAs
Silicone PSAs consist of silicone
polymers with silicate resins that
are crosslinked together. Although
most silicone PSAs will exhibit
pressure-sensitive behavior
immediately after solvent removal,
further crosslinking is generally
required to reinforce the adhesive
network. The majority of
commercially available silicone
PSAs use a peroxide-catalyzed
free-radical reaction to achieve
additional crosslink density. This is
a two-stage process involving
solvent removal at lower
temperatures (60 to 90 °C) followed
by catalyst decomposition and
free-radical crosslinking at elevated
temperatures (130 to 200 °C). The
main benefit of the peroxidecatalyzed system is the ability to
control properties by addition level
of peroxide used. Some
disadvantages of peroxide-curing
3-4/07 Converting 35
Materiali
ADESIVI
Tack
3 - Andamento del tack con Polyken Probe (38-50 g/m2 di adesivo).
Polyken Probe Tack (38-50 g/m2 adhesive).
Dimetile commerciale
Commercial dimethyl
Difenile commerciale
Commercial diphenyl
cone disponibili in commercio si basa su
una reazione a radicali liberi catalizzata
da perossido per ottenere una maggiore densità di crosslinking. Si tratta di un
processo a due fasi che comporta la rimozione del solvente a temperature più
basse (da 60 a 90 °C) seguita dalla decomposizione con catalizzatore e dal
crosslinking dei radicali liberi a temperature elevate (da 130 a 200 °C).
Il vantaggio principale del sistema catalizzato con perossidi consiste nella possibilità di controllare le proprietà agendo
sul livello di perossido utilizzato. Fra gli
svantaggi, invece, figurano la necessità
di maneggiare solventi e perossidi volatili, l’impatto negativo dei sottoprodotti del
perossido sulla stabilità dell’adesivo e la
necessità di trattare alcuni substrati per
migliorare l’ancoraggio dell’adesivo.
Come alternativa a questo sistema, sono
stati dunque introdotti dei PSA a base sisilicone PSAs include the need to
handle volatile solvents and
peroxides, the impact peroxide byproducts have on adhesive stability,
and the need to prime certain
substrates to improve adhesive
anchorage. As an alternative,
silicone PSAs have been introduced
utilizing a platinum-catalyzed
reaction. The PSA is supplied in a
reactive diluent, and solvent is
required for viscosity control only.
Consequently, cure can be
accomplished in a single-zone oven
at lower overall temperatures (100
to 150 °C). This lower-temperature
cure offers benefits such as lower
sensitivity to temperature variation,
no volatile by-products and the
36 Converting 3-4/07
Solventless
1st generation
New solventless
licone che utilizzano una reazione catalizzata da platino. In questo caso, il PSA
è fornito in un diluente reattivo e il solvente si usa solo per controllare la viscosità. Di conseguenza, la reazione catalizzata si può ottenere in un forno a una
sola zona, a temperature complessivamente inferiori (da 100 a 150 °C), con
vantaggi di vario tipo fra cui la minore
sensibilità alle variazioni di temperatura,
nessun sottoprodotto volatile e la possibilità di utilizzare substrati con minore stabilità termica.
Agli inizi degli anni ‘90, Dow Corning ha
messo in commercio la prima generazione di “PSA a base di silicone compatibili VOC” con catalizzatore di platino,
che assicuravano prestazioni più elevate rispetto ai PSA basati su silicone con
solvente, compresa un’adesione ad alto
peel, tack elevato e adesione primerless.
Quei prodotti, tuttavia, avevano un pun-
ability to use substrates with lower
thermal stability.
In the early 1990s, Dow Corning
commercialized a first-generation
platinum-catalyzed “VOC
Compliant Silicone PSA” that
showed significant performance
advantages over solvent-based
silicone PSAs, including high peel
adhesion, high tack and primerless
adhesion. The only disadvantage
was inferior high-temperature shear
performance. Recent developments
in silicone materials have led to the
formation of a new solventless
silicone PSA with the tack,
adhesion and high-temperature
shear of a common solvent-based
silicone PSA.
to debole, ossia un peggiore scorrimento alle alte temperatura.
Oggi, gli sviluppi in fatto di materiali siliconici hanno portato alla formazione di
un nuovo PSA a base di silicone senza
solventi, che presenta tack, adesione e
scorrimento ad alta temperatura di un comune PSA a base di silicone con solvente.
Confronto delle prestazioni
Utilizzando misurazioni del peel a 180
°C, test standard lap-shear e misurazioni del tack Polyken Probe, Dow Corning
ha confrontato le prestazioni di adesione, forza coesiva e tack dei PSA a base
di silicone a solvente (un dimetile commerciale e un difenile commerciale) catalizzati con perossidi e dei PSA con catalizzatore di platino della prima
generazione, con quelle dei nuovi PSA
senza solvente (figure 1-3).
Questi test hanno dimostrato che il nuovo PSA senza solventi è paragonabile ai
PSA esistenti a base di silicone con solvente per quanto riguarda le prestazioni, compresa la sollecitazione di taglio
ad alta temperatura.
Nuove tendenze e sviluppi futuri
Numerosi fenomeni che riguardano l’uso
di nastri adesivi influenzeranno con ogni
probabilità le applicazioni dei PSA a base
di silicone.
Fra di esse figurano, nel packaging, la
tendenza ad abbandonare le chiusure
meccaniche a vantaggio di quelle chimiche, oltre al crescente utilizzo di nastri
di mascheratura per ridurre le fasi di processo e la maggiore richiesta in Asia di
tutti i tipi di nastri. L’aumento del mer-
Comparative performance
Using 180 °C peel measurements,
standard lap-shear tests and
Polyken Probe tack measurements,
Dow Corning compared the
adhesion, cohesive strength and
tack performance of two solventbased peroxide-cured silicone
PSAs (a commercial dimethyl and
a commercial diphenyl) with the
first-generation solventless
platinum-cure PSA and the new
solventless PSA (figures 1-3).
These tests showed that the new
solventless PSA is quite
comparable in its performance to
existing solvent-based silicone
PSAs, including high-temperature
lap shear.
Changing trends, future
developments
A number of changing trends in
the use of tapes are likely to affect
silicone PSA applications. These
include the continuing trend away
from using mechanical fastening
to using chemical fastening, the
increased use of masking tapes to
reduce process steps, and the
increasing demand in Asia for all
kinds of tapes.
By increasing the general market
for tapes, this also impacts the
market for silicone PSA-coated
tapes. Some trends specifically
impact the use of silicone PSAs,
such as the drive toward smaller
and smaller electronics, which
cato generale dei nastri influisce anche
sul mercato nei nastri rivestiti con PSA
a base di silicone.
Alcuni fenomeni, inoltre, influiscono direttamente sull’uso dei PSA a base di
silicone, come l’utilizzo di componenti
elettronici sempre più miniaturizzati, che
generano maggior calore provocando
così una maggiore necessità di adesivi con eccellente stabilità termica.
Altro fenomeno è il crescente utilizzo di
substrati con bassa energia superficiale
(polipropilene e polietilene, per esempio), nei quali l’adesione di adesivi convenzionali può essere difficoltosa.
Numerosi sviluppi nella tecnologia dei
PSA a base di silicone permettono già
di supportare alcune di queste tendenze del mercato.
Allo stato dell’arte, la ricerca ha lavorato su:
• PSA a base di silicone con stabilità termica eccezionalmente elevata (oltre 280
°C) per soddisfare le sfide dei nuovi saldatori in uso nell’industria elettronica, che
richiedono temperature di lavorazione
più alte;
• PSA a base di silicone per la reazione
catalizzata a temperature ancora inferiori, da impiegare su substrati sensibili
al calore;
• sistemi di erogazione alternativi per i
PSA a base di silicone, come fusione calda ed emulsione per un’applicazione più
facile e rapida;
• PSA a base di ibridi di composti organici/silicone per combinare i vantaggi di
entrambi i tipi di adesivi.
■
Alexander Knott
Dow Corning Corporation
give off more heat.
This creates a greater need for
adhesives with superior heat
stability.
Another trend is the increasing
use of substrates with low surface
energy (polypropylene and
polyethylene, for instance), where
adhesion of conventional
adhesives may be a challenge.
A number of developments in
silicone PSA technology are
already underway to support some
of these market trends.
These developments include:
• development of silicone PSAs
with ultra-high temperature
stability (in excess of 280 °C) to
meet the challenges posed by the
new solders being used in the
electronics industry, which require
higher processing temperatures;
• development of even lowertemperature-curing silicone PSAs
for use on temperature-sensitive
substrates;
• continued development of
alternative delivery systems for
silicone PSAs such as hot melt
and emulsion for easier and faster
application:
• development of organic/silicone
PSA hybrids to combine some of
the advantages of both types of
adhesives.
■
Alexander Knott
Dow Corning Corporation