Als u ooit een notitie van een bureau hebt gepeld of een etiket van een pot hebt verwijderd, bent u getuige geweest van de magie van drukgevoelige lijm (PSA). Maar wat maakt een materiaal zo kleverig dat het onmiddellijk blijft plakken met slechts een lichte vingerdruk? Voor scheikundigen en ingenieurs die met Hot Melt Pressure Sensitive Adhesives (HMPSA) werken, ligt het antwoord in een beroemde vuistregel die bekend staat als deDahlquist-criterium.
Wat is het Dahlquist-criterium?
Dit criterium, voorgesteld door Dr. Carl A. Dahlquist in de jaren zestig, definieert de fundamentele mechanische eigenschap die nodig is om een materiaal zich bij kamertemperatuur als een drukgevoelige lijm te laten gedragen.
De lijm moet een opslagmodulus (G') hebben vanminder dan 3 × 10⁵ Pa (300.000 Pascal, of 3 × 106dyn/cm2)met een frequentie van 1 Hz. Bovendien kan het beste aan het Dahlquist-criterium worden voldaan door een kleefmiddel op een kleefstof te gebruiken40 tot 70°C boven Tg.
Figuur 1. Het Dahlquist-criterium-PSA-criterium
Waarom is dit van belang voor HMPSA?
Hotmeltlijmen zijn 100% vaste thermoplasten. Ze worden warm aangebracht, koelen af en vormen een hechting. Om een drukgevoelige hotmelt te zijn, moet de uiteindelijk gekoelde film zacht en vloeibaar genoeg blijven om onder lichte druk te "bevochtigen" (in de microscopisch kleine valleien van een oppervlak te stromen).
Als G' te hoog is (> 3×10⁵ Pa): De lijm is te stijf. Het werkt als een stijve plastic folie. Wanneer het tegen een oppervlak wordt gedrukt, raakt het alleen de toppen van de oppervlaktetextuur, wat resulteert in slecht contact en geen kleefkracht. Het blijft niet plakken.
Als G' te laag is (< 3×10⁵ Pa): De lijm is erg zacht en kleverig. Het vloeit gemakkelijk in het oppervlak, waardoor een groot contactoppervlak en een sterke initiële hechting ontstaat (snelle hechting).
Dit evenwicht is van cruciaal belang in HMPSA-formuleringen. Door de verhouding van basispolymeer (bijv. SIS, SBS, APAO), kleverigmakende hars, naftaalolie en was aan te passen, stemmen samenstellers de modulus zo af dat deze onder de magische drempel van 300.000 Pa valt.
Figuur 2. Pas de verhouding van verschillende ingrediënten aan om aan het Dahlquist-criterium te voldoen
Toepassing in de echte wereld in HMPSA
Stel je voor dat je een etiketkleefstof formuleert. Als u te veel was toevoegt om de kosten te verlagen, stijgt de modulus boven de Dahlquist-limiet. Het etiket voelt droog aan en plakt mogelijk niet aan een kartonnen doos. Omgekeerd, als u te veel vloeibare olie toevoegt, wordt de modulus te laag; de lijm wordt te zacht, kan uit de randen van het etiket sijpelen en kan bezwijken onder schuifspanning.
Het Dahlquist Criterium is geen perfecte wet, maar het is het eerste ijkpunt dat elke HMPSA-ontwikkelaar gebruikt bij het ontwerpen van een nieuw product.
Vraag- en antwoordsessie: Dahlquist Criterium & HMPSA
Vraag 1: Is het Dahlquist-criterium een vaste, universele wet voor alle lijmen?
A: Nee. Het is een empirische observatie gebaseerd op testen op kamertemperatuur. Het werkt het beste voor conventionele PSA's getest bij 1 Hz. Sommige moderne microgestructureerde lijmen kunnen zelfs met een hogere modulus kleverigheid vertonen, maar voor standaard HMPSA blijft dit de gouden standaard.
Vraag 2: Heeft temperatuur invloed op het Dahlquist-criterium?
EEN: Absoluut. De modulus van een visco-elastisch materiaal verandert met de temperatuur. Een HMPSA voldoet mogelijk perfect aan het criterium bij 23°C (kamertemperatuur), maar wordt bros en voldoet niet aan het criterium bij 5°C (koude toepassing). Dit is de reden waarom HMPSA-formuleringen voor koude temperaturen verschillende polymeren en harsen gebruiken om de modulus laag te houden, zelfs in de kou.
Vraag 3: Hoe meten we G' om het criterium te controleren?
A: Met behulp van een dynamische mechanische analysator (DMA) of een reometer. Je plaatst een klein monster van de gekoelde HMPSA tussen parallelle platen, oefent een kleine oscillerende kracht uit (meestal bij 1 Hz) en meet de weerstand van het materiaal tegen vervorming (opslagmodulus G ') en zijn vermogen om energie te dissiperen (verliesmodulus G ').
Vraag 4: Wat gebeurt er als mijn HMPSA een G' heeft van precies 300.000 Pa?
A: Het zal waarschijnlijk een borderline zijn. Het criterium suggereert dat het materiaal onder deze waarde moet liggen voor een goede onmiddellijke kleefkracht. Bij precies 300.000 Pa krijgt u mogelijk een acceptabele hechting op gladde oppervlakken (zoals glas), maar slechte prestaties op ruwe oppervlakken (zoals gerecycled karton). Formuleerders streven doorgaans naar een veiligheidsmarge die ruim onder dit getal ligt.
Vraag 5: Kan ik het Dahlquist-criterium gebruiken voor niet-HMPSA-kleefstoffen zoals UV-uitgeharde of op water gebaseerde PSA's?
EEN: Ja! Hoewel het artikel zich richt op hotmelts, is het Dahlquist-criterium van toepassing op elk type drukgevoelige lijm (op oplosmiddelbasis, op waterbasis of door straling uitgehard). Het principe van de noodzaak van een lage modulus voor nat-out is universeel voor alle PSA-technologieën.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!
