Introducción
El adhesivo de fusión en caliente (HMA, del inglés Hot-Melt Adhesive), también conocido como pegamento caliente, es una forma de adhesivo termoplástico que se suele suministrar en barras cilíndricas sólidas de diferentes diámetros (por lo general para uso hogareño) o en forma de pellets (para el uso industrial), diseñados para fundirse en una pistola de calentamiento eléctrico. La pistola utiliza un sistema continuo de un elemento de calefacción para derretir el pegamento plástico, que puede ser empujado a través de la pistola por un sistema de activación mecánica, o directamente por el usuario. El polímero expulsado de la boquilla se calienta inicialmente lo suficientemente como para fundirse. El pegamento es pegajoso cuando está caliente, y se solidifica en unos pocos segundos a un minuto. Los adhesivos termoplásticos también se pueden aplicar por inmersión o pulverización.
En el uso industrial, los adhesivos de fusión en caliente ofrecen varias ventajas sobre los adhesivos a base de solventes. Los compuestos orgánicos volátiles son reducidos o eliminados, y la fase de secado o curado se elimina. Los adhesivos a base de solventes pueden perder hasta un 50-70% de espesor de la capa durante el secado. Además de unir dos superficies, los hot-melt se pueden utilizar para llenar los espacios vacíos a diferencia de otros adhesivos a base de solventes.
Los adhesivos termoplásticos tienen larga vida útil y pueden ser eliminados sin precauciones especiales. Algunas de las desventajas incluyen la carga térmica del sustrato, lo que limita el uso a sustratos no sensibles a las altas temperaturas, como así también la pérdida de adherencia a temperaturas más altas o capaces de fundir del adhesivo. Esto se puede reducir mediante el uso de un adhesivo reactivo que experimenta después de solidificar, un curado químico, por ejemplo, por efecto de la humedad (ejemplos: uretanos y siliconas reactivos), o se cura por la radiación ultravioleta. Algunos HMA pueden ser resistentes a ataques químicos y a la intemperie.
Propiedades importantes
Los adhesivos de fusión en caliente tienen una serie de propiedades importantes, que los hace adecuados para diferentes aplicaciones:
- Open time (tiempo de apertura): es el tiempo de trabajo para hacer un enlace, donde la superficie conserva suficiente adherencia, puede variar de segundos en HMA de fraguado rápido hasta el infinito para adhesivos sensibles a la presión
- Set time (tiempo de fijación): es el tiempo para formar una unión de resistencia aceptable
- Bond-formation temperature (temperatura de formación de unión): es la temperatura mínima por debajo de la cual no se produce el mojado suficiente del sustrato.
- Melt viscosity (viscosidad del fundido): es una de las propiedades más importantes. Influye en la propagación del adhesivo aplicado y la humectación de las superficies. Depende de la temperatura, a mayor temperatura menor viscosidad.
- Melt flow index (Indice de Fluidez): es un valor inversamente proporcional al peso molecular del polímero base. Adhesivos de fusión de alto índice de flujo son fáciles de aplicar, pero tienen malas propiedades mecánicas debido a lo corto de sus cadenas poliméricas. Adhesivos de fusión de bajo índice de flujo tienen mejores propiedades, pero son más difíciles de aplicar.
- Surface energy (Energía superficial): este influye en el mojado o humedecimiento de los diferentes tipos de superficies.
- Pot life stability (estabilidad química): es el grado de estabilidad en estado fundido, la tendencia a la descomposición y carbonización. Factor Importante para el procesamiento industrial, donde los adhesivos son fundidos por períodos prolongados antes de su deposición.
- Tack (pegajosidad, adherencia o adhesividad): es el grado de rigidez de la superficie del adhesivo, influye en la fuerza de la unión entre las superficies mojadas.
Materiales utilizados
Los adhesivos de fusión en caliente se basan generalmente en uno o más materiales de base, con varios aditivos. La composición suele ser formulados para tener la temperatura de transición vítrea (inicio de la fragilidad) por debajo de la temperatura más baja del servicio y una temperatura de fusión suficientemente alto. El grado de cristalización debe ser lo más alta posible, pero dentro de los límites permitidos de la contracción. La viscosidad de fundido y la velocidad de cristalización (y el open time correspondiente) se pueden adaptar para la aplicación. Una mayor velocidad de cristalización, por lo general, implica una mayor resistencia de la unión. Para llegar a las propiedades de los polímeros semicristalinos, los polímeros amorfos requerirían pesos moleculares muy altos y la viscosidad de fundido, por lo tanto, sería excesivamente alta. El uso de polímeros amorfos en adhesivos hot melt, por lo general, es sólo como modificadores y aditivos. Algunos polímeros pueden formar enlaces por puentes de hidrógeno entre las cadenas, formando pseudo-enlaces cruzados fortaleciendo el polímero.
La naturaleza del polímero y el aditivo adhesivo influye en la naturaleza de la interacción mutua molecular y la interacción con el sustrato, por ejemplo, el EVA junto con la resina adherente de fenol-terpeno (TPR) muestra interacciones ácido-base entre el grupos carbonilos del acetato de vinilo y los grupos hidroxilos del TPR, se forman complejos entre los anillos fenólicos del TPR y los grupos hidroxilo en la superficie de los substratos de aluminio, y se forman interacciones entre los grupos carbonilo y grupos silanol en las superficies de los sustratos de vidrio. Los grupos polares, grupos hidroxilo y amino, pueden formar enlaces ácido-base y por puente de hidrógeno con los grupos polares en sustratos como papel, madera o fibras naturales. Las cadenas no polares poliolefínicas interactúan bien con los sustratos no polares. El buen humedecimiento del sustrato es esencial para la formación de un vínculo satisfactorio entre el adhesivo y el sustrato. Composiciones más polares tienden a tener una mejor adherencia, debido a su mayor energía superficial. Los adhesivos amorfos se deforman con facilidad, tienden a disiparse la mayor parte de la tensión mecánica en su estructura, pasando sólo pequeñas cargas en la interface adhesivo-sustrato, incluso una relativamente débil interacción superficial no polar-no polar puede formar un vínculo bastante fuerte tendiendo principalmente a un fallo de cohesión. La distribución de pesos moleculares y grado de cristalinidad influye en el ancho rango de temperatura de fusión. Los polímeros de naturaleza cristalina no solo tienden a ser más rígidos y tener una mayor fuerza de cohesión que los amorfos correspondientes, sino también transfieren más tensión a la interfaz adhesivo-sustrato. Un mayor peso molecular de las cadenas de polímero proporciona una mayor resistencia a la tracción y resistencia al calor. La presencia de enlaces no saturados hace al adhesivo más susceptible a la auto-oxidación y a la degradación por los rayos UV y hace necesario el uso de antioxidantes y estabilizadores.
Los adhesivos son generalmente transparentes o translúcidos, incoloros, de color pajizo, canela o ámbar. Versiones pigmentadas también se pueden hacer. Los materiales que contienen grupos polares, anillos aromáticos y dobles y triples enlaces tienden a aparecer más oscuro que sustancias no polares totalmente saturadas; cuando un aspecto transparente como el agua que se desea, convenientemente deben utilizarse polímeros y aditivos adecuados, por ejemplo, resinas adhesivas hidrogenadas.
El aumento de la resistencia de la unión y la temperatura de servicio se puede lograr mediante la formación de enlaces cruzados en el polímero después de la solidificación. Esto se puede lograrse mediante el uso de polímeros sometidos a curado con humedad residual (por ejemplo, poliuretanos o siliconas reactivos), exposición a radiación de luz ultravioleta, irradiación de electrones, o por otros métodos.
La resistencia al agua y a solventes es crítica en algunas aplicaciones. Por ejemplo en la industria textil, la resistencia a disolventes para la limpieza en seco puede ser requerida. La permeabilidad a gases y vapor de agua puede o no ser deseable. La no toxicidad de los materiales base y aditivos y la ausencia de olores es importante para el envasado de alimentos.
Artículos de consumo masivo, por ejemplo, pañales y productos de higiene, hace necesario el desarrollo de HMA biodegradables. La investigación se está realizando en por ejemplo, poliésteres de ácido láctico, policaprolactona con proteína de soja, etc.
Algunos de los materiales utilizados son:
1.- Copolímeros de vinilacetato-etileno (EVA):
Presentan un bajo rendimiento, es un material de bajo costo y es el más común para el pegamento en barra (ejemplo: Thermogrip GS51). Ellos proporcionan la suficiente fuerza a 30 - 50°C, pero su uso está limitado por debajo de 60-80ºC y tienen una baja resistencia a la fluencia bajo carga. El monómero acetato de vinilo representa del 18 al 29 por ciento en peso del polímero. Grandes cantidades de taquificantes o agentes adherentes (tackifiers) y ceras se utilizan a menudo, un ejemplo de la composición es: 30-40% de copolímero EVA (proporciona fuerza y resistencia), 30-40% de resina taquificante (mejora el humedecimiento y pegado), 20-30% de cera (por lo general a base de parafina, reduce la viscosidad, altera la velocidad de fijación y reduce costos) y 0,5-1% de estabilizadores. Se pueden agregar rellenos para aplicaciones especiales. Se pueden formular para temperaturas de servicio de entre -40°C a +80°C, y para tiempos de fijación de corto o largo plazo y una amplia gama de viscosidades de fusión. Una gran estabilidad a altas temperaturas y resistencia a la radiación ultravioleta, se pueden conseguir mediante estabilizadores adecuados. Un contenido de acetato de vinilo de alto puede servir para la formulación de un adhesivo sensible a la presión (HMPSA del inglés hot-melt pressure sensitive adhesive). Las formulaciones de EVA son compatibles con la parafina. El EVA fue la base para la composición de los adhesivos de fusión en caliente originales. La composición del copolímero influye en sus propiedades, el aumento del contenido de etileno promueve la adhesión de los sustratos no polares, por ejemplo polietileno, mientras que el aumento del contenido de acetato de vinilo promueve la adhesión de los sustratos polares, por ejemplo, papel. Un mayor contenido de etileno también aumenta la resistencia mecánica, resistencia al bloqueo, y la solubilidad de la parafina. Un mayor contenido de acetato de vinilo ofrece una mayor flexibilidad, adhesión, sellado en caliente, y un mejor rendimiento a baja temperatura. Los adhesivos de EVA por lo general contienen entre 14 y 35% de acetato de vinilo. Las cadenas de menor peso molecular ofrecen menor viscosidad en fusión, una mejor humectación y una mejor adherencia a las superficies porosas. Un mayor peso molecular proporciona una mejor cohesión a temperaturas elevadas y un mejor comportamiento a bajas temperaturas. El aumento de la proporción de acetato de vinilo reduce la cristalinidad de los materiales, mejora la claridad óptica, flexibilidad y dureza, y empeora la resistencia a los disolventes. El EVA puede ser reticulado por peróxido, por ejemplo, produciendo un material termoestable. El EVA puede ser mezclado con resinas de hidrocarburos aromáticos. El injerto de butadieno al EVA mejora su adherencia. Sus propiedades dieléctricas son pobres debido al alto contenido de grupos polares, la pérdida dieléctrica es moderadamente alta. Los HMA de polipropileno son una mejor opción para la electrónica de alta frecuencia. El EVA es ópticamente más claro y permeable a los gases y el vapor de agua que las poliolefinas. Casi la mitad de los adhesivos de fusión en caliente de EVA se utiliza en aplicaciones de embalaje. La molienda criogénica de EVA puede ofrecer pequeñas partículas dispersables en agua para aplicaciones de sellado térmico. El EVA se puede degradar principalmente por la pérdida de ácido acético y la formación de un doble enlace en la cadena, y por la degradación oxidativa. Con el EVA se puede componer en una amplia gama de HMA, desde suaves adhesivos sensibles a la presión hasta rígidos adhesivos estructurales para muebles de la construcción.
Copolímeros de etileno-acrilato:
Tienen una menor temperatura de transición vítrea y una mayor adherencia incluso a sustratos difíciles que el EVA. Tienen mayor resistencia térmica, aumento de la adherencia a los metales y el vidrio. Es adecuado para su uso a bajas temperaturas. Los terpolímeros de etileno-acetato de vinilo-anhídrido maleico y de etileno-acrilato-anhídrido maleico ofrecen un rendimiento muy alto. Algunos ejemplos son el etileno n-butil acrilato (EnBA), etileno-ácido acrílico (EAA) y el etileno-acetato de etilo (EEA).
2.- Poliolefinas (PO)
Dentro de este grupo mayormente se utiliza polietileno. Generalmente se usa polietileno de baja densidad, pero también polietileno de alta densidad. El polietileno de alta densidad tiene un mayor punto de fusión y una mejor resistencia a la temperatura. También se utiliza polipropileno atáctico (PP o APP), polibuteno-1, polietileno oxidado, etc. Se los considera de bajo rendimiento, por dificultad de adhesión a los plásticos. Tienen muy buena adhesión al polipropileno, buena barrera contra la humedad, resistencia química frente a los disolventes polares y las soluciones de ácidos, bases y alcoholes. Presentan largos tiempos de apertura (open time) en comparación con el EVA y las poliamidas. Las poliolefinas tienen baja energía de superficie y proporcionar un buen mojado en la mayoría de metales y polímeros. Las poliolefinas realizada síntesis catalizada por metaloceno tienen una distribución estrecha de peso molecular y el correspondiente rango de temperatura de fusión también estrecho. Debido a la cristalinidad relativamente alta, los adhesivos a base de polietileno tienden a ser opacos y, en función de los aditivos, son blancos o amarillentos. Los adhesivos de fusión en caliente de polietileno tienen una estabilidad alta, no son propensos a la degradación o a la carbonización y son adecuados para rangos de temperatura moderada y pueden ser usados en substratos flexibles no porosos. Nitrógeno o dióxido de carbono se pueden introducir en el material fundido, formando una espuma que aumenta el tiempo de difusión y apertura y disminuye la transferencia de calor al sustrato, permitiendo su uso en sustratos sensibles al calor. Los HMA espumables están disponibles en el mercado desde 1981. Los HMA de polipropileno amorfo tienen buenas propiedades dieléctricas, haciéndolas adecuadas para su uso en altas frecuencias. El PE y el APP se emplean habitualmente solos o con sólo una pequeña cantidad de taquificantes o adherentes (por lo general, hidrocarburos) y ceras (por lo general, parafinas o ceras microcristalinas, para reducir el costo, mejorar el anti-bloqueo y alterar el tiempo de apertura y la temperatura de ablandamiento). El peso molecular del polímero son generalmente más bajos. El bajo peso molecular proporcionar un mejor rendimiento a baja temperatura y una mayor flexibilidad; mayor peso molecular aumentan la fuerza de sellado, la adhesión en caliente, y la viscosidad de fusión.
Polibuteno-1
El polibuteno-1 y sus copolímeros son suaves y flexibles, resistentes, parcialmente cristalinos, y poco a poco se cristaliza con el tiempo de apertura. La baja temperatura de recristalización permite liberar el estrés durante la formación del vínculo. Tiene una buena adherencia a las superficies no polares, pero mala a las polares. Bueno para sustratos de caucho. Se puede formular como adhesivo sensible a la presión.
Polímeros de poliolefina amorfa
Los polímeros de poliolefina amorfa (APO o APAO) son compatibles con muchos solventes, adhesivos, ceras y polímeros, encontrando un amplio uso en muchas aplicaciones de adhesivos. Los adhesivos de fusión en caliente de APO presentan buena resistencia a los combustibles y ácidos, resistencia al calor moderado, son pegajosos, suaves y flexibles, tienen una buena adherencia y un mayor tiempo de apertura que las poliolefinas cristalinas. Tienden a tener menor viscosidad en fusión, una mejor adhesión, ya veces tiempos de apertura y fijación más lentos en comparación con los HMA de EVA. Algunos HMA de APO pueden ser utilizados solos, pero a menudo se combinan con agentes adherentes, ceras y plastificantes (por ejemplo, aceite mineral, aceite de polibuteno). Ejemplos de APO son: polipropileno amorfo atáctico (APP), propileno/etileno amorfo (APE), propileno/buteno amorfo (APB), propileno/hexeno amorfo (APH), propileno/etileno/buteno amorfo. El APP es más duro que el APE, que a su vez es más duro que el APB, que a su vez es más duro que el APH, de acuerdo con sus cristalinidades decrecientes. Los APO muestran relativamente baja cohesión debido a que las cadenas de polímeros entrelazados tienen un grado relativamente alto de libertad de movimiento. Bajo carga mecánica, la mayoría de la presión se disipa por el alargamiento y desenredo de las cadenas poliméricas, y sólo una pequeña fracción llega a la interfaz adhesivo-sustrato. Por lo tanto, la falla de cohesión es uno de los defectos más común de los adhesivos con base de APO.
3.- Poliamidas y poliésteres de alto rendimiento
Poliamidas (PA):
Son consideradas de alto rendimiento, para ambientes severos, adhesivos para altas temperaturas, normalmente aplicados a más de 200°C, pero puede degradar y quemarse durante el proceso. En estado fundido, en parte puede degradarse por el oxígeno atmosférico. La temperatura de aplicación es elevada. Poseen un alto rango de temperaturas de servicio, en general, mostrando una adhesión adecuada desde -40 a 70°C y en algunas composiciones permiten su uso a 185°C si no debe soportar cargas. Es resistente a los plastificantes, por lo tanto, es conveniente para el encolado de cloruro de polivinilo; sin embargo, únicamente las poliamidas derivadas de diaminas secundarias proporcionan un vínculo satisfactorio. Resistentes a aceites y gasolina. Presenta una buena adhesión a muchos sustratos, como por ejemplo, metal, madera, vinilo, ABS y polietileno o polipropileno tratados. Algunas formulaciones especiales están aprobadas para aplicaciones eléctricas que requieren inflamabilidad reducida. Se emplean tres grupos distintos, según su peso molecular (MW) sea bajo, intermedio o alto. Los de bajos MW son de baja temperatura de fusión y fácil de aplicar, pero tienen menor resistencia a la tracción, menor resistencia al esfuerzo cortante, y baja elongación en comparación con los de alto MW. Los de alto MW requieren extrusoras sofisticadas para su aplicación y se utilizan como adhesivos de alto rendimiento estructural. La presencia de enlaces por puente de hidrógeno entre las cadenas poliméricas de las poliamidas da alta resistencia hasta para los pesos moleculares bajos, en comparación con otros polímeros. Los enlaces por puente de hidrógeno también ofrecen la retención de la mayor parte de la fuerza de adhesión casi hasta el punto de fusión, pero también hacen al material más susceptible a la penetración de humedad en comparación con el poliéster. Se puede formular tanto suave y pegajoso como duro y rígido. Junto con los poliésteres, ocupan menos del 10% del volumen total del mercado de los adhesivos termoplásticos. La absorción de la humedad puede dar lugar a la formación de un material espumado durante la aplicación debido a que el agua que se evapora durante la fusión va creando huecos en la capa adhesiva que disminuirán la resistencia mecánica. Los HMA de poliamidas se componen generalmente de un ácido dímero con, casi siempre, dos o más diaminas diferentes. El ácido dímero por lo general presenta un 60-80% de la masa total de poliamida, y proporciona un carácter no polar amorfo. Las aminas alifáticas lineales, por ejemplo, etilendiamina y hexametilendiamina, proporcionan dureza y resistencia. Las aminas de cadena más larga, por ejemplo, dímero amina, reducen la cantidad de enlaces por puente de hidrógeno por unidad de volumen de material, resultando en una menor rigidez. Las poliéter diaminas proporcionan una buena flexibilidad a baja temperatura. La piperazina y diaminas similares, también reducen el número de enlaces de hidrógeno. Únicamente las poliamidas basadas en piperazina y aminas secundarias similares forman una unión satisfactoria con policloruro de vinilo. Las aminas primarias forman fuertes enlaces por puente de hidrógeno dentro del adhesivo; las aminas secundarias sólo pueden actuar como aceptores de protones, no forman enlaces por puente de hidrógeno dentro de la poliamida, y por lo tanto, forman enlaces más débiles con el vinilo, probablemente con el átomo de hidrógeno junto al cloro.
Poliésteres:
Son similares a los utilizados para las fibras sintéticas. Presentan alta temperatura de aplicación. Son sintetizados a partir de un diol y un ácido dicarboxílico. La longitud de la cadena de diol tiene una importante influencia en las propiedades del material; al aumentar la longitud de la cadena diol, el punto de fusión aumenta, aumenta la velocidad de cristalización y el grado de cristalización disminuye. Tanto el diol como el ácido tienen influencia sobre el punto de fusión. En comparación con las poliamidas, debido a la ausencia de puentes de hidrógeno, los poliésteres tienen menor resistencia y punto de fusión, pero son mucho más resistentes a la humedad, aunque en cierta medida son susceptibles. En otros parámetros, y en aplicaciones en las que estos factores no juegan un papel importante, poliésteres y poliamidas son muy similares. Los poliésteres se utilizan a menudo para unión de tejidos. Se pueden utilizar solos, o mezclado con grandes cantidades de aditivos. Se utilizan cuando son necesarias resistencia a la tracción y resistencia a altas temperaturas. La mayoría de los adhesivos de fusión en caliente de poliéster tienen alto grado de cristalinidad. Junto con las poliamidas, constituyen algo menos del 10% del volumen total del mercado de los adhesivos termoplásticos. Polímeros amorfos dispersables en agua, modificados por la adición de grupos sulfonato de sodio para dispersabilidad, se desarrollaron para crear adhesivos repulpables. Los poliésteres son a menudo altamente cristalinos, dando lugar a un estrecho rango de temperatura de fusión, lo cual es ventajoso para la alta velocidad de adhesión.
Poliuretanos:
- Los poliuretanos termoplásticos (TPU)
Estos ofrecen una buena adherencia a distintas superficies debido a la presencia de grupos polares. Su baja temperatura de transición vítrea proporciona flexibilidad a bajas temperaturas. Son altamente elásticos y suaves, con rangos amplios de cristalización y puntos de fusión. Los poliuretanos consisten en largas cadenas lineales con segmentos flexibles y suaves (acoplamientos diisocianato de bajo punto de fusión), alternando con segmentos rígidos (puentes diuretano resultantes de la reacción de diisocianato con una pequeña molécula de glicol). Los segmentos rígidos forman enlaces por puente de hidrógeno con segmentos rígidos de otras moléculas. Una mayor proporción de segmentos suaves que duros proporcionan una mayor flexibilidad, elongación, y baja temperatura de aplicación además de una menor dureza, módulo y resistencia a la abrasión. La temperatura de unión es menor que con la mayoría de los otros HMA (alrededor de 50-70°C), cuando el adhesivo se comporta como una goma suave que actúa como un adhesivo sensible a la presión. La humectación de la superficie en este estado amorfo es buena, y al enfriarse el polímero se cristaliza, formando un fuerte lazo flexible con alta cohesión. La elección de una combinación de diisocianato y poliol adecuados permite adaptar las propiedades del poliuretano, ya que pueden ser utilizados solos o mezclados con un plastificante. Los poliuretanos son compatibles con la mayoría de los plastificantes comunes, y con muchas resinas.
- Poliuretanos (PUR)
Los poliuretanos (PUR) o uretanos reactivos, son utilizados para altas temperaturas y una alta flexibilidad. Es un relativamente nuevo tipo de adhesivos de fusión en caliente termoestables, introducido a principios de la década del 90. La solidificación puede ser rápida o prolongada en el lapso de varios minutos; y luego con un curado secundario, con la humedad atmosférica o del substrato, continúa durante varias horas, formando enlaces cruzados en el polímero. Presentan una excelente resistencia a solventes y productos químicos y una baja temperatura de aplicación, adecuado para sustratos sensibles al calor. Poseen resistencia al calor después del curado, en general, con temperaturas de servicio desde -30°C a +150°C. A menudo se los utiliza en encuadernación, para la industria automotriz y aeroespacial y en bolsas y filtros de plástico, además de tintas resistentes a los solventes. Como son susceptibles a la degradación por rayos UV, que causan decoloración y la degradación de las propiedades mecánicas, se requiere mezclarlos con estabilizadores UV y antioxidantes. Por lo general, se basan en prepolímeros hechos de polioles y metilen difenil diisocianato (MDI) u otro diisocianato, con una pequeña cantidad de grupos isocianato libres; los cuales cuando se someten a la humedad reaccionan y reticulan. La resistencia del solidificado aun no curado (es decir, “verde”) tiende a ser más baja que los HMA no reactivos; la resistencia mecánica se desarrolla con el curado. La resistencia en verde se puede mejorar mediante la mezcla del prepolímero con otros polímeros.
4.- Copolímeros de estireno en bloque (SBC)
También llamados adhesivos de estireno copolímero y adhesivos a base de caucho. Tienen una buena flexibilidad a baja temperatura, alta elongación y alta resistencia al calor. Se los utiliza con frecuencia en las aplicaciones de adhesivo sensible a la presión, donde la composición se mantiene pegajosa, incluso cuando se solidifica, pero también se utilizan en formulaciones de adhesivos no sensibles a la presión. Presentan alta resistencia al calor, buena flexibilidad a baja temperatura. Poseen una resistencia por debajo de los poliésteres. Por lo general, tienen una estructura ABA, con un segmento de goma elástica entre dos bloques terminales de plástico rígido. Son resistentes al agua, solubles en algunos disolventes orgánicos; el entrecruzamiento mejora la resistencia a los disolventes. Las resinas vinculadas con ciertos bloques terminales (cumarona-indeno, α-metil-estireno, tolueno de vinilo, hidrocarburos aromáticos, etc.) mejoran la adherencia y alteran la viscosidad. Las resinas vinculadas con ciertos bloques medios (olefinas alifáticas, ésteres de colofonia, politerpenos, terpenos fenólicos) mejoran las propiedades de adherencia, el procesamiento y sensibilidad a la presión. La adición de plastificantes reduce el costo, mejora la adherencia sensible a la presión, reduce viscosidad de fusión, disminuye la dureza y mejorar la flexibilidad a baja temperatura. La estructura tipo ABA promueve una separación de fases del polímero, uniendo la bloques terminales, con la parte central elástica actuando como enlaces cruzados; los SBC no requieren enlaces cruzados adicionales. Entre los adhesivos copolímeros de estireno en bloque podemos citar:
- Estireno-butadieno-estireno (SBS), se utiliza en aplicaciones de adhesivos sensibles a la presión (PSA) de alta resistencia.
- Estireno-isopreno-estireno (SIS), se utiliza en PSA de baja viscosidad y alta adherencia.
- Estireno-etileno/butileno-estireno (SEBS), se utiliza en aplicaciones de tela no-tejida de baja auto-adherencia
- Estireno-etileno/propileno (SEP)
5.- Policaprolactona con proteína de la soja
Utilizando el aceite de coco como plastificante, es un adhesivo de fusión en caliente biodegradable investigado en la Universidad de Corea
6.- Fluoropolímeros
Con agentes adherentes y copolímero de etileno con grupos polares.
7.- Cauchos de silicona.
Sometidos a la reticulación después de la solidificación, forman un sellador de silicona flexible resistente a los rayos UV y a la intemperie
- Elastómeros termoplásticos
8.- Polipirrol (PPY)
Se trata de un polímero conductor, para adhesivos hot melt intrínsecamente conductores (ICHMA), utilizado para blindaje para evitar interferencias electromagnéticas. El EVA compuesto con 0.1-0.5% en peso de PPY es fuertemente absorbente en el infrarrojo cercano, lo que permite su uso como adhesivos activados en el infrarrojo cercano.
También se utilizan, como HMA, policarbonatos y otros copolímeros y elastómeros termoplásticos además de los ya mencionados
Aditivos
1.- Resinas adherentes (taquificantes): como por ejemplo, colofonia y sus derivados, terpenos y los terpenos modificados, resinas alifáticas, cicloalifáticas y aromáticas (C5 resinas alifáticas, C9 resinas aromáticas, y C5/C9 resinas alifáticos/aromáticos), resinas de hidrocarburos hidrogenados, y sus mezclas, resinas de terpeno-fenol (TPR, que se utiliza a menudo con adhesivos de EVA), hasta un 40%. Los taquificantes tienden a tener bajo peso molecular, y la temperatura de transición vítrea y de reblandecimiento por encima de la temperatura ambiente, brindándoles adecuadas propiedades viscoelásticas. Los taquificantes presentan, con frecuencia, la mayor parte del porcentaje de peso y costo de los adhesivos hot-melt.
2.- Ceras: como por ejemplo, ceras microcristalinas, ceras amida grasos o ceras oxidadas Fischer-Tropsch, aumentan el rango de fijación. Es uno de los principales componentes de las formulaciones. Las ceras reducen la viscosidad de fundido y puede mejorar la fuerza de adherencia y resistencia a la temperatura.
3.- Plastificantes: como por ejemplo, benzoatos (1,4-ciclohexano dimetanol dibenzoato, gliceril tribenzoato o pentaeritritol tetrabenzoato), ftalatos, aceites de parafina (querosenos), poliisobutileno, parafinas cloradas, etc.
4.- Antioxidantes y estabilizantes: como por ejemplo, fenoles impedidos, butilhidroxitolueno (BHT), fosfitos, fosfatos, aminas aromáticas impedidas, se añaden en pequeñas cantidades (<1%), no influyen en las propiedades físicas. Estos compuestos protegen al material de la degradación, tanto durante su vida útil, como en la elaboración del compuesto y en el estado fundido durante su aplicación. Estabilizadores a base de siliconas funcionalizadas han mejorado la resistencia a la extracción y desgasificación.
5.- Estabilizadores UV: protegen al material contra la degradación por la radiación ultravioleta
6.- Pigmentos y colorantes, abrillantadores
7.- Biocidas que impiden el crecimiento de bacterias indeseadas
8.- Retardantes de llama
9.- Agentes antiestáticos
10.- Rellenos, para reducir costos, aumentar el volumen, mejorando la fuerza de cohesión (forman un material compuesto conjunto de matriz-agregado) y alterando las propiedades, como por ejemplo, carbonato de calcio, sulfato de bario, talco, sílice, negro de humo, arcillas (por ejemplo, caolín).
Los adhesivos sensibles a la presión también pueden estar disponibles en forma de fusión en caliente.
Los aditivos y polímeros que contienen enlaces insaturados son muy propensos a la auto-oxidación. Los ejemplos incluyen aditivos basados en colofonia. Los antioxidantes pueden ser utilizados para la supresión de este mecanismo de envejecimiento.
La adición de partículas ferromagnéticas, materiales higroscópicos de retención de agua, u otros materiales puede producir un adhesivo de fusión en caliente que puede ser activado por calentamiento por microondas.
La adición de partículas conductoras de la electricidad puede producir formulaciones hot-melt conductoras.
Formas comerciales
Los adhesivos de fusión en caliente pueden estar disponibles en las más variadas formas dependiendo de la aplicación, siendo las formas más comunes en barra y en pellets.
Las barras de adhesivo de fusión en caliente se fabrican en varios diámetros para diferentes pistolas de aplicación. El tamaño más utilizado tiene un diámetro de 11 milímetros (0,43 pulgadas). Las barras son disponibles en varias longitudes, de unos 10 centímetros (3.9 pulgadas) para arriba, aunque las pistolas aceptan cartuchos de cualquier longitud. Las barras más delgada de 7 mm (0,28 pulgadas) también se utilizan. Las barras de adhesivos de fusión en caliente de baja temperatura de fusión están disponibles para diferentes tipos de pistolas, y algunas barras de doble uso se funden a bajas temperaturas, pero puede ser utilizado a altas temperaturas sin degradarse.
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| Diferentes formas comerciales de adhesivos hot melt |
Para uso doméstico, sólo unos pocos tipos de barras están disponibles, y son más o menos intercambiables. Para uso industrial, muchos tipos de barras están disponibles para propósitos especiales, con los diámetros más comunes son 12 mm (0,47 pulgadas), 15 mm (0,59 pulgadas), y 45 mm (1,8 pulgadas). Composiciones resistentes a los plastificantes, por lo general a base de poliamidas, son necesarios para el encolado de PVC. Las adhesivos hot-melt pueden tener diferentes tiempos de set (tiempo de fijación), que van desde unos segundos hasta varios minutos. Los tiempos dependen de la temperatura del pegamento, el sustrato, la tasa de pérdida de calor de la masa, etc. Variados grados de hot-melt están disponibles con diferentes valores de viscosidad y de resistencia al calor.
Los adhesivos hot-melt también están disponibles en forma de gránulos, polvo, listones, bloques, láminas, cintas y soluciones.
Dispositivos de dispensación de hot melt
Para su uso hogareño, las pistolas para la aplicación del hot melt vienen en versiones para baja temperatura y para alta temperatura. Las pistolas para baja temperatura operan a aproximadamente 250°F (121°C) y son muy adecuadas cuando las altas temperaturas no son deseables, como el pegado de encaje y tela. Las de alta temperatura funcionan a unos 380°F (193°C) y producen un vínculo más fuerte. Las pistolas de doble acción tienen un interruptor para uso de alta y baja temperatura.
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| Aplicador de adhesivo hot-melt en barra |
A nivel industrial suele utilizarse dispensadores automáticos o semi-automáticos. Estos dispensadores proveen un gran caudal de fundido mediante bombas de engranajes o pistones. Estos permiten un control preciso de la temperatura, lo que admite su uso para diferentes tipos de adhesivos hot melt y la cantidad. En algunos casos, poseen un control volumétrico para dispensar la cantidad justa de adhesivo al sustrato. La boquilla de dosificación puede ser de forma variada dependiendo de las necesidades. El polímero es fundido por resistencias eléctricas, luego bombeado a través de una manguera calefaccionada hasta el sistema de dispensación.
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| Diferentes boquillas de dosificación de hot melt |
En industrias altamente tecnificadas, como por ejemplo la industria automotriz, la aplicación de hot melt puede ser realizado de forma totalmente automatizada mediante el empleo de robots situados en líneas de ensamblaje.
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| Dispensador de Hot melt |
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| Etiquetadora de botellas |
En ciertos casos, los adhesivos termoplásticos se aplican por inmersión o por pulverización o spray, en donde no existe contacto entre el elemento dispensador y el sustrato..
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| Aplicación por pulverizado de adhesivo hot melt |
Existen encuadernadoras automáticas que utilizan adhesivos de fusión en caliente a base de poliuretano para pegar las hojas de los libros.
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| Encuadernadora automática con adhesivo de base de poliuretano |
Aplicaciones
Los adhesivos hot melt se utilizan para cerrar cajas de cartón común o corrugado. Las etiquetas de polipropileno de las botellas de bebidas carbonatadas y otros embalajes alimenticios frecuentemente se pegan mediante el uso de adhesivos de fusión en caliente.
Se los utiliza para crear artesanía en el hogar, montaje de piezas en la industria y posterior desmontaje mediante la aplicación de calor. Montaje y reparación de modelos de aviones a escala y otros juguetes. El adhesivo de fusión en caliente se utiliza para la construcción de pañales desechables, en el que se utiliza para unir el material no tejido con la lámina inferior y los elásticos. También se utiliza para pegar piezas o cables en los dispositivos electrónicos, en donde el uso de un adhesivo a base de solvente puede afectar los circuitos o componentes electrónicos.
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| Etiqueta pegada con hot melt |
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| Encuadernación con adhesivo hot melt |
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| Cerrado de cajas de embalaje |
Fuentes:
http://www.embagrap.com
http://www.guiaenvase.com
http://www.zechini.it
http://www.pprc.org
http://www.chemquest.com
http://www.upmraflatac.com
http://en.wikipedia.org
