Synthesis of low noise, fast drying packaging tape adhesive via emulsion polymerization
Emülsiyon polimerleşmesi ile hızlı kuruyan, sessiz koli bandı için yapıştırıcı sentezi
- Tez No: 646042
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM ERSİN SERHATLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 110
Özet
Yapıştırıcılar bir malzemeyi diğer bir malzemeye yüzeylerinden adhezyon ve kohezyon yoluyla bağlarlar. Basınca hassas yapıştırıcılar ise hafif bir basınç yardımıyla bu yapışmayı sağlamaktadırlar. Basınca hassas yapıştırıcılar su bazlı, solvent bazlı veya sıcak eriyik halinde olabilirler. Su bazlı yapıştırıcılar kendi içinde akrilikler, doğal ve sentetik kauçuklar, etilen vinil asetat dispersiyonları olarak ayrılabilir. Su bazlı akrilik dispersiyonlar solvent emisyon sorununa bir çözüm olarak doğmuşlardır. Üretim verimliliğini arttırmaya yönelik makine hızlarını arttırmaya yönelik gelişmeler, buna uygun su bazlı polimerlerin de geliştirilmesini gerekli kılmıştır. Artan makina hızlarında homojen bir film oluşturabilmek için polimerin yüzeyi ıslatması, hızlı kuruması ve yüksek hızda çalışabilmeye uygun reolojiye sahip olması gerekmektedir. Yüksek kayma hızı uygulanan polimerlerde viskozite uygulanan kayma kuvvetinin artmasıyla değişebilmekte bu da kaplama kalınlığının değişmesine, homojen sürüm yapılamamasına neden olmaktadır. Yüksek kayma hızında viskozite kontrolünün düşük tanecik boyutuyla sağlanabildiği bilinmektedir. Bununla beraber hızlı kuruma özelliğinin kazandırılabilmesi için polimerin yüksek katı madde içeriğine sahip olması gerekir. Katı madde arttıkça viskozite artışına bağlı olarak tanecik boyutunu düşük tutmak imkansız hale gelir. Bunu polimodal ya da geniş tanecik dağılımıyla sağlamak mümkün olabilir. Bu projede monomodal ve geniş tanecik dağılımına sahip, katı madde oranı %55'in üzerinde polimer sentezi hedeflenmiştir. Basınca hassas yapıştırıcılar etiketler, bantlar gibi geniş uygulama alanına sahiptir. Bant uygulamalarının büyük çoğunluğu koli bandı üretimini kapsamaktadır. Bunun dışında maskeleme bandı, elektrik bantları, medikal bantlar, özel bantlar gibi uygulamalar yer almaktadır. Etiket ve bant üretimlerinin yapıldığı sürüm makinalarındaki hızın dışında bant kesme makinalarının da hızlarında artış söz konusudur. Özellikle poliolefin filmin taşıyıcı olduğu bant uygulamalarında kesim makinalarındaki çözüm işlemi sırasında açığa yüksek gürültü oluşmaktadır. İşçi sağlığında duyma kayıplarına varan olumsuz etkisi söz konusudur. Çalışma ortamındaki ses seviyesi işçi sağlığını gözetmek adına Avrupa'da çeşitli düzenlemelerle kontrol altına alınmaktadır. Geniş endüstiyel alanda pek çok üretim tesisinin son aşaması olan paketleme hatlarında yaygınca yaşanan bu durumu engellemek için polimerin arka yüzeyine uygulanan ikinci korona işlemiyle sessiz koli bantları üretilmektedir. Bu tez kapsamında polimerin kimyasal yapısındaki değişiklikler ile koronadan bağımsız olarak sesin mümkün olduğu kadar azaltılması hedeflenmiştir. Yapılan çalışmalarda stabilite sağlayan komonomerin hidrofobluğu arttıkça veya film yüzeyiyle yarattığı dipol-dipol etkileşimi/hidrojen bağı azaldıkça bu ses seviyesinde de göreceli olarak bir azalmanın söz konusu olduğu tespit edilmiştir. Genellikle akrilik asidin kullanıldığı emülsiyon polimerlerine kıyasla %1'in altında metakrik asit ya da metakrilamid monomerlerinin kullanıldığı durumda bu ses seviyesinde belirgin azalma gözlemlenmiştir. Ancak stabilite sağlayan bu polar komonomerdeki değişiklik yapışma değerlerini de etkilemiştir. Tez kapsamında çalışmalar bant çözümü sırasında göreceli olarak daha düşük sese sebep olan MAA ve MAAm komomonomeri yanısıra adhezyon-kohezyon dengesini sağlamak üzere farklı polar komonomerler de kullanılarak performans analizleri yapılmıştır. Su ve solvent bazlı yapıştırıcılar da ortak monomer yapıları kullanılmasına ragmen adhezyon ve kohezyon özellikleri birbirinden oldukça farklıdır. Bu su bazlı malzemelerdeki heterojen morfoloji ile açıklanabilmektedir. Pek çok yayında belirtildiği üzere basınca hassas yapıştırıcılar yumuşak ve yapışkandır. Tg değeri genellikle -20C ile -60C arasında değişir. Düşük Tg değerine sahip polimerler butil akrilat, 2-etil hekzil akrilat gibi yapışması yüksek ancak iç direnci düşük ürünler yaratır. Polar monomerlerin varlığı bu gibi mekanik özelliklerin iyileştirilmesinde etkin rol oynamaktadır. Dipol etkileşimleri ve hidrojen bağı oluşumu nedeniyle Tg değerini arttırmaktadırlar. Moleküller arası kuvvetler artarken serbest hacim düşer ve bu da Tg değerinin artmasına neden olur. Tg değerindeki değişikliğin yanısıra hidroksi fonksiyonel grup içeren polar monomerler yüzey aktif ajan kullanımını azaltabileceği gibi özellikle kohezyon kuvvetinin de artmasını sağlar. Akriklik asit bu kuvveti etkilen en önemli monomerdir. -COOH gruplarının moleküller arası dipol dipol etkileşimi dolayısıyla ve bu grubun hidroksi gruplarıyla yapacağı hidrojen bağı sayesinde kohezyon kuvveti artar. MMA monomerinin miktarı arttıkça da benzer etkinin poli(BA-ko-MMA-ko-AA) yapıdaki kopolimerinde gözlemlendiği belirtilmiştir. GMA ise epoksi grupları içeren farklı bir monomerdir ve çeşitli tepkimelerle kimyasal modifikasyon sağlar. Bu monomer tanecikler arası çapraz bağlanmış bir yapı sağlayarak içerdeki kısmın daha yumuşak kalabilmesini sağlar. Düşük pH'ta ilerleyen reaksiyonlarda epoksi halka açılması tepkimesine uğrar. BA/GMA kopolimerlerinin yüksek enerjili yüzeylerde daha iyi yapışma gösterdiği de yine literatürde var olan çalışmalardandır. Bu çalışmada emülsiyon polimerizasyonu ile sessiz bant uygulamalarına yönelik hızlı kuruyan basınca hassas yapıştırıcı sentezi ve çeşitli yüzeylerdeki performans testleri üzerine çalışmalar yoğunlaştırılmakla beraber, bant ses seviyesine yapıştırıcı polimerin kimyasal yapısının etkisi incelenmiştir. Poli (BA-co-MMA-co-AA), poli (BA-co-MMA-co-MAA), poli (BA-co-MMA-co-AAm) ve poli (BA-co-MMA-co-MAAm) sentezleri yapılarak AA, MAA, AAm, MAAm monomerleri farklı oranlarda çalışılmıştır. Çalışmaların devamında ses ve yapışma performansı anlamında optimum özelliklere sahip olarak MAA içeren baz seçilmiş ve bunun üzerinden MMA yerine farklı Tg ve polaritedeki diğer komonomerler denenmiştir. Bu komonomerler arasında EA, ACN, AAm, GMA ve VAM yer almaktadır. Bunların dışında İTÜ-POLMAG grubu tarafından sentezlenen bor akrilat türevleri ile de performans analizleri gerçekleştirilmiştir. Hidrofobitesi yüksek bu monomer ile özellikle nonpolar yüzeylerde daha stabil performans değerleri elde edilmiştir. Bor akrilatlar yaygın olarak geç tutuşurluk ve alev dayanımı gerektiren uygulamalarda kullanıldığı için elde edilen polimerler TGA ile analiz edilmiş ve bor akrilat içeriği arttıkça bozunma hızının yavaşladığı tesbit edilmiştir. Hızlı kuruyan ve sessiz bant uygulamasına yönelik katı maddesi % 55'in üzerindeyken viskozite 500cps'ın altında olan yapışma performansı optimize edilmiş nihai polimer BA/MAA/GMA/MAAM ile elde edilmiştir. Tez kapsamında sentezlenen polimerlerin katı, pH, viskozite, koagule içeriği, yüzey gerilimi, serbest monomer, tanecik boyutu, reoloji gibi analizleri dispersiyondan gerçekleştirilirken, asetonda çözünme/şişme, Tg ve performans analizleri kuru film üzerinden gerçekleştirilmiştir. BOPP film üzerine 50 mikron kalınlığında sürülen polimerler kurutulduktan sonra SS, cam, Al, PVC, LDPE, HDPE gibi yüksek ve düşük enerjili yüzeylerde performans farkları detaylı olarak incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
Adhesives are defined as materials used to bond other materials, mainly on their surfaces through adhesion and cohesion. Pressure sensitive adhesives (PSAs) are ensure instantaneous adhesion by application of a light pressure and can be organic solvent- or water-based (dispersions), or in a solvent-free form as in the case of hot melt . Water-borne adhesives comprise acrylics, natural and synthetic rubber latexes, and ethylene vinyl acetate dispersions. As known, the interest in aqueous acrylic dispersions PSA grew with the need to solve solvent emission problems. The most common applications for water based pressure sensitive adhesives are tapes and labels. The packaging tape market is a growing worldwide industrial market. Developments in dispersion polymer chemistry have largely converted this market in a safe water based polymer dispersion user. Improvements on the application machine techniques have led to significant productivity gains. Although there are a few dispersion adhesives in the marketplace, still improvements are needed in the polymer side to reduce undesired noise levels when unwinding the tapes at the packaging line as well as increase drying fastness for the coating on higher speed machines. The importance of viscosity control at high shear rates is a very well known phenomena and the particle size is the key for the control on rheology. Small particles are less affected at high shear rates which increase the importance of polymodal or broad particle size distribution. Although both solvent- and water-borne acrylic PSAs are derived from the same monomers, the adhesive and cohesive properties of emulsion PSAs are different. A likely explanation for this inferiority is given as the more heterogeneous morphology of waterborne materials. As mentioned in several resources, PSA must be soft and tacky. Thus, its glass transition temperature (Tg) should be low, ranging from -20 ◦C to -60 ◦C. Polymers with low Tg are from alkyl acrylates such as poly (butyl acrylate) and poly (2-ethylhexyl acrylate). They are inherently soft and tacky but do not possess adequate shear strength. Polar monomers are used in co-polymerization in order to improve the adhesives' mechanical properties such as cohesion which gives an improved shear strength. Their presence increases the Tg and this may be explained by increasing dipole interaction, or enhanced hydrogen bonding. Polar groups in polymers increase intermolecular forces thus reduces free volume and increase Tg. Besides Tg, these interactions mainly affect cohesive properties. -COOH groups support intermolecular dipole dipole interactions and they are able to form hydrogen bonds with hydroxy groups which helps to increase the shear strength. In this study, synthesis of acrylic copolymers by emulsion polymerization for the application of low noise, fast drying pressure sensitive adhesives has been described and especially the effect of stabilizing monomers on noise level has been studied. It has been focused on the comparison between the adhesive performance of poly (BA-co-MMA-co-AA), poly (BA-co-MMA-co-MAA), poly (BA-co-MMA-co-AAm) and poly (BA-co-MMA-co-MAAm) by using different amount of polar co-monomers. Relatively lower noise has been obtained by MAA and MAAm. To balance the performance properties of MAA including copolymers, instead of MMA, several monomers with different Tg and polarity have been used such as EA, ACN, AAm, GMA and VAM. The performances of different polar co-monomers have been detailed on high and low surface energy substrates. An additional property such as flame retardancy has also been investigated by synthesizing copolymers containing boron acrylate and multi- functional boron methacrylates which also provides hydrophobicity and relatively higher performance on non-polar surfaces. The materials used for this research were the monomers mentioned above as butyl-acrylate (BA), methyl meth acrylate (MMA), acrylic acid (AA), methacrylic acid (MAA), acrylamide (AAm), meth-acrylamide (MAAm), acrylonitrile (ACN), vinyl acetate (VAM), ethyl acrylate (EA), hydroxyl ethyl methacrylate (HEMA), glycidyl methacrylate (Gly-MA), boron acrylate, multi-functioal boron methacrylate; surfactants; ammonium persulfate, NaHCO3 and deionized water. Solid content, pH, viscosity, surface tension, free monomer, particle size and rheology analysis have been performed by dispersion, on the other hand, swelling, Tg and performance analysis have been done by polymer film. The aim of the study is not only to investigate the influence of polar monomers on PSA performance, but also to develop an acrylic polymer for low noise packaging tape adhesives for high speed coating machines.
Benzer Tezler
- Düşük bir hızlarında konuşma kodlama ve uygulamaları
Low bit rate speech coding and applications
TARIK AŞKIN
Doktora
Türkçe
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. GÜNSEL DURUSOY
- Model tabanlı adaptif LMS hüzmeleme tasarımı ve FPGAüzerinde gerçeklenmesi
Model-based design and FPGA implementation of adaptive LMS beamforming
EŞREF TEMEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN COŞKUN KARALAR
- Design of an ultrawide band microstrip amplifier using 3D Sonnet based SVRM with particle swarm optimization
Bir ultra-geniş bandlı mikroşerit kuvvetlendiricisinin 3-D Sonnet tabanlı DVRM kullanılarak parçacık sürü optimizasyonu ile tasarımı
AHMET KENAN KESKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
- Cıva(II) iyonuna karşı seçici ve hassas kromenilyum-siyanin tabanlı yeni bir kemodozimetrenin geliştirilmesi
Development of a new chromenylium-cyanine based chemodosimeter selective and sensitive for mercury(II) ion
MUHAMMED İKBAL GÜNDÜZ
- Toplu konut yolu ile oluşan yeni yerleşim alanlarının karşılaştırmalı incelemesi Bahçeli-Halkalı-Ataköy örneği
Başlık çevirisi yok
IŞIN HAKSAL