Mayor economía y propiedades más consistentes: nuevas tendencias en adhesivos

La tendencia hacia la obtención de materiales compuestos más livianos para aplicaciones en transporte terrestre, la construcción y los mercados marinos ha favorecido el uso cada vez mayor de adhesivos estructurales para materiales plásticos que tienen que soportar cargas altas. La generalidad de los adhesivos estructurales tienen una columna vertebral en la molécula de tipo epóxico, uretano o acrílico. En los últimos cinco años, los proveedores han enfocado sus esfuerzos en el mejoramiento de la resistencia y facilidad de uso de los adhesivos. El objetivo ha sido el de igualar el alto desempeño ofrecido por las resinas epóxicas desarrolladas para la industria aeroespacial desde hace ya 50 años. Los primeros tipos de adhesivos requerían tiempos de curado muy largos y sistemas dispensadores costosos y voluminosos.

En la actualidad, los adhesivos son más fáciles de usar. Los adhesivos acrílicos fueron los primeros en ofrecerse en forma de cartuchos de fácil manejo y en los últimos años han aparecido presentaciones similares para adhesivos de tipo epóxico y uretano. Igualmente, se ha visto el desarrollo de las pistolas aplicadoras simples y de los mezcladores estáticos desechables (para los adhesivos de dos componentes), que pueden adicionarse a los cartuchos. Así mismo, los equipos dispensadores a granel son más fáciles de usar y tienen un costo menor.

Los nuevos adhesivos son más económicos y vienen con propiedades más consistentes de tanda a tanda. Además, con el interés cada vez mayor en los temas ambientales, los proveedores usan cada vez más formulaciones 100% sólidas o en su lugar, de base acuosa.

Un desarrollo más reciente son los adhesivos que pueden aplicarse a las poliolefinas de difícil unión sin necesidad de efectuar tratamientos superficiales. También son novedosos los adhesivos de acción en fundido de uretano de tipo reactivo, que de acuerdo con reportes, superan el desempeño de los adhesivos de acción en fundido termoplásticos y los convencionales de tipo uretano. Otros tipos de adhesivos también han salido al mercado, incluyendo uretanos más versátiles y nuevos metacrilatos, de los que se afirman van cabeza a cabeza con los uretanos en aplicaciones para las industrias automotriz y marina.

Tres tipos claves
Los adhesivos estructurales de base epóxica se usan primariamente en componentes aeroespaciales, partes electrónicas y aparatos médicos. En la industria automotriz se usan para ensambles metal/plástico, que tienen que ser expuestos en procesos de tratamiento metálico en hornos de alta temperatura. Estos adhesivos se utilizan típicamente para unir SMC y otros compuestos termofijos, así como resinas de ingeniería de alto desempeño, tales como PEEK y nylon, que requieren una alta resistencia al calor. Estos adhesivos son estables hasta 700-750ºF.

Los adhesivos epóxicos estructurales son muy rígidos y generalmente ofrecen una mayor resistencia que los tipos uretano o de metacrilato. Se usan en capas de recubrimiento mucho más delgadas, en forma de aspersiones o películas dispersadas. Pero, debido a que el material es frágil, no se emplean en partes que requieren ser flexibles o que se afecten por diferencias en coeficientes de expansión térmica –CET– de los sustratos que se unen, que tienden a curvarse. La aplicación ideal para los adhesivos epóxicos es la unión de plásticos rígidos que cuenten con CET de valores muy similares.

Durante más de 25 años, los adhesivos de uretano se han empleado con éxito en aplicaciones automotrices, tales como la unión de fascias y partes marinas de gran volumen. Una ventaja clave de estos adhesivos es su gran flexibilidad, módulos más bajos y mayor elongación por efectos de esfuerzos de tensión. La elongación típica de estos materiales es de 200 a 250%, comparado contra 8% de los adhesivos epóxicos. Al igual que estos últimos, los uretanos pueden ser formulados para que sean transparentes.

Los uretanos se usan para unir SMC, FRP, ABS, policarbonato, hojas acrílicas y de poliuretano. También se emplean para unir poliolefinas, pero en este caso se debe usar un recubrimiento. El tiempo de curado puede extenderse desde 15 minutos hasta dos horas, aunque algunos requieren hasta de 24 horas. Algunos uretanos de un solo componente pueden extenderse hasta una semana para curarse. Los adhesivos de uretano soportan temperaturas entre 350 y 375ºF. Los uretanos se adaptan mejor para unir plásticos a metales, o para unir plásticos de CET diferentes.

Los adhesivos base acrílica, particularmente los metacrilatos estructurales, se distinguen por ofrecer una buena adhesión a temperatura ambiente. Los ciclos de curado toman desde 3 minutos hasta una hora. Los metacrilatos son resistentes al agua y están adaptados particularmente para ser aplicados con materiales sensibles al calor, incluyendo el ABS, PVC, policarbonato, acrílico, SMC, y otros compuestos FRP. Se desempeñan bien hasta temperaturas de 425ºF. Sus desventajas son la facilidad de inflamarse y el mal olor. Aunque los proveedores ya están ofreciendo referencias que no tienen olores ofensivos.

Los metacrilatos eran frágiles, pero las nuevas formulaciones tienen una mayor elasticidad, algunos incluso se acercan a las elongaciones bajo tensión de los uretanos (100 a 150%). Se usan en aplicaciones marinas, especialmente entre los fabricantes de botes por pedido, de bajo volumen, que prefieren curados a temperatura ambiente. Los metacrilatos se desempeñan bien sobre recubrimientos de geles de poliéster insaturado, que son difíciles de unir debido a la contaminación con agentes desmoldeantes. Estos adhesivos también se usan en la terminación de interiores de automotores.

La tendencia al uso de adhesivos de metacrilato que actúan a temperatura ambiente, para así poder eliminar los costos de los hornos de curado en fundido de los adhesivos de uretano. En los últimos años, los metacrilatos han entrado a competir con los adhesivos de uretano, tales como las referencias Pliogrip de Ashland Chemical y Tyrite de Lord, en mercados como el de los transportes terrestre y marino.

Sin embargo, una ventaja grande de los uretanos es su facilidad de manejo, pues al ser exprimidos de los cartuchos, también pueden ser cortados como si se tratara de una cinta de pegar. Los metacrilatos son de manejo engorroso y requieren de un procedimiento de limpieza después de ser exprimidos y antes que se curen. Algunos proveedores están trabajando para solucionar estas desventajas. ITW Plexus, por un lado, planea introducir una adhesivo de metacrilato con las ventajas de uso de los uretanos.

Plásticos difíciles de unir
Los plásticos con energía superficial baja son difíciles de unir. Ejemplos muy conocidos son el polipropileno, polietileno, PTFE, los plásticos recubiertos con silicona y algunos grados de ABS. Una manera de solucionar este problema es efectuar tratamientos de modificación de energía en la superficie de los plásticos para crear sitios receptores de los adhesivos. En Europa se emplea el tratamiento con llama, mientras que en Estados Unidos se prefiere el uso de los tratamientos corona, electroestático, o con plasma.

Por otro lado, 3M Co., lanzó al mercado la referencia DP 8005, un adhesivo estructural, con base en metacrilato, del cual se afirma que puede unir entre sí materiales plásticos de baja energía superficial. También es efectivo para unir plásticos de baja energía superficial a otros tipos de plástico o a materiales como acero, aluminio, concreto, vidrio y madera. El tratamiento de la superficie se reduce a un procedimiento de limpieza para eliminar residuos de aceite y polvo. El director de mercadeo de 3M, Joe Stroh, afirma que la referencia DP 8005 ha demostrado trabajar bien con PP, PS y TPE con base en PP, tal como Santoprene. También ha tenido un buen desempeño con grados de HDPE y LLDPE. De acuerdo con reportes, DP-8005 ha generado mucho interés en la industria automotriz y fuera de ella, como en los vehículos recreacionales, marinos y bienes para el hogar.

De este producto de dos componentes, que está libre de solventes, se dice que proporciona una unión estructural con resistencias de cizalladura de 1000 psi entre áreas superpuestas de plásticos de baja energía superficial. Después de un curado completo, se afirma que se desarrolla una resistencia en la unión que supera la de los sustratos.

El aplicador manual EPX de 3M, dosifica el adhesivo desde un cartucho Duo-Pak. Este producto se cura a temperatura ambiente después de 3 minutos de aplicar, lo cual facilita el reposicionamiento de componentes múltiples o de gran tamaño. Otra novedad para la unión de plásticos de baja energía superficial es la referencia Polybond33, de Nbond Adhesives International. Este es un material epóxico de dos componentes que une PE entre sí o a madera, metales, espumas, PVC y PS.

El presidente de la compañía, Steve Harris, afirma que lo que diferencia a este producto de otros adhesivos epóxicos es el uso de un proceso patentado que proporciona tanto enlaces moleculares como mecánicos hacia las poliolefinas. Para obtener un enlace estructural seguro con este adhesivo, se requiere efectuar un pretratamiento a la poliolefina. En las condiciones normales de operación con PP y PE (-40 a 180ºF), el BP33 no muestra una pérdida de resistencia en el enlace o cambios en las propiedades físicas. Las pruebas han indicado que la resistencia de los enlaces se mantiene fuerte por encima de la temperatura de trabajo del PE y el PP, cayendo únicamente a temperaturas lo suficientemente altas como para incinerar el adhesivo, arriba de 350ºF. El producto se cura en 24 horas, se empaca en cartuchos, tarros y barriles.

Lo mejor de dos mundos
Los nuevos uretanos reactivos de acción en fundido ofrecen un desempeño benéfico que antes no se podía lograr con los termoplásticos convencionales de acción en fundido. Por otro lado, han demostrado tener una mayor flexibilidad que los uretanos convencionales de dos componentes. Los últimos deben ser procesados a temperaturas por encima de 350-400ºF, las cuales pueden causar el ablandamiento de algunos sustratos plásticos, particularmente los procesados por moldeo de pared delgada.

Los adhesivos reactivos de acción en fundido son sólidos en un 100%, de un componente y se curan absorbiendo la humedad atmosférica a temperatura ambiente. Se deben fundir a 250ºF para poder ser dosificados con una pistola, como ocurre con los termoplásticos fundidos. Luego se curan y enfrían en el término de 24 a 48 horas.

De acuerdo con reportes, el material curado ofrece una resistencia de enlace que es superior a la de los adhesivos de acción en fundido típicos. Además, ofrecen el asentamiento rápido de los termoplásticos de acción en fundido más la resistencia de enlace de un adhesivo estructural termofijo.

Los uretanos reactivos de acción en fundido proporcionan fuerzas de enlace de 300 a 1500 psi, dependiendo del sustrato, las cuales se comparan favorablemente con los valores típicos de 100 a 500 psi de los adhesivos tradicionales de acción en fundido, explica Chris Verosky, ingeniero de aplicaciones en Loctite. Las aplicaciones principales para estos adhesivos son las resinas de ingeniería, tales como el PBT y los policarbonatos, pero estos materiales se pueden adherir también al PP y el PE. Estos adhesivos están cobrando importancia en la manufactura de automóviles, como en la fabricación de tableros de instrumentos y aplicaciones en la zona del motor.

Los adhesivos de acción en fundido más recientes se curan más rápidamente y son más económicos. Ejemplos son las referencias purFect Lok de National Starch. También, Loctite recientemente lanzó al mercado tres nuevos adhesivos reactivos de acción en fundido a su línea ya existente Proform. El grado 3630 tiene un tiempo abierto de 30 segundos. Los grados 3631 y 3632 son mezclas uretanos poliéster y polieter. El grado 3631 ofrece una buena resistencia química y un tiempo abierto de 60 segundos. El grado 3632 resiste la acción del agua y de las temperaturas bajas, y tiene un tiempo abierto largo de 189 segundos.

3M Co. ofrece una nueva línea de uretanos curables con la humedad, bajo la marca JetWeld. Se afirma que alcanzan una resistencia de enlace de 1000 psi en 10 minutos. La compañía visualiza estos adhesivos como excelente opción en plantas de alta productividad. Entre las aplicaciones están la industria marina, el acabado en el interior de vehículos, ventanas de perfiles de PVC, y en carcasas de electrodomésticos. Los productos de la línea JetWeld ofrecen tiempos de asentamiento rápidos, entre 15 y 30 segundos y tiempos abiertos de 1,5 a 15 minutos. El curado se puede extender hasta dos horas.

Reproducido de Plastics Technology con permiso del editor