Nuevos adhesivos termofusibles sensibles a la presión de copolímeros de etileno con propiedades inteligentes

Abstract

Los adhesivos hot melts sensibles a la presión (Hot Melt Pressure Sensitive Adhesives - HMPSAs) se caracterizan por no contener disolventes (100 % sólidos), y su formulación base consta principalmente de polímero y resina. La base polimérica es la que proporciona la fuerza cohesiva interna al adhesivo, y la resina proporcionan la fuerza de unión adhesiva. Adicionalmente, las formulaciones pueden contener una pequeña cantidad de distintos aditivos, tales como antioxidantes, estabilizantes, aceites, etc. La cualidad más relevante de un adhesivo HMPSA es que posee la capacidad de formar enlaces a temperatura ambiente al aplicar una ligera presión durante un corto tiempo, presentando pegajosidad permanente y permitiendo realizar uniones adhesivas reposicionables y reversibles. En este trabajo se propone desarrollar nuevas formulaciones de adhesivos HMPSAs basados en copolímeros de etileno (EVA y EBA) ya que presentan excelente procesabilidad y flexibilidad a baja temperatura, así como poseen alta compatibilidad con otros polímeros, aditivos o cargas. Además, los copolímeros de etileno presentan un buen balance entre cohesión y adhesión, gracias a su estructura en dominios constituida por dominios de etileno (apolares) y dominios de co-monómero (acetato de vinilo, acrilato de n-butilo) polares. En lo que respecta a aplicaciones que requieren temperaturas de uso inferiores a la ambiental, los adhesivos HMPSAs se emplean en etiquetas de envasado de productos alimenticios que se conservan en frigorífico (5-10 ºC). Los adhesivos HMPSAs actuales son de caucho sintético SBS (estireno-butadieno-estireno), pero contienen aceitplastificantes, que debido a su bajo peso molecular, pueden migrar a la superficie lo que limita su uso. Para solventar esta limitación, en la actualidad se propone el empleo de adhesivos sensibles a la presión (PSAs) acrílicos, los cuales presentan un buen comportamiento a baja temperatura, pero poseen limitada pegajosidad y contienen pequeñas cantidades de disolventes orgánicos. Por ello, se precisa el desarrollo de nuevas formulaciones de adhesivos HMPSAs que superen estas limitaciones, siendo las basadas en copolímeros de etileno las que presentan una potencial y prometedora alternativaes y/o En este estudio, en primer lugar, se ha evaluado el potencial perse de diferentes copolímeros de etileno como adhesivos HMPSAs, considerándose tanto copolímeros de etileno y acrilato de n-butilo (EBA) con diferente contenido de co-monómero (27 y 33% en peso), como copolímeros de etileno y acetato de vinilo (EVA) con diferente contenido de co-monómero (18-40 % en peso) y distintos índices de fluidez (15-800 g/10min). Tras realizar el estudio, se concluyó que los copolímeros EBA27 (27 % en peso de acrilato de n-butilo; índice de fluidez : 150 g/10min), EVA27.150 (27 % en peso de acetato de vinilo; índice de fluidez : 150 g/10min) y EVA40.55 (40 % en peso de acetato de vinilo; índice de fluidez : 55 g/10min) son los que presentan mayores valores de tack. Sin embargo, su adhesión de pelado a 180º no es suficiente, por lo que no son buenos adhesivos HMPSAs, aunque podrían ser una buena base para el desarrollo de formulaciones de HMPSAs con las propiedades deseadas. Para obtener adhesivos HMPSAs con propiedades adecuadas, se prepararon mezclas de copolímero EBA27 con diferentes cantidades (20-62% en peso) de una resina de éster de colofonia y glicerol hidrogenado (ECH), proporcionando propiedades adhesivas optimizadas, ya que se obtienen buenos valores de tack (tack se mantiene hasta 5 ºC, y el tack a 25 ºC es 1329 kPa), buena adhesión de pelado a 180º tanto a film de PET como de PP, buena adhesión a cizalla simple y buena resistencia al creep a 25 ºC. Una ve establecido un 43% en peso de resina como cantidad óptima, se prepararon mezclas de copolímero EBA27 con 43 % en peso de resinas de diferente naturaleza química y temperatura de reblandecimiento, concluyendo que las resinas más polares y con menor temperatura de reblandecimiento incrementaban el tack, y lo extendían a temperaturas más bajas (5ºC). Por otra parte, se prepararon mezclas de copolímeros EBA con diferente contenido de acrilato de n-butilo (27 y 33 % en peso) y 20, 30 y 43% en peso de resina de éster de colofonia y glicerol hidrogenado (ECH), mostrándose que el tack de las mezclas EBA33+resina ECH aparece a menores temperaturas y que el máximo de tack se obtiene a temperaturas inferiores que en las mezclas EBA27+resina ECH. Adicionalmente, se realizaron mezclas de copolímeros de etileno con co-monómeros de diferente naturaleza química (EBA27 - copolímero de etileno y 27 % en peso de acrilato de n-butilo -; EVA27 (copolímero de etileno y 27 % en peso de acetato de vinilo) y 20, 30 y 43 % en peso de resina de éster de colofonia y glicerol hidrogenado (resina ECH). Las mezclas EVA27+resina ECH eran más compatibles y presentaban mayor tack, pero menores valores de fuerzas de pelado a 180º y de cizalla que las mezclas EBA27+resina ECH. En un intento de desarrollar nuevas formulaciones de adhesivos HMPSAs con potencial biodegradabilidad, se realizaron diferentes mezclas de copolímero EVA con 40% en peso de acetato de vinilo e índice de fluidez de 55 g/10min, con diferentes cantidades de poli-3-hidroxibutirato (PHB) como alternativa a las resinas tackificantes naturales y derivadas del petróleo. A diferencia de lo que cabía esperar, debido a que PHB es un biopolímero carente de adhesión, las mezclas de ambos polímeros mostraron propiedades de adhesión mejoradas. Por ello las mezclas que contienen 60 % en peso o más de PHB no muestran tack, pero se obtiene alto tack a partir de 25 ºC, incluso superior al que presenta el copolímero EVA, en la mezcla de EVA y 30% de PHB debido a su peculiar cristalinidad, estructura e interacciones interfaciales entre los dominios de EVA40 y PHB. También se han encontrado propiedades de adhesión mejoradas en ensayos de pelado a 180º en uniones aluminio 5754/EVA40+PHB/film de PP realizadas con las mezclas que contienen 20 y 30% en peso de PHB, siendo estas mayores que las obtenidas para el copolímero EVA.