Se hai mai staccato un foglietto adesivo da una scrivania o rimosso un'etichetta da un barattolo, sei stato testimone della magia dell'adesivo sensibile alla pressione (PSA). Ma cosa rende un materiale abbastanza "appiccicoso" da aderire istantaneamente con una leggera pressione delle dita? Per i chimici e gli ingegneri che lavorano con gli adesivi hot melt sensibili alla pressione (HMPSA), la risposta sta in una famosa regola empirica nota comeCriterio Dahlquist.
Qual è il criterio di Dahlquist?
Proposto dal Dr. Carl A. Dahlquist negli anni '60, questo criterio definisce la proprietà meccanica fondamentale richiesta affinché un materiale si comporti come un adesivo sensibile alla pressione a temperatura ambiente.
L'adesivo deve avere un modulo di immagazzinamento (G') diinferiore a 3 × 10⁵ Pa (300.000 Pascal o 3× 106din/cm2)ad una frequenza di 1 Hz. Inoltre, il criterio Dahlquist viene soddisfatto meglio impiegando un adesivante su un adesivoda 40 a 70°C sopra la Tg.
Figura 1. Il criterio Dahlquist-criterio PSA
Perché questo è importante per HMPSA?
Gli adesivi hot melt sono materiali termoplastici solidi al 100%. Vengono applicati a caldo, si raffreddano e formano un legame. Per essere un hot melt sensibile alla pressione, la pellicola raffreddata finale deve rimanere morbida e sufficientemente scorrevole da "bagnare" (fluire nelle valli microscopiche di una superficie) sotto una leggera pressione.
Se G' è troppo alto (> 3×10⁵ Pa): L'adesivo è troppo rigido. Funziona come un foglio di plastica rigida. Quando viene premuto contro una superficie, tocca solo i picchi della trama superficiale, con conseguente scarso contatto e assenza di aderenza. Non si attaccherà.
Se G' è troppo basso (< 3×10⁵ Pa): L'adesivo è molto morbido e appiccicoso. Scorre facilmente sulla superficie, creando un'ampia area di contatto e una forte adesione iniziale (quick stick).
Questo equilibrio è fondamentale nelle formulazioni HMPSA. Regolando il rapporto tra polimero di base (ad esempio SIS, SBS, APAO), resina adesivante, olio naftalico e cera, i formulatori mettono a punto il modulo in modo che scenda al di sotto della soglia magica di 300.000 Pa.
Figura 2. Regolare la proporzione dei diversi ingredienti per soddisfare il criterio di Dahlquist
Applicazione nel mondo reale in HMPSA
Immagina di formulare un adesivo per etichette. Se si aggiunge troppa cera per ridurre i costi, il modulo supera il limite di Dahlquist. L'etichetta risulterà asciutta e potrebbe non aderire alla scatola di cartone. Al contrario, se si aggiunge troppo olio liquido, il modulo scende troppo; l'adesivo diventa eccessivamente morbido, potrebbe fuoriuscire dai bordi dell'etichetta e potrebbe cedere sotto sollecitazione di taglio.
Il criterio di Dahlquist non è una legge perfetta, ma è il primo punto di controllo che ogni sviluppatore HMPSA utilizza quando progetta un nuovo prodotto.
Sessione di domande e risposte: criterio Dahlquist e HMPSA
D1: Il criterio Dahlquist è una legge fissa e universale per tutti gli adesivi?
R: No. Si tratta di un'osservazione empirica basata su test a temperatura ambiente. Funziona meglio con i PSA convenzionali testati a 1 Hz. Alcuni moderni adesivi microstrutturati possono mostrare adesione anche con un modulo più elevato, ma per lo standard HMPSA questo rimane il gold standard.
D2: La temperatura influisce sul criterio di Dahlquist?
R: Assolutamente. Il modulo di un materiale viscoelastico cambia con la temperatura. Un HMPSA potrebbe soddisfare perfettamente il criterio a 23°C (temperatura ambiente), ma diventare fragile e non soddisfare il criterio a 5°C (applicazione a freddo). Questo è il motivo per cui le formulazioni HMPSA per temperature fredde utilizzano diversi polimeri e resine per mantenere basso il modulo anche a basse temperature.
D3: Come misuriamo G' per verificare il criterio?
R: Utilizzando un analizzatore dinamico-meccanico (DMA) o un reometro. Si posiziona un piccolo campione di HMPSA raffreddato tra piastre parallele, si applica una piccola forza oscillante (tipicamente a 1 Hz) e si misura la resistenza del materiale alla deformazione (modulo di immagazzinamento G') e la sua capacità di dissipare energia (modulo di perdita G").
D4: Cosa succede se il mio HMPSA ha un G' esattamente di 300.000 Pa?
R: Probabilmente sarà al limite. Il criterio suggerisce che il materiale deve essere inferiore a questo valore per una buona adesione istantanea. Esattamente a 300.000 Pa, potresti ottenere un'adesione accettabile su superfici lisce (come il vetro) ma prestazioni scarse su superfici ruvide (come il cartone riciclato). I formulatori di solito mirano a un margine di sicurezza ben al di sotto di questo numero.
D5: Posso utilizzare il criterio Dahlquist per adesivi non HMPSA come PSA a polimerizzazione UV o a base acqua?
R: Sì! Mentre l'articolo si concentra sugli hot melt, il criterio Dahlquist si applica a qualsiasi tipo di adesivo sensibile alla pressione (a base di solvente, a base di acqua o polimerizzato con radiazioni). Il principio secondo cui è necessario un basso modulo di impregnazione è universale in tutte le tecnologie PSA.
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