Emülsiyon polimerleşmesi ile hızlı kuruyan, sessiz koli bandı için yapıştırıcı sentezi

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.