Welcome‎ > ‎Knowledge Center‎ > ‎

Hotmelt Adhesives

 Centro de Conhecimento

 Knowledge Center

Adesivos Termocolantes

 
Os adesivos hot melt (HMA), também conhecidos como colas termocolantes, são geralmente formulações 100% sólidas baseadas em resinas termoplásticas.

 São sólidos à temperatura ambiente e podem ser amolecidos, revestidos e laminados nos substratos ​​após aquecimento acima do seu ponto de amolecimento.

A solidificação leva apenas alguns segundos após o revestimento ou, em outras palavras, esses adesivos termoplásticos atingem força total quando esfriam à temperatura ambiente. Isso minimiza o tempo de fixação e permite uma colagem rápida.

Os adesivos de termocolantes também são fáceis de limpar com pouca ou nenhuma toxicidade e a aplicação e a colagem podem ser facilmente automatizadas. Além disso, eles têm excelentes capacidades de preenchimento de lacunas e ligam uma grande variedade de substratos porosos e não porosos, incluindo têxteis técnicos, espumas, aço pré-pintado e plásticos de poliolefina.

Os termocolantes podem ser aplicados por extrusão, por rolo ou pulverizando o adesivo. O adesivo é fornecido na forma sólida em Pó, Pellets, Grânulos, Blocos ou em Bidões de cola.

A termo colagem ou revestimento dos substratos é realizada imediatamente após o aquecimento e aplicação do adesivo termocolante. Como as colas termo colantes tradicionais são termoplásticos, eles podem ser derretidos e resfriados repetidamente para solidificar.

Como esses adesivos perdem sua capacidade de ligação no estado líquido, os substratos colados podem ser destacados e recolados termicamente. Os adesivos termocolantes geralmente têm uma vida útil longa e a maioria pode ser descartada sem precauções especiais.

No entanto, os derretimentos a quente tradicionais têm várias limitações; geralmente são sensíveis à temperatura, ou seja, amolecem a temperaturas elevadas e, consequentemente, perdem força e se tornam quebradiças a baixas temperaturas.

Eles também são suscetíveis à fluência, o que pode causar falha nas articulações quando exposto ao stresse (perceptível). A maioria dos das colas termocolantes são aplicadas bastante quentes em temperaturas entre 100 e 230 ° C (212 a 450 ° F) e, portanto, a maioria não pode ser usada em substratos sensíveis à temperatura, salvo de as mesmas forem derretidas em equipamentos paralelos de modo a minimizar o choque térmico nos substratos a serem revestidos, colados ou laminados. Outra desvantagem é o curto tempo de abertura, que é o tempo do adesivo derretido se solidificar rapidamente novamente.

Os hot melts estruturais tradicionais e de alto desempenho são formulados com muitos termoplásticos (avançados), incluindo acetato de etil vinil (EVA) para revestimentos e termo colagens de uso geral, poliolefina(PO) para plásticos de difícil colagem, copolímeros em bloco de estireno (SBC) para boa flexibilidade a baixa temperatura, alto alongamento e maior resistência ao calor, poliamidas (PA) para ambientes severos e uretanos (PUR/TPU) e silicones reativos para temperatura elevada e / ou requisitos de alta flexibilidade.

 Esses termoplásticos são misturados com uma variedade de outras matérias-primas, incluindo resinas adesivas, ceras, plastificantes, cargas e antioxidantes, que são incorporados nas resinas de termocolantes de base para melhorar o desempenho do adesivo.

Os ade sores naturais ou sintéticos são geralmente adicionados a algumas formulações para alterar ou melhorar a aderência (aderência), humedecimento da superfície, tempo de abertura e flexibilidade do polímero.

As ceras ajudam a reduzir o bloqueio de pellets, a viscosidade do derretimento e / ou aprimoram a aderência do adesivo. Antioxidantes são usados ​​para prevenir / minimizar a oxidação e a decomposição do termocolante, ajudar no processamento e melhorar a estabilidade do armazenamento.

Nas últimas duas décadas, a FERCOS colaborou no desenvolvimento novos polímeros adesivos termocolantes estruturais que superam alguns dos inconvenientes e limitações das tradicionais termo colantes.

Esses novos adesivos foram projetados para reduzir os custos de fabricação e melhorar a eficiência da fabricação.

As mais recentes classes de hot melts são uretanos e silicones reativos.

Estes tipos de termocolantes combinam as vantagens dos tradicionais a termocolantes com as dos adesivos estruturais reativos. Eles sofrem uma cura secundária por umidade após o resfriamento ou são curados por radiação ultravioleta que faz com que o adesivo reticule, o que proporciona maior resistência e flexibilidade e resulta em ligações mais duráveis.

Os termocolantes são usados ​​em diversos setores para uma ampla variedade de aplicações.

Eles são capazes de unir muitos substratos diferentes, incluindo têxteis técnicos, espumas, borrachas, plásticos, metais, cerâmica, vidro e madeira. A indústria de embalagens é um dos principais usuários. Os termo colantes são usados ​​para selar caixas e montar caixas de papelão ondulado e caixas de papelão e para aplicações de etiquetagem.

 Outros usos incluem fabricação de sapatos (biqueiras, testeiras contrafortes, entretelas, palmilhas e solas para calçados), revestimentos, colagens directas e laminagens multicamadas em têxteis técnicos para confecção, vestuário intimo, casual, desportivo, outdoor, fraldas descartáveis ​​e coletores de absorventes, encadernação, fabricação de materiais não tecidos e várias aplicações de laminação na indústria de mobiliário e Têxteis Lar e Decoração.

A indústria automotiva emprega hot melts para montar vários produtos, incluindo colagem de carpetes, colunas, forros nos tectos, isolamentos térmico e acústicos e capas de assento. A indústria eletrónica também utiliza hot melts, por exemplo, para unir enrolamentos de bobinas e extremidades de bobinas

Etileno Vinil Acetato (EVA)

Os adesivos termo colantes de etileno-vinil (EVA) são um dos adesivos industriais HOT MELT mais populares, mais acessíveis e amplamente utilizados. Eles têm um custo relativamente baixo, mas também um desempenho relativamente baixo. Eles se ligam a uma variedade de materiais celulósicos, fibras naturais e artificiais têxteis e estão disponíveis em uma ampla variedade de composições.

A termo colagem típica de EVA é formulada com copolímero de 30 a 40% de EVA, que fornece resistência, dureza e resistência, resina de aderência de 30 a 40% para melhorar a umectação e aderência, cera de 20 e 30% (hidrocarboneto aromático ou de parafina) para reduzir a viscosidade e o custo e 0,5% a 1% do estabilizador para melhorar a estabilidade do calor a temperaturas elevadas e a resistência à luz UV.

Em alguns casos, aditivos são adicionadas para aplicações especiais. A porção de acetato de vinila no EVA promove a adesão a substratos polares, como papel, e aumenta a flexibilidade, a adesão e fornece melhor desempenho a baixa temperatura. Também reduz a cristalinidade e melhora a clareza óptica, enquanto a porção de etileno promove a adesão a substratos não polares, como poliolefinas, e aumenta a resistência mecânica, a resistência ao bloqueio e a solubilidade em parafina. Alguns termocolantes de EVA também podem ser reticulados, por exemplo, por peróxidos, produzindo um derretimento quente termo endurecível com melhor resistência ao calor e à fluidez.

Os termo colantes comuns de EVA fornecem resistência satisfatória entre -30 e 50 ° C (-20 e 120 ° F) e são limitados ao uso entre -30 a 80 ° C (-20 e 175 ° F) e têm, como a maioria dos outros termocolantes, baixa resistência à fluidez sob carga. As formulações de EVA oferecem tempos de abertura curtos a moderados de até um minuto e fornecem excelente adesão a muitos substratos, incluindo papel, têxteis, madeira, plásticos, borrachas e metais. Os EVA também podem ser formulados como adesivos sensíveis à pressão, que ficam pegajosos após o resfriamento e podem ser usados ​​para colar etiquetas e rótulos.

Alguns fabricantes de adesivos também oferecem termocolantes EVA aprovados pela FDA dos EUA, para contato direto ou indireto com alimentos, permitindo que sejam utilizados em embalagens de alimentos e outras aplicações relacionadas a alimentos.

Alguns fabricantes de adesivos também oferecem termocolantes EVA que cumprem com os requisitos das normas/directivas Europeias REACH, ECO Passport OEK-TEX, CADS-SHOES.
 
A maioria das aplicações HOT MELT de EVA é a de vedação e embalagem de caixas de papelão. No entanto, os avanços em matérias-primas e formulações agora permitem que esses adesivos sejam usados ​​para aplicações em têxteis técnicos, automotivas e outras mais exigentes.

Poliuretano Reativo (PUR)

As colas termo colantes de poliuretano são diferentes dos adesivos tradicionais HOT MELT. Eles geralmente são aplicados a partir de um bidão aquecido a uma temperatura bastante baixa, o que os torna mais adequados para materiais e substratos mais sensíveis ao calor do que outros termo colantes. Este tipo de adesivo oferece boa adesão a muitos substratos devido à presença de grupos polares. Os termo colantes de uretano comuns têm temperaturas de transição vítrea muito baixas e são muito elásticos com uma ampla gama de pontos de amolecimento.

Os poliuretanos consistem em longas cadeias lineares com segmentos flexíveis e macios (poliéster / poliéster) que alternam com pontes curtas e rígidas de diuretano, resultantes da reação do diisocianato com extensores de cadeia de poliol. Os segmentos rígidos formam ligações de hidrogênio com outros segmentos rígidos.

Uma proporção mais alta de segmentos macios para duros melhora a flexibilidade e reduz a temperatura de transição vítrea e, portanto, melhora o desempenho em baixas temperaturas, mas também reduz a dureza, o módulo e a resistência à abrasão. A escolha de diisocianato e polióis permite adaptar as propriedades do poliuretano para várias aplicações. Eles podem ser formulados com e sem plastificante e resina e são compatíveis com muitos deles.

Uma grande desvantagem dos uretanos é a suscetibilidade à luz UV, que causa descoloração e possível degradação, a prazo, das propriedades mecânicas. A estabilidade pode ser melhorada usando isocianatos alifáticos e adicionando estabilizadores de UV e antioxidantes, tais como os que são usados pela FERCOS.

Os adesivos termo colantes PUR são termoplásticos ou termo endurecíveis:

Os termocolantes de uretano termo endurecíveis (PURs) têm uma resistência de adesão inicial bastante baixa que aumenta com o tempo à medida que o adesivo reage com a humidade do ar. A ligação química dos termo colantes de poliuretano reativo é geralmente mais forte e mais resistente ao calor e aos produtos químicos do que os adesivos termo colantes típicos. Isso faz dos adesivos hot melt PUR uma excelente opção para aplicações mais exigentes.

Os PURs inicialmente ajustam-se como adesivos convencionais termo colantes solidificando quando arrefecidos abaixo do ponto de amolecimento. No caso de cura por humidade, o adesivo absorve uma pequena quantidade de humidade dos materiais circundantes ou da atmosfera e, posteriormente, reticulam 8 a 48 Hr após a sua aplicação. A colagem final e definitiva pode demorar várias horas ou dias.

Como uma pequena quantidade de umidade é necessária para a reação de reticulação, pelo menos um substrato deve ser poroso; caso contrário, a cura será bastante lenta. A resistência "verde" solidificada não curada tende a ser menor que a das TPU não reativas, mas a resistência mecânica se desenvolve com a cura e a resistência verde pode ser melhorada misturando os pré-polímeros com outros polímeros de maior ponto de amolecimento.

O tempo de abertura dos adesivos PUR pode variar de 10 segundos a cerca de 10 minutos para atender aos requisitos da aplicação. A temperatura de aplicação está na faixa de 85 ° C a 140 ° C (185 ° F a 284 ° F), que é menor que a dos adesivos termoplásticos tradicionais de termocolantes. A viscosidade na temperatura de aplicação geralmente está na faixa de 2.000 a 60.000 cPs, dependendo da composição.

Os poliuretanos termoplásticos (TPUs) têm propriedades semelhantes aos adesivos PUR, mas devido à ausência de reticulações, são menos resistentes ao calor e aos produtos químicos e geralmente têm desempenho de ligação mais baixo, mas têm melhor resistência ao verde.

Espera-se que o mercado de adesivos mude lentamente dos adesivos tradicionais à base de solvente para o uso de hot melts de alto desempenho, como PURs reativos e adesivos hot melt sensíveis à pressão.


Poliolefina (PO)

O termo colante de Poliolefina Amorfa (APO / APAO) é um dos adesivos hot melt mais populares. Os APOs se ligam bem a substratos não polares como polietileno e polipropileno, mas geralmente não são recomendados para superfícies polares.

Eles também têm boas propriedades de barreira, ou seja, baixa permeabilidade à umidade e ao vapor de água e excelente resistência química contra solventes polares e soluções, incluindo ácidos, bases, ésteres e álcoois, mas apenas moderada resistência ao calor e baixa resistência química a solventes não polares como alcanos, éteres e óleos.

As APOs podem ser formulados com uma variedade de viscosidades de fusão, dureza, pontos de amolecimento, falta de adesividade superficial e tempos de abertura.

Quando comparadas com adesivos termo colantes EVA e Poliamida (PA), as poliolefina aumentaram o tempo de abertura para o posicionamento de peças. Elas também têm viscosidade de fusão mais baixa e tempos de ajuste mais lentos que os EVAs comparáveis.

Algumas APOs podem ser usadas ​​sem nenhum aditivo, mas muitas vezes são compostos por aderentes, ceras e plastificantes (óleo mineral, óleo de polibuteno). Os APOs comuns incluem propileno amorfo (atático) (APP), propileno-etileno amorfo (APE), propileno-butileno amorfo (APB), propileno-butileno amorfo (APB), propileno-hexileno amorfo (APH), propileno-hexileno amorfo (APH), amorfo propileno-etileno-butileno. Essas APOs têm diferentes pontos de dureza e amolecimento, que diminuem na seguinte ordem: APP> APE> APB> APH, de acordo com a diminuição da cristalinidade.

Todos os APO têm baixas energias de coesão e baixo peso de emaranhamento. As cadeias poliméricas são bastante flexíveis, o que proporciona boa interdifusão e emaranhamento através da interface entre os APOs e os substratos de baixa energia superficial. Sob carga mecânica, a maior parte da tensão é dissipada pela deformação e desemaranhamento das cadeias poliméricas. A falha coesa com altas energias de casca é, portanto, o modo típico de falha dos APOs.

O APO mais comum é o polipropileno. Possui temperaturas de serviço de -30 ° C a 110 ° C (-20 a 230 ° F).

Os termo colantes à base de poliolefina são amplamente utilizados na indústria de embalagens e não-tecidos (higiene feminina, fraldas, etc.). Eles são adequados para aderir papel, filmes plásticos (olefinas) e folhas de metal a uma variedade de substratos. Devido à sua capacidade de resistir à umidade e a produtos químicos e aderir a plásticos difíceis de unir, como caixas e peças de poliolefina comuns, eles também encontram muitas aplicações no setor de montagem de eletrodomésticos, automóveis e produtos.


Autocolantes - Adesivos Sensíveis à Pressão (PSA)

Os fabricantes de têxteis geralmente usam adesivos sensíveis à pressão ou PSAs nos têxteis. Esses adesivos requerem pressão para aderir ao substrato. É por isso que aplicar a quantidade certa de pressão é tão importante para obter uma boa adesão. Os PSA geralmente ganham força ao longo do tempo molhando ainda mais o substrato. O adesivo flui literalmente para poros microscópicos e fendas no substrato, além de remover as bolhas de ar. Para obter alta resistência ao descascamento, o adesivo no têxtil não só precisa aderir ao substrato, mas também deve ser viscoelástico.

Dependendo da aplicação, os fabricantes de têxteis técnicos escolhem adesivos principalmente de cinco classes diferentes. Existem muitas variações dentro de cada classe de adesivo. Abaixo está uma breve descrição dos principais tipos de PSAs e algumas diretrizes gerais que podem ser úteis para escolher o adesivo adequado.

Adesivos à base de borracha natural (NR)

A borracha natural (NR) foi o primeiro elastômero usado nos primeiros adesivos sensíveis à pressão e continua sendo um dos principais elastômeros usados ​​na fabricação de adesivos, então outros tipos de elastômeros, como borrachas de estireno-butadieno e copolímeros de blocos SIS, substituiu-os em muitas aplicações.

A borracha geralmente é uma boa opção para tipos de PSA mais baratos. Possui boas propriedades de adesão inicial, mas não possui muita resistência à fluidez, a menos que algum método como reticulação parcial (vulcanização) tenha sido empregado para aumentar a força coesiva. A reticulação também melhorará o poder de retenção e a resistência ao solvente e ao calor dos adesivos à base de borracha natural.

Os PSAs à base de borracha natural costumam ser perfeitamente adequados para aplicações em que o adesivo é submetido a baixa tensão de cisalhamento. Eles podem ser usados ​​em situações ambientais e de baixa temperatura. O baixo custo do adesivo junto com um suporte barato os torna ideais para aplicações de PSAs em têxteis técnicos com utilização a curto prazo. Além da borracha natural, muitas outras borrachas são amplamente utilizadas na fabricação de têxteis técnicos e papel com PSAs sensíveis à pressão revestidos. São borrachas sintéticas derivadas de vários monômeros (isopreno, butadieno) e às vezes misturadas com borracha natural para melhorar sua durabilidade, oxigênio e resistência ao calor.

Os PSAs de borracha natural, diferentemente dos acrílicos do PSA, têm muito pouca aderência e precisam ser formulados com aderentes e plastificantes para obter propriedades sensíveis à pressão. Muitas vezes, outros ingredientes, como antioxidantes, pigmentos e cargas, são adicionados para reduzir o custo, adaptar e otimizar suas propriedades.

Autocolantes à base de borracha de estireno-butadieno (SBR)

Borrachas de estireno-butadieno ou SBRs são amplamente utilizadas na fabricação de substratos têxteis técnicos, espumas, e não tecidos com autocolantes sensíveis à pressão. São elastômeros sintéticos derivados de estireno e butadieno. Os SBRs, sejam de origem solvente ou de base aquosa, são encontrados em muitos PSAs e são adaptados para diversas aplicações. Suas propriedades dependem da porcentagem de estireno ligado, do peso molecular médio e de sua distribuição e da presença de grupos funcionais introduzidos durante a polimerização.

Em geral, os PSAs à base de estireno-butadieno têm melhores propriedades de envelhecimento térmico do que os PSAs à base de NR, enquanto sua resistência física, resistência e propriedades de baixa temperatura são geralmente inferiores às PSAs à base de borracha natural. Às vezes, os SBRs são misturados com borracha natural para obter as propriedades ideais.

Autocolantes à base de copolímero em bloco estireno (SBC)

Os copolímeros em bloco de estireno ou SBCs do tipo A-B-A e A-B tornaram-se um dos elastômeros mais importantes para adesivos sensíveis à pressão e substituíram os PSAs à base de borracha natural em muitas aplicações.
 
Eles consistem em blocos terminais de poliestireno (termoplástico), enquanto o bloco B consiste em um elastômero, na maioria dos casos poliisoprene ou polibutadieno.
Os SBCs mais importantes são o poliestireno-poli-isopreno-poliestireno (SIS) e o poliestireno-polibutadieno-poliestireno (SBS). Os dois blocos são incompatíveis e formam duas fases distintas.

Essa classe de PSAs é muito versátil e é usada para uma ampla gama de aplicações. Como a borracha natural e, diferentemente dos acrílicos do PSA, eles têm muito pouca aderência e, portanto, precisam ser formulados com aderentes e plastificantes. Eles podem ser personalizados para uma variedade de aplicações e têm excelentes propriedades de desempenho. Por exemplo, eles podem ser formulados para proporcionar aderência agressiva, resistência à casca sob medida e alta resistência coesiva.

Autocolantes à base de acrílico (Acrílico)

Os adesivos acrílicos são outra classe importante de adesivos sensíveis à pressão. Eles geralmente têm melhor resistência ao calor e ao oxigênio do que os adesivos à base de borracha, principalmente devido à ausência de ligações duplas na borracha.

Os adesivos acrílicos podem ser feitos com uma ampla variedade de propriedades de adesão, de baixa adesão e baixa aderência a aderência muito agressiva e para colar permanentemente ao substrato.

A faixa de temperatura das fitas adesivas acrílicas é muito mais ampla que a dos PSAs à base de borracha.

Eles geralmente têm excelente resistência ao calor e ao oxigênio, permitindo que os substratos têxteis técnicos suportem temperaturas de 120 a 150 ° C (250 ° F a 300 ° F).

Muitos PSAs à base de acrílico também têm boas propriedades de adesão a baixas temperaturas, tornando-os adequados para aplicações de baixa temperatura.

Autocolante à base de silicone (SIL)

Os adesivos de silicone geralmente são os PSA mais caros, mas possuem algumas das melhores propriedades para aplicações de alto desempenho. Por exemplo, eles podem suportar temperaturas de até 500 ° F.

Adesivos sensíveis à pressão à base de silicone são frequentemente aplicados a transportadores mais caros, como têxtil de fibra de vidro, Kapton e folhas de alumínio, para torná-los adequados para aplicações em temperaturas mais altas.

Os adesivos à base de silicone também podem ser usados para aplicações em temperaturas muito baixas, até -100 ° F.

É também o único tipo de PSA que adere a substratos com baixa energia superficial, como silicone ou produtos revestidos com silicone, como forros de liberação. Sua resistência química é geralmente excelente

COPYRIGHT©BY FERCOS – Indústria de Termocolantes, Lda. ALL RIGHTS RESERVED
www.fercos.pt


Hotmelt Adhesives

 Hotmelt adhesives (HMA), also known as hot glues, are generally 100% solids formulations based on thermoplastic resins. They are solid at room temperature and can be softened, reshaped, and dispensed upon heating above their softening point. Solidification takes only seconds after dispensing, or in other word, these thermoplastic adhesives reach full strength once they cool to room temperature. This minimizes clamp time and allows for rapid assembly. Hot melt adhesives are also easy to clean with low to no toxicity and the application and bonding can easily be automatized. Furthermore, they have excellent gap filling capabilities and bond a wide variety of porous and non-porous substrates including pre-painted steel and polyolefin plastics.

Hot melts can be applied by extruding, rolling, or spraying the adhesive and manual application is usually done with hand held electrical hot glue guns. The adhesive is supplied in solid form as cylindrical glue sticks that are melted in the gun. Joining of the parts is carried out either immediately after application or after reheating the solidified adhesive beads or layers. Because traditional hot melts are thermoplastics they can be repeatedly melt and cooled to solidify. Since these adhesives loose their ability to bond in the liquid state, joint parts can be thermally detached and re-bonded. Hot melt adhesives usually have long shelf-life and most can be disposed of without special precautions.

However, traditional hot melts have several limitations; they are usually temperature sensitive, that is, they soften at elevated temperatures and consequently loose strength and become brittle at low temperatures. They are also susceptible to creep which can cause joint failure when exposed to (noticeable) stress. Most hot melts are applied quite hot at temperatures between 100 to 230°C (212 to 450°F), and therefore, most cannot be used on temperature sensitive substrates. Another draw back is the short open time, which is the time before the liquid adhesive solidifies.

Traditional and high performance structural hot melts are formulated with many (advanced) thermoplastics, including ethyl vinyl acetate (EVA) for general purpose bonding, polyolefin for difficult-to-bond plastics, styrene block copolymers (SBC) for good low temperature flexibility, high elongation and higher heat resistance, polyamides for severe environments, and reactive urethanes and silicones for elevated temperature and/or high flexibility requirements. These thermoplastics are blended with a variety of other raw materials including tackifying resins, waxes, plasticizers, fillers, and antioxidants, which are incorporated into the base hot melt resins to enhance adhesive performance. Natural or synthetic tackifiers are usually added to some formulations to alter or improve adhesion (tack), surface wetting, open time, and polymer flexibility of the adhesive. Waxes help to reduce pellet blocking, and reduce melt viscosity, and/or enhance the tack of the adhesive. Antioxidants are used to prevent/minimize oxidation and decomposition of the hot melt and to aid in processing and to improve storage stability.

In the last two decades, new structural hot melts have been developed that overcome some of the drawbacks and limitations of traditional hot melts. These new adhesives have been designed to reduce manufacturing cost and to improve manufacturing efficiency. The newest classes of hot melts are reactive urethanes and silicones. These types of hot melts combine the advantages of traditional hot melts with those of reactive structural adhesives. They undergo a secondary moisture cure upon cooling or are cured by ultraviolet radiation that causes the adhesive to crosslink which provides higher strength and flexibility and results in more durable bonds.

Hot melts are used in many different industries for a wide variety of applications. They are capable of bonding many different substrates including rubbers, plastics, metals, ceramics, glass and wood. The packaging industry is one of the major users. Hot melts are used for carton sealing and assembly of corrugated boxes and paperboard cartons, and for labeling applications. Other uses include shoe-making (bonding toecaps and shoe soles), disposable diapers and sanitary napkins bonding, bookbinding, manufacture of non-woven materials, and various laminating applications in the furniture industry (veneer surrounds and edging). The automotive industry employs hot melts to assemble various products including bonding of carpeting and seat covers. The electronics industry makes also use of hot melts, for example to bond coil windings and coil ends.

Ethylene-Vinyl Acetate (EVA)

Ethylene-vinyl hot melt adhesives (EVA) are one of the most popular, most affordable and widely used industrial hot melt adhesives. They are of relative low-cost but also of relative low performance. They bond to a variety of cellulosic materials and are available in a wide range of compositions.

A typical EVA hot melt is formulated with 30 to 40% EVA copolymer which provides strength, toughness and resistance, 30 to 40% tackifier resin to improve wetting and tack, 20 and 30% (aromatic or paraffin hydrocarbon) wax to reduce viscosity and cost, and 0.5–1% of stabilizer to improve heat stability at elevated temperatures and resistance to UV light. In some cases, fillers are added for special applications. The vinyl acetate portion in the EVA promotes adhesion to polar substrates such as paper and increases flexibility, adhesion, and provides better low-temperature performance. It also lowers the crystallinity and improves optical clarity, whereas the ethylene portion promotes adhesion to nonpolar substrates such as polyolefins, and increases mechanical strength, block resistance, and paraffin solubility. Some EVA hot melts can also be cross-linked for example by peroxides, yielding a thermosetting hot melt with improved heat and creep resistance.

Common EVA hot melts provide satisfactory strength between -30 and 50°C (-20 and 120°F) and are limited to use between -30 to 80°C (-20 and 175°F) and have, like most other hot melts, low creep resistance under load. EVA formulations offer short to moderate open times up to a minute, and provide excellent adhesion to many substrates including paper, wood, plastics, rubbers, and metals. EVA’s can also be formulated as pressure-sensitive adhesives, which stay tacky after cooling and can be used for bonding tags and labels. Some adhesive manufacturers also offer EVA hot melts that are FDA approved for direct or indirect food contact, allowing them to be used in food packaging and other food related applications.

The majority of EVA hot melt applications are cardboard box sealing and packaging. However, advances in raw materials and formulations now allow these adhesives to be used for automotive and other more demanding applications.

Reactive Polyurethane (PUR)


Polyurethane hot melts are different from traditional hot melt adhesives. They are typically applied from a heated cartridge at a rather low temperature, which makes them more suitable for heat sensitive materials than other hot melts. This type of adhesive offers good adhesion to many substrates due to presence of polar groups. Typical urethane hor melts have very low glass transition temperatures and are very elastic with a wide range of softening points.

Polyurethanes consist of long linear chains with flexible, soft segments (polyether / polyester) that alternate with short, rigid diurethane bridges resulting from diisocyanate reacting with polyol chain extenders. The rigid segments form hydrogen bonds with other rigid segments. A higher ratio of soft to hard segments improves flexibility and lowers the glass transition temperature, and therefore, improves the low temperature performance, but it also lowers hardness, modulus, and abrasion resistance. The choice of diisocyanate and polyols allows for tailoring the polyurethane properties for various applications. They can be formulated with and without a plasticizer and resin and are compatible with many of them.

A major drawback of urethanes is there susceptibility to UV light, which causes discoloration, and degradation of mechanical properties. The stability can be improved by using aliphatic isocyanates and by adding UV stabilizers and antioxidants.

PUR hot melts are either thermoplastic or thermosetting:

Thermosetting urethane hot melts (PURs) have rather low initial bond strength that increases over time as the adhesive reacts with moisture in the air or is further cured with UV light. The chemical bond of reactive polyurethane hot melts is usually stronger and more resistant to heat and chemicals than typical hot melt adhesives. This makes PUR hot melt adhesives an excellent choice for more demanding applications.

PURs initially set like a conventional hot melt adhesives by solidifying when cooled below the softening point. In the case of moisture cure, the adhesive absorbs a small amount of moisture from the surrounding materials or from the atmosphere and subsequently crosslinks. The setting can take several days. Since a small amount of moisture is required for the crosslink reaction, at least one substrate should be porous; otherwise the cure will be rather slow. The uncured solidified "green" strength tends to be lower than that of non-reactive TPU’s, but mechanical strength develops with curing and the green strength can be improved by blending the prepolymers with other polymers of higher softening point. The open time of PUR adhesives can vary from 10 seconds to about 10 minutes to match application requirements. The application temperature is in the range of 85°C to 140°C (185°F to 284°F), which is less than that for traditional thermoplastic hot melt adhesives. The viscosity at the application temperature is often in the range of 2,000 to 60,000 cPs depending on composition.

Thermoplastic polyurethanes (TPUs) have similar properties as PUR adhesives, but due to the absence of crosslinks are less resistant to heat and chemicals and have usually lower bond performance but have better green strength.

The adhesives market is expected to slowly shift from traditional solvent based adhesives towards the use of high-performance hot melts like reactive PURs and pressure sensitive hot melt adhesives.

Polyolefin (PO)

Amorphous polyolefin hot melts
(APO/APAO) are one of the most popular hot melt adhesives. APOs bond well to nonpolar substrates like polyethylene and polypropylene but are usually not recommended for polar surfaces. They also have good barrier properties, i.e. low moisture and water vapor permeability, and excellent chemical resistance against polar solvents and solutions including acids, bases, esters, and alcohols but only moderate heat resistance and poor chemical resistance against nonpolar solvents like alkanes, ethers, and oils.

APO’s can be formulated with a range of melt viscosities, hardness, softening points, surface tackiness, and open times.

When compared with EVA and polyamide hot melt adhesives, polyolefins have extended open times for positioning of parts. They also have lower melt viscosity, and slower set times than comparable EVAs. Some APOs can be used without any additives, but often they are compounded with tackifiers, waxes, and plasticizers (mineral oil, poly-butene oil). They are compatible with many nonpolar solvents, and hot mold additives. Common APOs include amorphous (atactic) propylene (APP), amorphous propylene-ethylene (APE), amorphous propylene-butylene (APB), amorphous propylene-hexylene (APH), amorphous propylene-ethylene-butylene. These APOs have different hardness and softening points, which decrease in the following order: APP > APE > APB > APH, in accordance with decreasing crystallinity. All APO’s have low energies of cohesion and low entanglement weights. The polymer chains are rather flexible which provides good interdiffusion and entanglement across the interface between the APOs and the low surface energy substrates. Under mechanical load, most of the strain is dissipated by deformation and disentanglement of the polymer chains. Cohesive failure with high peel energies is therefore the typical failure mode of APOs.

The most common APO is polypropylene. It has a service temperatures from -30°C to 110°C (-20 to 230°F).

Polyolefin based hot melts are widely used in the packaging and non-wovens industry (feminine hygiene, diapers, etc.). They are suitable for adhering paper, (olefin) plastic films and metal foils to a variety of substrates. Due to their ability to resist moisture and chemicals and to adhere to difficult-to-bond plastics like common polyolefin housings and parts, they also find many applications in the appliance, automotive, and product assembly industry.

Pressure Sensitive Adhesives (PSA)

Tape manufacturers usually use pressure sensitive adhesives or PSAs on their tapes. These adhesives require pressure to adhere to the substrate. This is why applying the right amount of pressure is so important to achieve good adhesion. PSA’s usually gain strength over time by further wetting the substrate. The adhesive quite literally flows into microscopic pores and crevices on the substrate along with removing air bubbles. To achieve high peel strength, the adhesive on the tape not only has to adhere to the substrate but also has to be viscoelastic.

Depending on the application, manufacturers of tapes choose adhesives mainly from five different classes. There are many variations within each adhesive class. Below is brief description of the main types of PSA’s and some general guidelines that might be helpful to choose the right tape for the attended application.

Natural Rubber - based Adhesives (NR)

Natural rubber (NR) was the first elastomer used in the earliest pressure sensitive adhesives and still remains one of the major elastomers used in the manufacture of tape adhesives, so other types of elastomers, such as styrene-butadiene rubbers and SIS block copolymers, have replaced them in many applications.

Rubber is often a good choice for less expensive types of tapes. It has good initial adhesion properties, but doesn't have much creep resistance unless some method like partial crosslinking (vulcanization) has been employed to increase the cohesive strength. Crosslinking will also improve the holding power, and the solvent and heat resistance of natural rubber based adhesives.

Natural rubber based PSAs are often perfectly adequate for applications where the adhesive is subjected to low shear stress. They can be used at ambient and low temperature situations. The low cost of the adhesive together with a inexpensive backing makes them ideal for short-term tape applications. Besides natural rubber, many other rubbers are widely used in the manufacture of pressure sensitive tapes. They are synthetic rubbers derived from various monomers (isoprene, butadiene) and sometimes blended with natural rubber to improve its durability, oxygen and heat resistance.

Natural rubber PSAs, unlike PSA acrylics, have very little tack and have to be formulated with tackifiers and plasticizers to achieve pressure sensitive properties. Often other ingredients such as antioxidants, pigments and fillers are added to lower cost and to tailor and optimize their properties.

Styrene-Butadiene Rubber-based Adhesives (SBR)

Styrene-butadiene rubbers or SBRs are widely used in the manufacture of pressure sensitive tapes. They are synthetic elastomers derived from styrene and butadiene. SBRs, whether solventborne or waterborne, are found in many PSAs and are tailored for variety of applications. Their properties depend on the percent of bound styrene, the average molecular weight and its distribution, and the presence of functional groups introduced during polymerization. In general, styrene-butadiene based PSAs have better heat-aging properties then NR based PSAs, whereas their physical strength, resilience and low temperature properties are usually inferior to natural rubber based PSAs. SBRs are sometimes blended with natural rubber to achieve the optimal properties.

Styrenic Block Copolymer based Adhesives (SBC)

Styrene-block copolymers or SBCs of type A-B-A and A-B have become one of the most important elastomers for pressure sensitive adhesives and have replace natural rubber based PSAs in many applications. They consist of (thermoplastic) polystyrene endblocks, while the B block consists of an elastomer, in most cases polyisoprene or polybutadiene. The most important SBCs are polystyrene-polyisoprene-polystyrene (SIS) and polystyrene-polybutadiene-polystyrene (SBS). The two blocks are incompatible and form two distinctive phases. This class of PSAs is very versatile and is used for a broad range of applications. Like natural rubber and unlike PSA acrylics, they have very little tack, and therefore, have to be formulated with tackifiers and plasticizers. They can be tailored for a variety of applications and have excellent performance properties. For example, they can be formulated to give aggressive tack, tailored peel strength and high cohesive strength.

Acrylic-based Adhesive
Acrylic adhesives are another important class of pressure sensitive adhesives. They usually have better heat and oxygen resistance than rubber based adhesives, mainly due to the absence of double bonds in the rubber. Acrylic adhesives can be made with a wide variety of adhesion properties, from low-adhesion and low tack to very aggressive tack and to bond permanently to the substrate. The temperature range of acrylic adhesive tapes is much broader than that of rubber-based PSAs. They usually have excellent heat and oxygen resistance, often allowing for tapes to withstand temperatures of 250°F to 300°F (120 - 150°C). Many acrylic-based PSA’s also have good adhesion properties at low temperatures, making them suitable for low temperature applications as well.

Silicone-based Adhesive

Silicone adhesives are usually the most expensive PSA’s, but they have some of the best properties for high-performance applications. For example, they can withstand temperatures up to 500 °F. Silicone based pressure sensitive adhesives are often applied to more expensive carriers like glass cloth, Kapton and aluminum foils to make them suitable for higher temperature applications. Silicone based adhesives can also be used for very low temperature applications, down to -100 °F. It is also the only type of PSA that will stick to low surface energy substrates like silicone or silicone coated products such as release liners. It's chemical resistance is generally excellent.

COPYRIGHT©BY FERCOS – Indústria de Termocolantes, Lda. ALL RIGHTS RESERVED
www.fercos.pt


Comments