+86-0571-83175630
[email protected]
Polyether biến tính bằng silane, thường được gọi là chất kết dính polymer MS, là chất đàn hồi xử lý độ ẩm được chế tạo trên khung polyether linh hoạt được phủ bằng các nhóm silane phản ứng. Nó liên kết thủy tinh và kim loại một cách dễ dàng, thường gây ra hiện tượng hỏng kết dính nếu không có lớp sơn lót, tuy nhiên công thức tương tự thường kém hiệu quả trên hỗn hợp PC, ABS và PC/ABS mặc dù những loại nhựa này mang các nhóm chức năng phân cực.
Hai cơ chế giải thích hiệu suất mạnh mẽ trên kính và kim loại và hiểu rõ chúng là chìa khóa để hiểu được sự thiếu hụt của PC/ABS.
Thủy tinh mang năng lượng bề mặt khoảng 60 đến 70 mJ/m 2 và nhôm anodized khoảng 45 đến 60 mJ/m 2 , cả hai đều cao hơn sức căng bề mặt của chất kết dính polymer MS. Nhiệt động lực học làm ướt chỉ ra rằng khi sức căng bề mặt của chất kết dính thấp hơn sức căng bề mặt tới hạn của chất nền, chất kết dính sẽ lan rộng hoàn toàn và đạt được tiếp xúc ở cấp độ phân tử, điều kiện tiên quyết cho độ bám dính thực sự.
Bề mặt thủy tinh rất giàu nhóm silanol (Si-OH) và bề mặt kim loại mang một lớp oxit ngậm nước với lượng hydroxyl dồi dào. Các nhóm cuối silane của chất kết dính polyme MS thủy phân trong quá trình xử lý thành các nhóm silanol hình thành liên kết hydro mạnh với các hydroxyl bề mặt này, sau đó ngưng tụ thêm thành liên kết cộng hóa trị Si-O-M. Sự kết hợp giữa neo vật lý và liên kết hóa học này mang lại độ bám dính bền bỉ.
PC và ABS không phải là loại nhựa có năng lượng bề mặt thấp cổ điển như polypropylen, tuy nhiên chất kết dính polymer MS vẫn liên kết chúng kém. Bốn yếu tố cấp độ giao diện giải thích lý do.
Polycarbonate bisphenol-A tiêu chuẩn chứa các nhóm cacbonat phân cực (-O-CO-O-), nhưng chúng nằm trong một khung thơm cứng. Không giống như các nhóm silanol tiếp xúc tự do trên thủy tinh, các nhóm cacbonat của PC được che chắn bởi các vòng benzen và cấu trúc isopropylidene cồng kềnh, khiến chúng khó hình thành mạng lưới liên kết hydro hiệu quả với các nhóm silanol trong chất kết dính polyme MS.
ABS là chất đồng trùng hợp ba monome của acrylonitrile, butadiene và styrene. Pha butadien mang lại cho ABS độ bền va đập nhưng bản thân nó lại là loại cao su không phân cực di chuyển về phía bề mặt và làm giảm năng lượng bề mặt tổng thể, trong khi thành phần styren chỉ phân cực yếu. Chúng cùng nhau tạo ra bề mặt hóa học không đồng đều, do đó đặc tính làm ướt và liên kết của chất kết dính thay đổi theo từng vị trí trên cùng một bộ phận.
Khả năng liên kết đáng tin cậy với chất kết dính polyme MS phụ thuộc vào sự hình thành liên kết cộng hóa trị, cách thức thủy tinh và hydroxyl kim loại ngưng tụ với các nhóm silanol. Bề mặt PC/ABS thiếu các vị trí phản ứng tương đương; Nhóm cacbonat của PC có thể tương tác yếu với silane, nhưng không đủ để tạo thành liên kết ngang hóa học ổn định.
Các bộ phận PC/ABS thường được đúc phun, các chất giải phóng khuôn và chất bôi trơn di chuyển đến bề mặt bộ phận trong quá trình xử lý, tạo thành một lớp nhiễm bẩn siêu mỏng. Lớp này làm giảm năng lượng bề mặt và ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa chất kết dính và chất nền, làm suy yếu thêm độ bền liên kết.
Các nhà sản xuất chất kết dính quốc tế hàng đầu đã dành nhiều năm để phát triển các bản sửa lỗi được cấp bằng sáng chế cho chất kết dính MS polymer trên nhựa kỹ thuật. Hai bằng sáng chế của Sika minh họa cho công nghệ hiện đại.
| Bằng sáng chế | Cách tiếp cận cốt lõi | Chi tiết chính |
| EP 3684872B1 | Aminosilane kép cộng với chất làm dẻo polyme | Monomeric/oligomeric aminosilane S1 (4,5 đến 14,5% nitơ) và oligomeric aminosilane S2 (15 đến 20% nitơ), mỗi loại chiếm 0,5 đến 2,5% công thức, cùng với 15 đến 35% chất dẻo polyme |
| Hoa Kỳ 9708517 | Ethoxy mercaptosilane dùng để liên kết không cần sơn lót | 3-mercaptopropyltriethoxysilane kết hợp với các chất xúc tác titanate, zirconate hoặc aluminate như tetrabutyl titanate, cộng với chất xúc tác bazơ guanidine hoặc imidazole |
Chỉ cần thêm 1% 3-mercaptopropyltriethoxysilane với chất xúc tác titanate Tyzor IBAY đã tăng cường độ liên kết trên các loại nhựa như PVC và sự cải thiện này vẫn được duy trì thông qua quá trình lão hóa ở nhiệt độ ẩm và tiếp xúc với nước sôi.
Trong công thức EP 3684872B1, các nhóm chức năng amino của aminosilane S1 và S2 liên kết hóa học với bề mặt chất nền thông qua các con đường phản ứng riêng biệt, trong khi các nhóm alkoxy của chúng cùng phản ứng với các nhóm silane cuối của khung polyme MS trong quá trình xử lý, neo giữ chất kết dính với chất nền về mặt hóa học. Chất làm dẻo polyme, một loại polyme lỏng có trọng lượng phân tử cao chứ không phải là chất phụ gia phân tử nhỏ, cải thiện tính linh hoạt và độ kết dính đồng thời điều chỉnh hành vi làm ướt trên các chất nền khó liên kết và thúc đẩy sự khuếch tán giữa các bề mặt giữa chuỗi dính và nhựa. Công thức tương tự hoạt động tốt ngoài ABS, mở rộng sang các polyolefin như lớp phủ PP và PE, cao su EPDM, PMMA và PVDF.
Theo phương pháp tiếp cận 9708517 của Hoa Kỳ, nhóm thiol (-SH) trong ethoxy mercaptosilane có tính phản ứng cao và có ái lực mạnh với cả bề mặt kim loại và nhựa, tạo thành cầu nối hóa học bền chắc giữa chất kết dính và chất nền. Chất xúc tác làm tăng tốc quá trình thủy phân và ngưng tụ silan, trong khi chất xúc tiến cơ bản tiếp tục thúc đẩy phản ứng bề mặt tiến về phía trước.
Cả hai lộ trình cấp bằng sáng chế dựa trên silane đều dựa vào các tác nhân liên kết silane tốn kém, làm tăng chi phí kết dính polyme MS nhưng vẫn để lại mức trần hiệu suất. Cách khắc phục cơ bản hơn là sửa đổi chính nhựa MS. Kaneka của Nhật Bản, một nhà sản xuất nhựa MS lớn, pha trộn nhựa MS cơ bản với nhựa MS biến tính acrylic từ nhựa silane lai dòng MA của mình; các phân đoạn acrylic giới thiệu các đơn vị phân cực carbonyl và ester giúp tăng lực hút giữa các phân tử với các nhóm phân cực của chính PC/ABS, cải thiện ái lực bề mặt ở nguồn nhựa.
Nhựa MS cao cấp từ lâu đã bị thống trị bởi các công ty quốc tế như Kaneka và Wacker Chemie của Đức, giữ giá cao và khiến các nhà sản xuất chất kết dính Trung Quốc gặp rủi ro trong chuỗi cung ứng trong thời kỳ bất ổn toàn cầu.
Công ty TNHH Công nghệ Vật liệu Mới Nam Kinh Tsingqi đã xây dựng nền tảng nhựa MS của riêng mình, dòng TSINGO và gần đây đã tung ra dòng nhựa HP mới được thiết kế đặc biệt để bám dính chắc chắn với các chất nền PC, ABS và PC/ABS cho thị trường ô tô đang phát triển nhanh chóng của Trung Quốc. Các tấm thử nghiệm sử dụng loại nhựa này cho thấy hiện tượng hỏng bám dính (CF), kiểu hư hỏng tương tự liên quan đến các liên kết mạnh mà keo polyme MS đạt được trên thủy tinh và kim loại.
Vật liệu mới Nam Kinh Tsingqi sẽ giới thiệu dòng nhựa polyether biến đổi silane TSINGO SMP của mình tại Triển lãm Chất kết dính và Chất bịt kín Quốc tế Thượng Hải từ ngày 15 đến ngày 17 tháng 9 năm 2026, nơi du khách có thể tìm hiểu thêm về dòng nhựa này và yêu cầu các mẫu miễn phí.
Khó khăn khi liên kết chất kết dính polymer MS với PC/ABS là do ba yếu tố tương tác trong khoa học bề mặt: khả năng thấm ướt, khả năng tương thích hóa học và khả năng phản ứng bề mặt. Các lộ trình cấp bằng sáng chế dựa trên chất phụ gia sử dụng aminosilanes hoặc mercaptosilanes có thể thu hẹp một phần khoảng cách, nhưng việc sửa đổi cấp độ nhựa sẽ giải quyết được vấn đề tương thích tại nguồn của nó. Việc lựa chọn loại nhựa MS nội địa có năng lực vừa là một cách để vượt qua mức trần hiệu suất vừa là một bước hướng tới chuỗi cung ứng tự lực, an toàn hơn.
Chất kết dính polymer MS tiêu chuẩn thường không thể đạt được độ bám dính lâu dài đáng tin cậy với PC/ABS nếu không có sự trợ giúp. Hiệu suất không cần sơn lót đòi hỏi phải thay đổi công thức, chẳng hạn như hệ thống mercaptosilane và chất xúc tác trong Bằng sáng chế Hoa Kỳ 9708517 hoặc nhựa được thiết kế cho các chất nền này.
Cả hai đều khó khăn nhưng vì những lý do khác nhau. Các nhóm cacbonat phân cực của PC được bảo vệ về mặt không gian bên trong khung thơm cứng, trong khi tính chất hóa học bề mặt của ABS không đồng đều do pha butadien không phân cực của nó di chuyển về phía bề mặt.
Không giống như chất hóa dẻo phân tử nhỏ, chất hóa dẻo polyme có trọng lượng phân tử cao điều chỉnh hành vi làm ướt của chất kết dính trên các bề mặt có ái lực thấp và thúc đẩy sự khuếch tán xen kẽ giữa chuỗi chất kết dính và chất nền nhựa, tăng cường liên kết bề mặt thay vì chỉ làm mềm chất kết dính đã lưu hóa.
Các chất giải phóng khuôn và chất bôi trơn được sử dụng trong quá trình ép phun sẽ di chuyển đến bề mặt bộ phận, tạo thành một lớp nhiễm bẩn mỏng làm giảm năng lượng bề mặt và ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa chất kết dính và chất nền.