High Performance Silicone PSA - w ADHESIVES - Composite Solutions
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High Performance Silicone PSA
Paolo Carboni, Technical Account Manager - MOMENTIVE PERFORMANCE MATERIALS
INTRODUCTION able to resist flow when shearing forces are In this brief article we will focus on a specific
An adhesive material is a chemical applied) and it must remain stable over a PSA sub-category based on silicone chemistry.
substance typically used for holding two defined period of aging. SILICONE BASED PSA
surfaces together. It sounds simple, right? Well, Adhesives can generally be divided into two Silicones are polymers based on the generic
if we look at the market, we find an incredible classes: structural (permanent) and pressure- formula (R 2-Si-O) n. Depending on their
number of needs, technologies, applications, sensitive (“PSA”s that can be removed from a molecular weight and chemical structure, they
and in the end an almost uncountable number surface and applied to another surface). can take a variety of forms, including liquids,
of different chemicals. Different properties can To function properly, PSAs must show elastomers and resins. Silicone PSAs are a
be achieved by a wide variety of molecules, permanent tackiness at room temperature and blend of a high viscosity silicone liquid (gum)
by single or multiple components and different adhere to specific surfaces by simple contact and a silicone resin.
processes and chemical reactions. and pressure. Compared to more common acrylic or hot melt
If we generalize, we can say that adhesives PSAs can be divided into the following based adhesives, Si-PSAs can offer significant
are mainly polymeric materials which allow a categories: solvent-based, water-based and advantages. For example, unlike organic PSAs,
surface to be coated (so they must “wet” the 100% solids hot melt. Solvent and water- Si-PSAs are typically able to meet the following
surface by flowing properly), have a certain based PSAs may be based on materials such performance requirements over a wider range
degree of tackiness (property to stick quickly to as acrylic, rubber and silicone, while hot melt of conditions (e.g. very high and very low
the surface), peel adhesion (the ability to resist adhesives are typically based on thermoplastic temperatures):
the removal by peeling) cohesive strength (it rubber materials. Typical applications of these • Balanced tack, peel and shear performance.
must have internal structural strength, to be PSAs include Labels and Tapes. • Effective adhesion to low surface-energy
Adesivi siliconici ad alta performance
Paolo Carboni, Technical Account Manager - MOMENTIVE PERFORMANCE MATERIALS
INTRODUZIONE su superfici (quindi per “bagnare” una superficie una superficie e applicati a una seconda super-
Un adesivo è un composto chimico devono essere fluide), che hanno un certo grado ficie). Per poter funzionare correttamente, i PSA
tipicamente utilizzato per unire due superfici di appiccicosità (tack: devono aderire veloce- devono avere una appiccicosità permanente a
fra di loro. Semplice no? Beh, se diamo un’oc- mente alla superficie), forza di spelatura (peel: temperature ambiente e aderire su specifiche
chiata al mercato ci imbattiamo in un incredibile la capacità di resistere alla delaminazione delle superfici per il semplice mezzo di pressione e
numero di necessità, tecnologie, applicazioni, e superfici), forza coesiva (shear: devono avere contatto.
troviamo quindi una grande quantità di differenti forza strutturale interna per poter resistere allo I PSA possono essere suddivisi nelle seguenti
sostanze chimiche. Proprietà diverse possono scorrimento quando sottoposte a forze di taglio) categorie: a solvente, ad acqua, e termofondenti
essere ottenute per mezzo di un’ampia gamma e infine devono rimanere stabili in determinate (o hot melt, 100% di contenuto solido). Quelli
di molecole, con singoli o multipli componenti, condizioni di invecchiamento. a solvente e ad acqua possono essere basati
e con diversi meccanismi chimici. Gli adesivi possono essere genericamente su sostanze acriliche, gomme o siliconi, mentre
Generalizzando, possiamo affermare che gli suddivisi in due classi: adesivi strutturali (o per- gli hot melt sono di solito composti da gomme
adesivi sono principalmente sostanze polime- manenti) e autoadesivi sensibili alla pressione (i termoplastiche. Applicazioni tipiche di questi
riche che hanno la capacità di essere spalmate cosiddetti “PSA”, che possono essere rimossi da PSA includono le etchette e i nastri autoadesivi.
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Tab. 1 films and fabric substrates,
such as etched PTFE
PSA Sub-categories (fluoro polymer), silicone rubber,
polyester and polyolefin films.
Sottocategorie di PSA • Resistance to moisture,
weathering (ozone, sunlight),
SILICONES ACRYLICS RUBBER chemical (acids, alkalis, oils) and
biological (fungus) attack
SILICONI ACRILICI GOMME • Electrical insulation
• Clean removal in diverse
Good chemical and solvent Better solvent resistance Poor solvent resistance applications
resistance Miglior resistenza ai solventi Pessima resistenza ai solventi • Clarity/optical properties
Buona resistenza chimica ed ai • Greater adhesion retention than
solventi organic adhesives at higher and
lower temperatures
Excellent temperature resistance Decent temperature resistance Poor high temperature • Vibration damping capabilities.
(-73 to 260 °C) (max 150 °C) performance See also below a PSA comparative
Eccellente resistenza termica (da Resistenza termica accettabile Pessima resistenza alle alte overview table of key typical
-73 a 260 °C) (massimo 150 °C) temperature performance properties (Tab. 1).
As mentioned above, silicone
Adhesion to “nonstick” High bond strength Poor weathering based PSAs are made of two
surfaces Buona forza adesiva Scarsa resistenza agli agenti components: a silicone resin and a
Adesione su superfici difficili atmosferici silicone polymer (gum), both with
silanol functional groups, which
At RT less aggressive adhesion Poor adhesion to non-polar Good adhesion to non-polar react together (via condensation)
than acrylics surfaces and at low temperatures surfaces As seen in Figure 1.
A temperature ambiente Scarsa adesione a bassa Buona adesione su superfici This reaction creates a high
adesione meno aggressiva temperatura o su superfici apolari apolari viscosity and high cohesive
rispetto agli acrilici structure macromolecule, typically
In questo breve articolo ci concentreremo su ad esempio temperature molto alte o molto Come detto, i PSA siliconici sono formati
una particolare sottocategoria di PSA, basati su basse): da due componenti: una resina siliconica
chimica siliconica. • Performances bilanciate di tack, peel e shear e un polimero siliconico (gomma), entrambi
• Efficace adesione su superfici (pellicole o tes- con funzionalità silanolica, che permette loro di
PSA SILICONICI suti) a bassa energia come ad esempio PTFE reagire via condensazione come si vede nella
I siliconi sono polimeri basati sulla seguente trattati (fluoro polimeri), gomme siliconiche, Figura 1.
formula generale (R2-Si-O)n. A seconda del poliesteri e poliolefine La reazione forma una struttura macromolecola-
peso molecolare e della struttura chimica, essi • Resistenza a umidità, agenti atmosferici (ozo- re ad alta coesione e viscosità, che è tipicamente
possono mostrarsi in una varietà di forme che no, luce solare), sostanze chimiche (acidi, basi, commercializzata disciolta in solvente (come
includono i liquidi, gli elastomeri e le resine. I olii) e aggressioni biologiche (funghi) ad esempio toluene o xilene, intorno al 60% di
PSA siliconici sono miscele di gomme siliconiche • Isolamento elettrico contenuto solido).
liquide ad alta viscosità e di resine siliconiche. • Rimozione pulita in varie applicazioni Tack, peel e shear di questo PSA siliconico pos-
In confronto con i più comuni adesivi acrilici o • Chiarezza e trasparenza ottica sono essere modulate aggiustando il rapporto
hot melt, i PSA siliconici possono offrire vantaggi • Maggiore adesività rispetto agli adesivi orga- tra resina e gomma, di cui esistono due versioni:
significativi. Ad esempio, diversamente dai PSA nici a basse ed alte temperature una con funzionalità metilica e una con funzio-
organici, quelli siliconici sono tipicamente in • Capacità di attenuamento delle vibrazioni nalità metil/fenilica (che permette maggiori
grado di mantenere le seguenti caratteristiche Si veda la tabella comparativa delle proprietà performances ad alta temperatura).
nell’arco di un ampio spettro di condizioni (come tipiche dei vari PSA (Tab. 1). Generalmente, i PSA siliconici disponibili in
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commercialized as a dissolved This method of curing is conducted in a multi-
component in a solvent (e.g. toluene zoned oven in 2 steps:
or xylene, around 60% dry content). • Solvent evaporation
Tack, peel and shear of this silicone PSA can • 2 minutes at 90 °C
be adjusted by varying the resin to gum ratio, • Curing step
of which there are two types of gums: methyl • 2 minutes at 165 °C, if BPO is used
based, and methyl/phenyl based (which allow • 2 minutes at 135 °C, if 2,4 Dichlorobenzoyl
higher temperature performance). Generally, Peroxide is used.
commercially available silicone PSAs are
prepared at resin/gum ratios wherein tack CONDENSATION CURING
has fallen below its maximum performance Fig. 1 In applications requiring complete curing
capability. (e.g. for permanent lamination, or permanent
In the graph (Fig. 2), test data shows that coupling of different materials), it is possible
within a certain mix ratio range, tack and to use a PSA along with a crosslinking additive
peel become inversely related to each other. PROCESSES FOR CURING PSAS (based on amino alkoxy silane promoting
As shown graphically in the above chart, an After application of the PSA, and solvent complete condensation of the network, even
increase in resin content can, within a certain evaporation, usually the material is further cured at room temperature).
range, increase peel and shear properties while by the component BPO (Benzoyl peroxide, which In such a case, the product is no longer
tack properties decrease. initiates radical reactions and further crosslinking considered a PSA but rather a permanent
Likewise, an increase in gum content can of the network). Note that Silicone PSAs do not adhesive. As an example, Momentive
increase tack properties while peel and shear have to be cured to be tacky. Through the process Performance Materials produces SilGrip*
properties decrease. This data can be further of curing, performance properties such as chemical PSA529 adhesive which can be mixed with
applied to conditions where: and shear resistance are typically enhanced. SRC18 (crosslinking additive) and used to
High resin content = dry Si-PSA at room bond heterogeneous surfaces such as carbon
temperature, tacky under heat and pressure TYPICAL PEROXIDE CURING fiber reinforced epoxy materials and aluminum,
High gum content = tacky and adhesive Si-PSA The peroxide curing process is most commonly among many others.
at room and low temperatures. used, especially among tape producers. This enables a permanent bond with special
commercio sono preparati con rapporti PROCESSI DI POLIMERIZZAZIONE DEI PSA • Polimerizzazione
resina/gomma dove la tack ha superato Dopo l’applicazione dell’adesivo e l’evapora- • 2 minuti a 165 °C, se si usa BPO
il proprio massimo valore. Nel grafico (Fig. 2) zione del solvente, normalmente il prodotto è • 2 minuti a 135 °C, se si utilizza 2,4 diclo-
i dati sperimentali mostrano come entro certi ulteriormente polimerizzato mediante BPO (ben- robenzoil perossido.
rapporti resina/gomma, la tack e la peel diven- zoil perossido, che inizia una polimerizzazione
tino inversamente proporzionali fra di loro. Il radicalica e successiva reticolazione). Si noti POLIMERIZZAZIONE PER CONDENSAZIONE
grafico mostra che un incremento di resina può, che i PSA siliconici non devono essere polime- In applicazioni che richiedono una polimerizza-
entro un certo range, aumentare le proprietà di rizzati per essere adesivi. Mediante il processo zione completa (ad esempio nelle laminazioni
peel e shear mentre la tack si riduce. Simil- di polimerizzazione si ottimizzano tipicamente le permanenti, o accoppiamento permanente di
mente, un aumento del contenuto in gomma caratteristiche di resistenza chimica e coesione. materiali differenti), è possibile usare i PSA
può incrementare la tack mentre peel e shear siliconici con un reticolante (un amino alcossi
diminuiscono. Questi dati possono ulteriormente TIPICA POLIMERIZZAZIONE PEROSSIDICA silano che promuove una condensazione con
suggerirci che: La polimerizzazione perossidica è quella più reticolazione completa, anche a temperatura
Alto contenuto in resina = adesivo siliconico utilizzata, in particolare fra i produttori di nastri ambiente). In questo caso il prodotto non è più da
secco a temperatura ambiente, appiccicoso se adesivi. considerarsi un PSA ma piuttosto un adesivo per-
sottoposto ad alte temperature o pressioni. Questo metodo di polimerizzazione è effettuato manente. Ad esempio, Momentive Performance
Alto contenuto in gomma = adesivo siliconico in forni a più zone, in due passaggi: Materials produce l’adesivo SilGrip* PSA529 che
appiccicoso a temperatura ambiente e basse • Evaporazione del solvente può essere miscelato con SRC18 (reticolante) e
temperature. • 2 minuti a 90 °C utilizzato per unire superfici eterogenee come
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properties, such as high and first to market with performance
low temperature resistance, applications for major industries
vibration and noise reduction, that support and improve everyday
electrical and thermic insulation and life.
UV radiation resistance. The Company delivers science-
based solutions by linking
ADDITION CURING custom technology platforms to
Another curing mechanism (addition opportunities for customers.
cure) is also available, wherein Company is an indirect wholly-
adhesives are cured by a platinum- owned subsidiary of MPM
catalyzed reaction of silicon hydride Holdings Inc.
to vinyl. These systems are also Momentive distributor for Release
supplied in a solvent, but can be Coatings and PSA’s in Italy is
Fig. 2
cured in a single-zone oven and Grolman. The Grolman Group
at lower temperatures. These are operates an international specialty
typically used in protective films and chemical distribution business. It
electronics applications. • Transfer Tapes is composed of individual local sales offices
• Laminating and Bonding Applications based in all European countries, each supported
SILGRIP* ADHESIVES BY MOMENTIVE • Specialty Resins And Additives. by technically trained sales staff, customer
PERFORMANCE MATERIALS Momentive offers a complete range of methyl service teams and local warehousing.
Momentive SilGrip PSAs are excellent candidates based PSAs and high performance phenyl type The Grolman Group, run by the fifth generation
for use in: PSAs. of the Grolman family, has been privately owned
• Splicing Tapes since it was established in 1855.
• Electrical Insulation Tapes ABOUT MOMENTIVE The key to its success has been the dedication and
• Electronic Masking Tapes Momentive Performance Materials Inc. is commitment to building an efficient customer-
• Plasma / Flame Spray Masking Tapes a global leader in silicones and advanced focused organization where customers’ needs
• Heat Seal Tapes materials, with a 75-year heritage of being are an essential driving force.
ad esempio resine epossidiche riforzate ADESIVI SILGRIP* DI MOMENTIVE mercato con applicazioni per le maggiori indu-
in fibra di carbonio e alluminio, oltre a PERFORMANCE MATERIALS strie che supportano e migliorano la vita di tutti
numerose altre possibilità. Questo permette un I PSA Momentive SilGrip sono eccellenti candi- i giorni. L’azienda fornisce soluzioni scientifiche,
legame permanente con proprietà speciali come dati per l’utilizzo in: legando piattaforme tecnologiche a opportunità
resistenza alle alte e basse temperature, riduzio- • Nastri per giunte per clienti. E' una sussidiaria di MPM Holdings
ne di vibrazioni e rumore, isolamento termico ed • Nastri per isolamenti elettrici Inc. Il distributore in Italia per Release Coatings
elettrico e resistenza alle radiazioni UV. • Nastri per mascheratura (elettronica) e i PSA siliconici è Grolman.
• Mascheratura trattamenti plasma/spray Il Gruppo Grolman gestisce la distribuzione di
POLIMERIZZAZIONE PER ADDIZIONE • Nastri per saldature a caldo specialità chimiche a livello internazionale. È
È disponibile un ulteriore meccanismo di • Transfer Tapes composto da uffici presenti in tutti i paesi Eu-
reticolazione, dove gli adesivi sono polimeriz- • Laminazioni e adesioni particolari ropei, ognuno supportato da venditori tecnici,
zati mediante un catalizzatore al platino che • Resine e additivi speciali. servizio clienti e magazzini locali.
favorisce la reazione di addizione tra idruri L'azienda offre un range completo di PSA silico- Il Gruppo Grolman è gestito dalla quinta gene-
e funzionalità viniliche. Anche questi sistemi nici metilici e fenilici ad alte performances. razione della famiglia Grolman, che lo controlla
sono forniti in solvente, ma possono essere e possiede dalla sua fondazione nel 1855. La
polimerizzati in forni a una zona e temperature CHI E' MOMENTIVE chiave del suo successo risiede nella dedizione
più basse. Questi adesivi sono tipicamente Momentive Performance Materials Inc. è un le- e nell’impegno per costruire una organizzazione
utilizzati in applicazioni come film protettivi ader globale nei siliconi e nei materiali avanzati, dove i bisogni del cliente sono una forza propul-
e nell’elettronica. ed ha una storia di 75 anni in innovazioni di siva fondamentale.
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