Mengembangkan formula perekat bisa sangat menantang. Masalah utamanya terletak pada perlunya formulasi yang tepat sasaran. Banyak bahan baku yang cocok harus dikombinasikan untuk mencapai sifat yang diinginkan, yang membutuhkan uji coba dan kesalahan terus-menerus untuk mengatasi kontradiksi yang ada. Terutama saat menghadapi hambatan, memperkenalkan satu opsi lagi dapat menghasilkan terobosan yang signifikan.
Kesulitan Utama dalam Pengembangan Formula Perekat
Tantangan dalam menciptakan formula perekat dapat dipahami lebih baik melalui contoh-contoh praktis. Tang Long dkk. mengeksplorasi metode pengembangan formula baru khususnya untuk komponen poliol dalam perekat poliuretan dua komponen. Pendekatan mereka bertujuan untuk menyeimbangkan kinerja antara kekerasan rendah dan kekuatan ikatan tinggi.
Mengoptimalkan Bahan Baku
Para penulis memulai dengan menggunakan desain eksperimen ortogonal untuk mengoptimalkan jenis bahan baku yang digunakan. Langkah ini penting untuk mengidentifikasi komponen yang paling sesuai untuk formulasi perekat.
Penyetelan Rasio yang Baik
Setelah itu, mereka menggunakan desain eksperimen khusus JMP untuk mengoptimalkan rasio bahan baku yang dipilih. Metode ini secara efektif menghindari tantangan umum dalam menangani kedua jenis bahan dan rasio secara bersamaan dalam pengembangan formula konvensional.
Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa metode inovatif ini berhasil mengatasi persyaratan yang saling bertentangan yaitu kekerasan rendah dan kekuatan ikatan tinggi dalam perekat. Mereka memperoleh perekat poliuretan yang dicirikan oleh:
- Kekerasan Koloid: : 40D
- Kekuatan Geser Tarik: 11,34 MPa (lempengan aluminium ke lembaran aluminium)
- Kekuatan Ikatan: 283,5 kPa/D per unit kekerasan
Apakah Eksperimen Pengembangan Telah Selesai? Belum sepenuhnya. Para penulis mencatat bahwa beberapa "masalah" masih ada, yang menyoroti kesulitan yang terus berlanjut dalam pengembangan formulasi perekat. Tantangan-tantangan ini sering kali menjadi tempat munculnya inovasi-inovasi yang signifikan.
Pentingnya mengevaluasi asumsi yang salah berikut ini
Interaksi Antar Kategori Utama: Proses pengoptimalan tidak memperhitungkan interaksi antara berbagai kategori bahan baku, yang dapat memengaruhi respons pengujian secara signifikan.
Sifat Fisik Bahan BakuFaktor-faktor seperti kemurnian, kadar air, dan keseragaman bahan baku diabaikan dalam analisis, sehingga berpotensi mendistorsi hasil.
Independensi Efek Bahan Baku:Asumsi bahwa jenis dan proporsi bahan baku memengaruhi respons pengujian secara independen adalah keliru, sebab faktor-faktor ini sering memengaruhi satu sama lain.
Mengingat adanya ketidakpastian dalam formulasi, penting untuk menemukan cara mengurangi dampaknya. Salah satu strategi yang efektif adalah memanfaatkan faktor-faktor yang relatif dapat dikendalikan untuk mengimbangi ketidakpastian ini.
Memanfaatkan Bahan Pengisi dalam Perekat
(1) Memilih Pengisi Utama
Memilih bahan pengisi yang banyak digunakan—seperti kalsium karbonat dan silika—dapat meningkatkan kinerja perekat. Bahan pengisi mineral tidak hanya menyediakan solusi yang hemat biaya tetapi juga menawarkan beragam fungsi. Bahan pengisi tersebut telah menjadi bahan pokok dalam formulasi perekat selama bertahun-tahun, yang memungkinkan penyempurnaan sifat-sifat. Tang Long dkk. menyoroti bahwa dalam penelitian mereka, kisaran resin matriks dan pemanjang rantai/agen pengikat silang memiliki efek terbesar pada hasil pengujian. Aditif reologi memiliki pengaruh sekunder, sementara bahan pengisi memiliki dampak signifikan, yang berada di antara efek primer dan sekunder.
Saat memilih bahan pengisi, terdapat fleksibilitas yang cukup besar, dan bahan pengisi tradisional sering kali menjadi pilihan terbaik. Penggunaannya dalam produksi dalam jangka panjang memberikan efek biaya dan stabilitas yang lebih tinggi. Misalnya, kalsium karbonat—yang dikenal karena kehalusannya, keseragamannya, dan tingkat keputihannya yang tinggi—telah banyak digunakan sebagai bahan pengisi dalam perekat.
Cui Lidong dkk. melakukan penelitian menggunakan kalsium karbonat 850 mesh sebagai pengisi dalam perekat emulsi untuk kayu. Mereka mempelajari efek dari berbagai rasio penambahan pada kinerja perekat melalui metode eksperimen satu faktor. Hasilnya menunjukkan bahwa:
- Viskositas dan Kekerasan: Meningkat dengan rasio kalsium karbonat yang lebih tinggi.
- Kekuatan Ikatan: Awalnya meningkat, kemudian menurun pada rasio yang lebih tinggi.
- Stabilitas: Memburuk karena meningkatnya kandungan bahan pengisi.
Dampak Pengisi pada Kinerja Perekat
Hubungan Antara Rasio Penambahan Kalsium Karbonat dan Kesadahan Shore A
Zhou Xiao dkk. menyelidiki pengaruh bubuk kuarsa sebagai bahan pengisi dalam perekat poliuretan satu komponen. Temuan mereka menunjukkan bahwa bubuk kuarsa menunjukkan kompatibilitas yang baik dengan sistem poliuretan, yang secara signifikan meningkatkan sifat-sifat seperti kekuatan tarik, perpanjangan putus, dan kekuatan sobek dari produk perekat yang dihasilkan.
(2) Menjelajahi Pengisi Canggih: Karbida Silikon dan Alumina
Li Zhaoyuan dkk. memanfaatkan nano-silikon karbida kubik (β-SiC) sebagai bahan pengisi untuk mengembangkan perekat anorganik yang dimodifikasi. Percobaan mereka mengungkapkan bahwa dengan kandungan bahan pengisi 40%, perekat tersebut mencapai metrik kinerja yang luar biasa:
- Kekuatan Geser Tarik: 13,5 MPa
- Nomor Iterasi Kehidupan Kelelahan: 67 siklus
- Kekuatan Kupas: 46,7 N/mm²
Hasil-hasil ini menyoroti bahwa modifikasi nanopartikel dapat meningkatkan kinerja ikatan perekat anorganik secara signifikan, memberikan keandalan yang unggul di berbagai aplikasi.
Chen Zeming dkk. meneliti efek berbagai bahan pengisi anorganik—termasuk bubuk silika, Al2O3, mullite, boron nitrida, bedak talk, dan mika—pada perekat resin epoksi yang dimodifikasi. Studi mereka menilai bagaimana berbagai jenis dan dosis bahan pengisi memengaruhi kekuatan ikatan dan antarmuka ikatan. Temuan utama meliputi:
Tren Kekuatan Ikatan: Kekuatan ikatan awalnya meningkat seiring dengan dosis pengisi, kemudian menurun pada tingkat yang lebih tinggi.
Kinerja Pengisi Optimal:Di antara bahan pengisi yang diuji, 15 bagian Al₂O₃ menghasilkan hasil terbaik, mencapai nilai kekuatan geser dan kekuatan kupas masing-masing sebesar 22,42 MPa dan 12,84 N/cm.
Penambahan bahan pengisi Al₂O₃ memudahkan pembentukan ikatan kimia, seperti C-Al dan Al-OC, yang mengurangi gaya kohesif resin epoksi yang dimodifikasi. Peningkatan ini meningkatkan gaya ikatan pada antarmuka perekat-paduan aluminium, sehingga meningkatkan kekuatan kupas dan geser.
(3) Studi Sistematis Pengisi dalam Perekat
Perekat struktural akrilik dua komponen banyak digunakan untuk merekatkan material logam dan non-logam di berbagai industri, termasuk kedirgantaraan, otomotif, konstruksi, dan elektronik. Meskipun bahan pengisi tidak larut dalam sistem perekat karena sifat bawaannya, modifikasi dapat meningkatkan interaksi antara bahan pengisi dan perekat. Interaksi ini meningkatkan sifat mekanis perekat, meningkatkan viskositas, dan mendorong daya rekat yang lebih kuat pada substrat.
Pengaturan Sifat Mekanik
Sifat mekanik sangat penting untuk kinerja struktur akrilik perekat di berbagai aplikasi. Para peneliti telah mengusulkan beberapa strategi untuk meningkatkan sifat-sifat ini, termasuk penggabungan senyawa termoplastik dan pengisi anorganik.
Pengaturan Konduktivitas Termal
Menggabungkan bahan pengisi anorganik yang tepat dengan sifat isolasi listrik dapat meningkatkan konduktivitas termal sistem perekat akrilik secara signifikan. Bahan pengisi yang sesuai meliputi:
- Aluminium Hidroksida
- Magnesium Hidroksida
- Aluminium Oksida
- Magnesium Oksida
- Seng Oksida
- Silikon Dioksida
- Titanium Dioksida
- Kalsium Silikat
- Aluminium Silikat
- Kalsium karbonat
- Silikon Nitrida
- Karbida silikon
- Aluminium Borat
Selain itu, kumis yang terbuat dari silikon karbida, aluminium oksida, atau aluminium borat dapat meningkatkan konduktivitas termal dan ketahanan api perekat sambil mempertahankan sifat mekanis dan pengerasannya.
Pengaturan Tahanan Kelembaban dan Panas
Liu Chengliang dkk. memperkenalkan metode untuk menyiapkan perekat struktural akrilik yang sangat tahan cuaca dalam paten mereka. Dengan menambahkan 0 hingga 30 bagian bahan pengisi anorganik, seperti silika berasap, kalsium karbonat, dan nano-alumina, ke komponen A dan B, perekat tersebut menunjukkan kinerja yang mengesankan:
- Kekuatan Geser Tarik pada Suhu Ruangan: 9,36 MPa (baja tahan karat/PMMA) dan 10,35 MPa (magnesium/PMMA).
- Kekuatan Geser Tarik Setelah Penuaan: Nilai retensi sebesar 9,83 MPa dan 9,64 MPa setelah 2 minggu pada suhu 85°C dan kelembapan 85%, dengan laju retensi masing-masing sebesar 105% dan 93%.
Pengaturan Ketahanan Korosi
Penggunaan perekat struktural akrilik dapat mengurangi atau menghilangkan kebutuhan untuk operasi penyelesaian yang mahal seperti pemasangan paku keling dan pengelasan, sehingga menghasilkan tampilan yang lebih menarik secara estetika dengan lebih sedikit lubang atau titik tegangan yang rentan terhadap korosi. Berbagai logam dapat direkatkan dengan risiko korosi galvanik yang lebih rendah. Peningkatan ketahanan terhadap korosi dapat dicapai dengan menambahkan campuran molibdat logam (misalnya, seng molibdat, kalsium molibdat, barium molibdat, atau strontium molibdat) dan bahan pengisi inert seperti seng fosfat, kalsium fosfat, dan magnesium fosfat.
Peraturan Properti Lainnya
Selain meningkatkan sifat mekanis dan termal, beberapa bahan pengisi anorganik berperan penting sebagai agen tixotropik, pengental, dan agen penguat. Bahan pengisi ini dapat secara efektif mengubah berbagai karakteristik sistem perekat struktural akrilik dua komponen, termasuk kepadatan, viskositas, dan tiksotropi. Liu Suyu dkk. mengembangkan metode untuk membuat perekat akrilik yang dirancang khusus untuk merekatkan skirting otomotif. Dalam formulasi ini, kalsium karbonat digunakan sebagai bahan pengisi utama. Penambahan kalsium karbonat menghasilkan beberapa hasil yang bermanfaat:
- Tiksotropi Tereduksi:Perekat menjadi lebih mudah diaplikasikan dan dikikis.
- Suhu Eksotermik Rendah: Suhu eksotermik dikurangi dari 115°C hingga di bawah 85°C, sehingga menghasilkan pengawetan yang lebih stabil.
- Penyusutan Pengeringan Diminimalkan: Penyusutan pengeringan dijaga di bawah 1%, sehingga secara efektif memperpendek waktu konstruksi.
Kesimpulan
Bila menghadapi tantangan dalam formulasi perekat, pertimbangkan untuk memanfaatkan bahan pengisi anorganik. Fleksibilitasnya dapat memberikan solusi efektif untuk berbagai masalah.