Addition of nanosilicas with different silanol content to thermoplastic polyurethane adhesives

Abstract

Three nanosilicas with different silanol contents were prepared by treatment of hydrophilic fumed silica with dimethyldichlorosilane. This treatment reduced the silanol content and produced the particle agglomeration of the nanosilicas. Thermoplastic polyurethane (TPU) adhesives containing nanosilicas were prepared and characterized by FTIR spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC), plate-plate rheology, dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), transmission electron microscopy (TEM) and stress-strain testing. Adhesive strength was obtained from T-peel tests of PVC/polyurethane adhesive joints. The addition of hydrophilic nanosilicas favoured the degree of phase separation between the hard (i.e. isocyanate+chain extender) and soft (i.e. polyol) segments in the TPUs; the higher the silanol content on the surface of silica, the higher the degree of phase separation, and the crystallinity of the polyurethane (due to the soft segments) was also increased. Hydrogen bonds between the ester carbonyl groups in the TPU and the silanol groups on the silica surface were created and more favoured by increasing the silanol content. The tensile strength increased and the elongation at break of the polyurethane decreased by increasing the silanol content of the nanosilica. Addition of nanosilica increased the immediate adhesion of the polyurethane adhesives to PVC, irrespective of the silanol content on the nanosilica. The higher the mechanical and the rheological properties of the polyurethanes containing nanosilicas with different silanol content, the higher the final adhesive strength. © 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Se prepararon tres nanosílices con diferentes contenidos de silanol mediante el tratamiento de sílice pirógena hidrófila con dimetildiclorosilano. Este tratamiento redujo el contenido de silanol y produjo la aglomeración de partículas de las nanosílices. Se prepararon adhesivos de poliuretano termoplástico (TPU) que contenían nanosílices y se caracterizaron mediante espectroscopia FTIR, calorimetría diferencial de barrido (DSC), reología placa-placa, análisis térmico mecánico dinámico (DMTA), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y pruebas de tensión-deformación. La fuerza adhesiva se obtuvo a partir de pruebas de pelado en T de juntas adhesivas de PVC/poliuretano. La adición de nanosílices hidrofílicas favoreció el grado de separación de fases entre los segmentos duros (es decir, isocianato + extensor de cadena) y blandos (es decir, poliol) en los TPU; cuanto mayor era el contenido de silanol en la superficie de la sílice, mayor era el grado de separación de fases y también aumentaba la cristalinidad del poliuretano (debido a los segmentos blandos). Los enlaces de hidrógeno entre los grupos éster carbonilo en el TPU y los grupos silanol en la superficie de sílice se crearon y se vieron más favorecidos al aumentar el contenido de silanol. La resistencia a la tracción aumentó y el alargamiento a la rotura del poliuretano disminuyó al aumentar el contenido de silanol de la nanosílice. La adición de nanosílice aumentó la adhesión inmediata de los adhesivos de poliuretano al PVC, independientemente del contenido de silanol en la nanosílice. Cuanto mayores sean las propiedades mecánicas y reológicas de los poliuretanos que contienen nanosílices con diferente contenido de silanol, mayor será la fuerza adhesiva final. © 2005 Elsevier Ltd. Todos los derechos reservados.