Chimie des adhésifs sensibles à la pression

Un ruban ASP typique se compose d'un adhésif sensible à la pression (la partie collante du ruban) appliqué sur un matériau de support. Pour empêcher l'adhésif de coller au support lorsqu'il est conditionné en rouleau, un agent de libération (en) est appliqué au support ou une doublure anti-adhésive (en) est placée sur l'adhésif. Parfois, un apprêt est appliqué entre l'adhésif et le support pour renforcer l'adhérence.

Les rubans adhésifs sensibles à la pression nécessitent généralement une légère pression pour assurer la liaison avec un substrat. Cette exigence de basse pression permet une application facile sur des surfaces en utilisant simplement les doigts ou les mains pour appliquer une pression. La pression appliquée au ruban permet au ruban d'avoir un meilleur contact avec la surface et permet aux forces physiques entre les deux de s'accumuler. Habituellement, une pression d'application accrue augmente la liaison de l'adhésif au substrat. Les tests de laboratoire sur bande PSA sont souvent effectués avec un rouleau de 2 kg pour augmenter l'uniformité du test[12]. Les ASP sont capables de maintenir leur pouvoir collant à température ambiante et ne nécessitent pas l'utilisation d'additifs tels que l'eau, les solvants ou l'activation thermique pour exercer de fortes forces adhésives sur les surfaces. En raison de cela, les ASP peuvent être appliqués sur une variété de surfaces telles que le papier, les plastiques, le bois, le ciment et le métal. Les adhésifs ont une tenue cohésive et sont également élastiques, ce qui permet aux ASP d'être manipulés à la main et également d'être retirés d'une surface sans laisser de résidu.

La plupart des ASP sont les mieux adaptés pour être utilisés à des températures modérées d'environ 15 à 35 °C[11]. Dans cette plage de températures, les adhésifs typiques maintiennent leur équilibre en comportement visqueux et élastique où un mouillage optimal de la surface peut être obtenu. À des températures extrêmement élevées, la bande peut être capable de s'étirer plus qu'elle ne le pourrait initialement. Cela pourrait causer des problèmes après l'application sur la surface, car si la température baisse, le ruban peut subir des contraintes supplémentaires. Cela peut conduire le ruban à perdre une partie de sa zone de contact, ce qui réduit son adhérence au cisaillement ou sa puissance de maintien. À des températures plus basses, les polymères adhésifs deviennent plus durs et plus rigides, ce qui abaisse l'élasticité globale du ruban et commence à réagir comme du verre. L'élasticité inférieure rend plus difficile le contact des adhésifs avec la surface et diminue sa capacité d'humidité. Un adhésif peut être formulé pour maintenir l'adhérence à des températures plus froides ou une plus grande quantité de revêtement adhésif sur le ruban peut être nécessaire. Le support des adhésifs peut également être plastifié pour abaisser sa température de transition vitreuse et conserver sa souplesse.

Schéma des forces présentes en raison de la dilatation/contraction thermique du ruban adhésif.

Un adhésif sensible à la pression subira diverses conditions tout au long de sa durée de vie. Ces conditions affectent l'une des parties suivantes du ruban: la surface ou le volume. La surface est simplement la partie de la bande qui est exposée à l'environnement pendant toute sa durée de vie. Le volume est tout ce qui se trouve sous la surface du ruban, c'est-à-dire les interactions qui se produisent entre le substrat et la partie adhésive du ruban.

La surface du ruban subira diverses conditions qui lui seront imposées telles que des températures variables, des niveaux d'humidité, des niveaux d'exposition aux UV, une usure mécanique ou même une dégradation de l'adhésif exposé à la surface. Bien que la masse subisse une usure mécanique et une dégradation de l'adhésif, ces effets ne sont pas aussi répandus ou aussi importants dans la masse qu'ils le sont à l'intérieur de la surface. La réponse du ruban à des conditions variables est largement due à la composition adhésive et de support ainsi qu'aux propriétés adhésives telles que la température de transition vitreuse et les interactions adhésif-substrat dues à la force d'adhésion.

De nombreux facteurs dans l'environnement peuvent affecter l'usure de la surface du ruban adhésif[15]. Même la perspective de changements rapides des conditions environnementales peut suffire à provoquer une défaillance du substrat. Par exemple, un refroidissement rapide peut faire rétrécir considérablement le substrat alors que l'adhésif reste stationnaire. Cette force de traction peut être suffisante pour provoquer des déchirures dans le substrat diminuant l'adhérence du substrat. Ainsi, la défaillance du substrat est basée sur la réponse du substrat à diverses conditions environnementales ainsi que sur la vitesse à laquelle ces conditions changent. Un ruban adhésif appliqué dans un cadre modéré connaîtra une gamme de températures plus petite que celle appliquée dans un désert chaud. La défaillance du substrat est largement basée sur les changements de température, car ceux-ci sont les plus susceptibles de se produire et les plus susceptibles d'affecter le substrat de manière importante.

Cependant, le substrat peut encore être affecté par l'humidité et l'exposition aux UV[15] si le substrat est appliqué dans un environnement pour lequel il n'a pas été conçu[16]. Par exemple, on pourrait obtenir une défaillance du substrat en utilisant un ruban qui a été conçu pour être utilisé dans un désert dans un endroit comme la Floride. La différence de température n'est peut-être pas très grande, mais il y a une énorme différence d'humidité. Tout effet environnemental sur le substrat dépend de l'identité et de la fonction du substrat.

Schéma des forces présentes en raison de l'usure mécanique du ruban adhésif.

L'usure mécanique dépend largement de l'amplitude et de la direction des efforts exercés sur le système[17]. Ces forces pourraient être directement appliquées au ruban adhésif lui-même comme pour tenter de décoller le ruban ou pourraient être appliquées indirectement au ruban par manipulation du substrat auquel le ruban adhésif adhère. Ce dernier est illustré sur la figure de droite. Il faut noter que la figure suppose que le ruban adhésif maintient ensemble deux morceaux de substrat séparés et que la torsion des deux morceaux dans des directions opposées n'a pas été notée.

L'usure d'un ruban adhésif lorsqu'il glisse sur un substrat peut être estimée à l'aide de la loi d'Archard sur l'usure de l'adhésif, où ${\displaystyle H}$ et ${\displaystyle k_{w}}$ sont les coefficients de dureté et d'usure du ruban adhésif, ${\displaystyle \nu }$ est la distance à laquelle l'adhésif est traîné sur la surface du substrat, ${\displaystyle F_{L}}$ est la charge normale totale agissant sur le ruban adhésif, et ${\displaystyle \Psi }$ est le volume de ruban adhésif perdu lors du glissement[18].

${\displaystyle \Psi =k_{w}{F_{L}\nu \over H}}$ [Loi d'Archard sur l'usure adhésive]

Les principaux facteurs affectant la masse du ruban adhésif sont la température et l'usure mécanique. Les changements de température et les extrêmes peuvent entraîner une dégradation du substrat et de l'adhésif, tandis que l'usure mécanique peut provoquer un délaminage du ruban adhésif en fonction de l'ampleur et de la direction des forces appliquées. La dégradation du substrat, bien que peu probable, pourrait également entraîner un délaminage, bien que cela soit spécifique au cas et à l'environnement.

L'adhésif est largement affecté par la température car les adhésifs polymères sont couramment utilisés aujourd'hui. Les matériaux polymères utilisés aujourd'hui sont des matériaux viscoélastiques, ce qui permet une application facile et une adhérence rapide au substrat. La dégradation de l'adhésif dans la masse est en grande partie due aux effets de la température, qui réduisent l'adhérence provoquant le délaminage du ruban adhésif[17]. Une température trop basse peut amener l'adhésif polymère à entrer dans son état de verre en devenant très cassant et en réduisant l'adhérence[11]. L'élévation de la température, par contre, rend le polymère plus fluide et plus mobile. Lorsque la mobilité augmente, l'adhérence du polymère est réduite lorsque le polymère commence à s'écouler au lieu d'adhérer. Les deux températures extrêmes entraînent finalement une délamination. La plage de température idéale dépend largement de l'identité de l'adhésif, qui se résume à la structure du polymère. Plus la chaîne polymère est rigide, plus les forces intermoléculaires entre les chaînes polymères sont fortes, et plus les interactions entre le substrat et l'adhésif seront fortes, en fin de compte, une forte adhérence et, par conséquent, une plage de température idéale plus élevée pour l'adhésion.

Cela étant dit, afin d'éviter la délamination, le choix d'un ruban adhésif doit être basé sur les conditions que le ruban subira au cours de sa durée de vie[16]. Ce processus de sélection réduira les chaînes de dégradation et de défaillance du ruban adhésif survenant pendant la durée de vie du ruban bien qu'il n'y ait aucune garantie que ce processus en évitera complètement la possibilité.

Les bandes ASP usagées sont des matériaux composites et ne sont pas recyclées en nouvelles bandes. Cependant, leurs effets possibles sur la recyclabilité des produits sur lesquels ils ont été utilisés sont importants. La réutilisation ou le recyclage sont parfois aidés par un ruban pouvant être retiré d'une surface.

Les effets sur la recyclabilité sont particulièrement importants lorsque le ruban est appliqué sur des surfaces en papier, telles que le carton ondulé et d'autres emballages. Lorsque les boîtes en carton ondulé sont recyclées, les bandes de scellage de boîtes recouvertes de film n'entravent pas le recyclage des boîtes : l'adhésif reste avec le support et s'enlève facilement[19] - [20].

Les rubans utilisés dans les usines de fabrication de papier sont parfois conçus pour être répulsibles. Un adhésif répulsif se disperse lorsqu'il est placé dans le lisier chaud de la pulpe

• Istvan Benedek, Adhésifs et applications sensibles à la pression, 2004 (ISBN 0-8247-5059-4)
• J. Johnston, Rubans adhésifs sensibles à la pression, PSTC, 2003 (ISBN 0-9728001-0-7)
• I. Benedek, Formulation sensible à la pression, VSP, 2000 (ISBN 90-6764-330-0)