名古屋工業大學以其結合交換性樹脂的研發成果,開發出新式樹脂材料接著技術,1 cm2的接著面積可展現13 kg以上的強接著力。
常見的溶劑型接著劑大多含有揮發性有機化合物(VOC),導致危害人體健康與環境的問題,而新技術完全不使用接著劑,將可望藉此解決此類問題。名古屋工業大學擁有「結合交換性樹脂」的研發經驗,而結合交換(Bond Exchange)係指構成樹脂的高分子鏈結合因外部刺激進行重組的情況。此次的研究則是讓相異的樹脂間發揮「接觸界面」上的結合交換作用,即使是熱塑性樹脂與架橋橡膠兩種不同的樹脂,仍可展現出無接著劑的強力接著性能。過去的研究成果雖然賦予了架橋樹脂整體的結合交換性,但不同種類的樹脂間接著則須讓樹脂界面上的「結合交換」發生作用。透過界面發生的無數個結合交換、產生多個橫跨必要界面的結合以實現強力接著的效果。
為了調查界面上結合交換的進行情況,研究團隊針對接著面附近進行了分析。TPU可被有機溶媒溶解,但丙烯酸橡膠(Acrylic Rubber)為架橋樹脂不溶於溶媒。意即將接著在一起的積層體浸漬於有機溶媒後,TPU會被溶解、洗淨,丙烯酸橡膠則會殘留,並推測界面因結合交換而連結的TPU層會有些微的殘留。將洗淨並乾燥後的丙烯酸橡膠表面以FT-IR分析法與掃描式電子顯微鏡(SEM)進行能量散射光譜分析(EDS),可觀察到TPU由來的訊號。另一方面,未利用觸媒而進行熱處理的積層體完全觀測不到TPU由來的訊號。由此推論,以此設計手法展現的接著性係透過結合交換而形成。
此外,影響接著力的關鍵因素之一是跨界面鍵結數量的生成量,而此數量取決於熱處理時間。因此,研究也確認了在固定溫度120℃的條件下,透過調整熱處理時間可系統性地控制接著力。此外,研究預測可透過調整溫度控制從弱到強的接著力。由於TPU即使在最高溫度140℃仍不會熔融(140℃低於其熔點),因此可安全進行熱處理。實驗結果與預測一致,顯示接著強度隨溫度升高而增強。
透過研究可知,在100℃的熱處理條件下,界面破壞發生,而在140℃時,則出現丙烯酸橡膠本體的破壞(Bulk Fracture)。從工業應用的角度而言,預接著(Pre-Bonding)與正式接著(Main Bonding)可能會在不同的製程階段進行,因此,能夠透過調整接著條件以控制強弱是一項極具實用性的特性。此次研究成功利用界面結合交換機制,在不使用接著劑的情況下,實現了樹脂-樹脂的接著,並且透過調整接著條件(時間與溫度)有效控制接著強度。新技術可望應用於建築、汽車、航空、日用品等各領域,將能有助於實現接著製程的簡易化與低資源化,具有工業應用上的意義。