چسب های پلیمری

چکیده

در این مقاله سعی شده است چسب‌های پلیمری به‌طور مختصر موردبررسی قرار گیرند. تاریخچه‌ی مصرف این چسب‌ها، دسته‌بندی انواع آن‌ها، شرایط و چگونگی تولید این چسب‌ها و خواص و کاربردهایشان مواردی هستند که در این مقاله به آن‌ها پرداخته خواهد شد و مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

مقدمه

چسب‌ها بسته به خواص فیزیکی و شیمیایی مواد مختلف و شرایطی که تحت آن چسبندگی اعمال می‌شود، به علل مختلفی موجب چسبیدن و پیوند دو سطح می‌شوند. بررسی این نیروها و دانستن خواص سطح مشترک بین چسب و جزء تحت عمل، خاصیت پیوستگی چسب و رفتار اتصال چسب )روانی چسب ( برای حصول حداکثر سطح مشترک ممکن و چسبندگی مطلوب لازم است. اما این موارد اصولاً برای دسته‌بندی چسب‌ها مورداستفاده قرار نمی‌گیرد و چسب‌ها معمولاً بر اساس موارد مختلفی همچون منشا و مبدأ تولید چسب، اجزایی که برای پخت (  curing)  چسب موردنیاز است، ساختار و ماهیت چسب‌ها پس از پخت و نوع پخت دسته‌بندی می‌شوند.

اما در اکثر موارد چسب‌ها بر اساس دو روش اصلی که برای پخت و تشکیل اتصالات عرضی در چسب‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند به دودسته عمده تقسیم می‌شوند. چسب‌هایی که طی فرایند شیمیایی پخت می‌شوند و چسب‌هایی که طی یک فرایند فیزیکی پخت می‌شوند.

امروزه چسب‌های پلیمری کاربردهای بسیار وسیع و گسترده‌ای در صنعت دارند. اگر نگاهکوتاهی بی اندازیم متوجه می‌شویم که چسب‌ها در ساخت انواع لوازم‌خانگی، ابزارالکترونیکی، کتب و منسوجات خانگی، وسایل نقلیه و هواپیماها کاربردهای بسیاری دارند.

تاریخچه

استفاده از چسب توسط بشر به دوران مصر باستان بازمی‌گردد. در آن زمان از چسب برای چسباندن پایپروس، نی و روکش استفاده می‌کردند. اکثر چسب‌هایی که در آن زمان مورد مصرف بشر بوده است بر پایه پروتئین‌های حیوانی و نشاسته بودند مانند صمغ عربی که مصریها معمولاً از آن استفاده می‌کردند. اولین کارخانه چسب در مقیاس تجارتی در سال ۱۷۰۰ در انگلستان تأسیس شد، اما پیشرفت‌های گسترده‌تر در صنعت چسب در اوایل قرن بیستم و هم‌زمان با پیدایش پلیمرهای مصنوعی حاصل گشت. از آن زمان به بعد تاریخچه تکنولوژی چسب‌ها با تاریخچه پلیمرهای مصنوعی گره خورد. مصرف رزین‌های فنولیک در ساخت تخته‌های چند لایی در سال ۱۹۱۲ شروع شد. در سال ۱۹۲۰ چسب‌های سلولز به بازار آمدند و ارسال ۱۹۲۷ چسب‌های لاستیکی توسط گودریچ عرضه شدند. پس از جنگ جهانی دوم در سال ۱۹۵۰ و با توسعه چسب‌های پلی‌استر، پلی اورتان ها، سیلیکون‌ها و اپوکسی ها توسعه چسب‌ها پربارتر شد. در سال ۱۹۶۵ اتیلن، اتیلن وینیل استات، پلی وینیل اتر و سیانواکریلات برای کاربردهای چسب معرفی شدند. امروزه همگام با پیشرفت صنایع پلیمری تقریباً هرسال چسب‌های جدیدتری به دنیای صنعت معرفی می‌شوند.

تئوری‌های چسبندگی

نیروهای چسبندگی معمولاً بر اساس مکانیسم‌های مولکولی مانند نظریه‌ی درگیری مکانیکی،

نظریه جذب سطحی، نظریه الکترونی و نظریه نفوذ بررسی می‌شوند. نظریه درگیری مکانیکی که در سال ۱۹۴۰ توسط بیکرمن ارائه شد. بر اساس این تئوری سطح اجسام در هنگام چسبندگی درهم‌فرورفته و از طریق اتصالات قلاب مانند به هم متصل می‌شوند. طبق این تئوری هرچه مواد ناصاف‌تر باشند مقاومت اتصال بیشتر است. نظریه جذب سطحی بر مبنای نیروهای کشش سطحی تعریف می‌شود. نظریه الکترونی نیز چسبندگی میان دو سطح را در اثر نیروهای الکترونی ایجادشده توسط جابه‌جایی الکترون‌ها بین دو سطح می‌داند. نظریه نفوذ نیز اولین بار توسط یک دانشمند روسی مطرح شد و چسبندگی دو سطح را این‌گونه توصیف می‌کند که هنگامی‌که دو سطح پلیمری بر روی‌هم قرار می‌گیرند، مولکول‌های پلیمر از یک سطح به سطح دیگر انتقال میابند و درواقع دو سطح در هم فرو می‌روند و همین باعث چسبیدن دو سطح می‌شود.

تقسیم‌بندی چسب‌های پلیمری

چسب‌ها بر اساس منشأ و مبدأ تولیدشان به دودسته چسب‌های پلیمری طبیعی و چسب‌های پلیمری سنتزی تقسیم می‌شوند. همچنین بر اساس ساختار و ماهیتشان پس از پخت به سه دسته چسب‌های ترموست، چسب‌های الاستومر و چسب‌های ترموپلاست تقسیم می‌شوند. اساس نوعپخت به دودسته عمده چسب‌هایی که تحت فرایند شیمیایی پخت می‌شوند و چسب‌هایی که تحت فرایند فیزیکی پخت تقسیم می‌شوند. در این مقاله دسته‌بندی چسب‌های پلیمری براساس منشأ و دسته‌بندی چسب‌ها بر اساس فرایند پخت موردبررسی قرار خواهد گرفت.

چسب‌های طبیعی

در صنایع مختلف به‌طور عمده از چسب‌های سنتزی استفاده می‌شود اما گاهی به خاطر تولید سریع و یا صرفه اقتصادی و یا موارد خاص دیگر از چسب‌های طبیعی استفاده می‌شود. این چسب‌ها سازگاری بیشتری با طبیعت دارند و عموماً شامل پروتئین‌ها، نشاسته، سلولز و مشتقات آن، صمغ برخی درختان، رزین‌ها و موم‌ها می‌باشند. چسب‌های طبیعی به سه دسته عمده چسب‌های پایه پروتئین، چسب‌های لاستیکی و چسب‌های پایه نشاسته تقسیم می‌شوند.

چسب‌های پایه پروتئین

این چسب‌ها به‌طور عمده از پروتئین سویا، پروتئین شیر و کلاژن تشکیل می‌شوند. این پروتئین‌ها در آب، اسید و باز حل می‌شوند و چون انحلال‌پذیری آن‌ها در آ ب مناسب است مصرف این مواد آسان است. این چسب‌ها بیشتر در ساخت چسب‌های صحافی مصرف میشوند.

چسب‌های پایه نشاسته

این چسب‌ها قدرت چسبندگی بالایی دارند، بسیار ارزان هستند و به‌طور گسترده در دسترس هستند. برای افزایش قدرت چسبندگی نشاسته آن را در شرایط بازی با آمین هالید های نوع سه و چهار یا اپوکسید ها واکنش می‌دهند و نشاسته کاتیونی تولید می‌کنند که بیشتر در صنایع کاغذ و مقوا کاربرد دارد.

چسب‌های لاستیکی

ماده خام برای این چسب‌ها از درختان هوآ به دست می‌آید. این ماده با اسید و یا تحت گرما لخته می‌شود و یک پلیمر لاستیک مانند ایزوپرن به دست می‌آید. چسب‌های پایه لاستیک عمدتاً به شکل مواد پیوند خورده با متیل متاکریلات استفاده می‌شود. در این پلیمر ها زنجیراصلی لاستیک طبیعی و پلی متیل متاکریلات زنجیره‌های جانبی هستند. این چسب‌ها بیشتر درصنایع نساجی استفاده می‌شوند.

چسب‌های پلیمری سنتزی

این چسب‌ها شامل مشتقات وینیلی)مانند پلی وینیل الکل(، رزین‌های اپوکسی)محصول دی ال و اپی کلروهیدرین(، پلی اورتان ها)محصول دی ال و دی ایزوسیانات ها(، پلاستیک‌های فنولی)محصول ساخته‌شده از کربامید و ملامین( و لاستیک‌های سنتزی )محلول پلی بوتادی ان( می‌باشند.

چسب‌های سیانوآکریلاتی

چسب‌های سیانوآکریلاتی یا چسب‌های قطره‌ای به گروه مشتقات وینیل سنتزی تعلق دارند.

این چسب‌ها براثر رطوبت موجود در هوا خیلی سریع پیوند ایجاد می‌کنند. این پیوندها عموماٌ بسیار قوی هستند و به همین خاطر استفاده چند قطره از این چسب‌ها برای ایجاد اتصالی قوی و مطلوب کافی است. در مقابل این چسب‌ها مقاومت گرمایی پایینی دارند و همچنین بوی تند و سختی در هنگام استفاده از آن‌ها استشمام می‌شوند. که برای رفع این معایب از کربوکسیلیک اسید انیدرید برای افزایش مقاومت گرمایی و از متوکسی اتیل برای رفع بوی نامطلوب استفاده می‌شود.

چسب‌های یورتانی

این چسب‌ها از واکنش تراکمی ایزوسیانات ها و دی ال ها تولید می‌شود. این چسب‌ها عموماً به شکل تک جزئی یا دوجزئی، چسب‌های گرم واکنش‌پذیر، چسب‌های آبی یا محلولی و چسب‌های گرما فعال عرضه می‌شوند. این چسب‌ها ویسکوزیته بالایی دارند و به همین خاطر اغلب در حلال‌هایی مانند تولوئن حل می‌شوند. این چسب‌ها در صنایع لاستیک، صنایع فلزی و صنایع چوب مورداستفاده قرار می‌گیرند.

چسب‌های بی‌هوازی

این چسب‌ها چسب‌های پلیمری تک جزئی، مایع یا خمیر هستند که در غیاب هوا پخش میشوند. این چسب‌ها را می‌توان به مدت طولانی در معرض هوا نگهداری نمود. چسب‌های بی‌هوازی عمدتاً برای چسباندن قطعات فلزی مانند یاتاقان‌ها و پیچ‌های اطمینان استفاده می‌شوند.

چسب‌های پخت شونده با واکنش شیمیایی

این گروه شامل چسب‌های ساخته‌شده طی یک فرایند شیمیایی می‌باشند. که این فرایندشیمیایی پلیمریزاسیون زنجیره‌ای یا پلیمریزاسیون مرحله‌ای می‌باشد. به‌طوری‌که مونومرهاطی این فرایند به یکدیگر متصل می‌شوند و زنجیره‌های پلیمری را ایجاد می‌کنند. این گروه از چسب‌ها به سه دسته عمده تقسیم می‌شوند. دسته اول چسب‌های پلیمری مانند سیانوآکریلات ها یا چسب‌های قطره‌ای، چسب‌های بی‌هوازی و چسب‌های پایه لاستیک. دسته دوم چسب‌های تهیه‌شده با پلیمریزاسیون افزایشی مانند رزین‌های اپوکسی و چسب‌های پلی اورتان و دسته سوم چسب‌هایی که طی پلیمریزاسیون تراکمی تهیه می‌شوند مانند چسب‌های رزین فنول فرمال دهید.

چسب‌های پخت شونده با واکنش فیزیکی

این گروه چسب‌های پلیمری طی فرایندهای فیزیکی مانند تبخیر حلال، تأثیر گرما و تأثیر فشارپخت می‌شوند. این گروه نیز به سه دسته عمده تقسیم می‌شوند. دسته اول چسب‌های پایهحلال مانند نیتریل سلولز و لاستیک نیتریل. دسته دوم چسب‌های مذاب مانند کو پلیمرهای اتیلن وینیل استات و دسته سوم چسب‌های حساس به فشار یا زنده مانند پلی کلروپرن، سیلیکون و چسب‌های پایه کائوچوی طبیعی .

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

همان‌طور که گفته شد چسب‌ها کاربردهای بسیار وسیعی در زندگی بشر دارند. چسب‌ها دربسیاری از چیزهایی که در اطراف ما وجود دارد وجود دارند. آمارها نشان می‌دهند که طی ۱۰سال گذشته مصرف جهانی چسب ۵۰ درصد رشد داشته که چسب‌های پلی متیل متاکریلات با۱۷۵ درصد بیشترین میزان رشد را به خود اختصاص داده است. بنابراین بررسی انواع چسب‌ها،خواص و ویژگی‌هایشان به ما کمک می‌کند تا معایب آن‌ها را طی کاربردهای مختلف آن‌ها بیابیم و در پی رفع این معایب و بهبود خواص آن‌ها برآییم.

منابع:

  1. http://www.blog.polymerhome.com/history-of-adhesive-technology
  2. http://www.roshd.ir/default.aspx?SSOReturnPage=Check&Rand=0
  3. http://www.adhesiveandglue.com/classification-adhesives.html
  4. مبانی مهندسی پلیمریزاسیون، جلد ۱، وحید حدادی اصل،
شما باید وارد شویدتا بتوانید دیدگاه خود را ارسال کنید