پلی وینیل استات به طور عمومی با نام PVAc یا PVA میشناسند. این ماده یک پلیمر سنتزی است که در دستهی پلیمرهای ترموپلاست یا گرمانرم جای میگیرد. پلیمرهای ترموپلاست با افزایش دما بدون تغییر شیمیایی ذوب میشوند. این پلیمرها در دمای اتاق انعطافپذیر هستند و میتوان آنها را به دفعات ذوب و دوباره جامد نمود. چسب های نجاری که برای صنایع چوبی مورد استفاده قرار میگیرند، از جمله چسب های پلی وینیل استات هستند.
این چسب ها نحوه استفاده بسیار آسانی دارند و به آسانی توسط آب پاک میشوند. در صورت تماس با پوست مشکلی ایجاد نخواهندکرد و گاز یا دود خطرناکی را نیز آزاد نمیکنند. اما این چسب ها در برابر رطوبت مقاومت اندکی دارند. چسب های پلی وینیل استات در چسباندن مواد متخلخل از جمله چوب، کاغذ و مقوا عملکرد بسیار مطلوبی دارند. بسیاری از چسب های PVA سفید رنگ هستند و در طیف گستردهای از صنایع کاربرد دارند.
تاریخچه
این چسب برای اولین بار در ژوئن ۱۹۱۲ توسط دکتر ف. کلات ارائه و ثبت گردید. در فاصله سالهای ۱۹۱۵ تا ۱۹۲۵، تلاشهای بسیاری جهت پلیمریزاسیون انواع مونومرهای وینیلی انجام گرفت و در سال ۱۹۳۰ پلی وینیل استات در مقیاس تجاری عرضه شد. اما به طور مشخص پس از جنگ جهانی دوم بود که این پلیمر به طور گسترده به خصوص در صنایع رنگسازی و چسبسازی مورد استفاده قرار گرفت.
مونومر وینیل استات
وینیل استات یک مایع آتشگیر و بیرنگ است که آن را با فرمول شیمیایی C۴H۶O۲، میشناسند. در دمای حدود ۲۰ درجه سانتی گراد دارای گرانروی ۰.۴ بوده و در دمای حدود ۲۵ درجه سانتی گراد انحلالپذیری آن در حدود ۲% است. دمای جوش آن نیز ۷۲.۷ درجه سانتی گراد است. در ابتدا مونومر وینیل استات از واکنش استیلن و استیک اسید در مجاورت کاتالیزورهای مناسب تولید میشد. اما امروزه این فرایند شامل واکنش اتیلن و اسید استیک با اکسیژن در حضور یک کاتالیزور (عموماً پالادیوم) است.
پلیمریزاسیون وینیل استات
پلیمریزاسیون مونومرهای وینیل استات از طریق روشهایی از جمله پلیمریزاسیون تودهای، محلولی و امولسیونی انجام میشود. واکنش عموماً با رادیکالهای آزاد یا کاتالیزورهای یونی آغاز و کنترل میشود. این فرایند با اتصال یک رادیکال آزاد یا یون به یک مولکول وینیل استات آغاز میشود. آغازگر معمولاً یک رادیکال آزاد است که از یک پروکسید از قبیل بنزوئیل پراکسید یا هیدروژن پر اکسید گرفته میشود. مولکول حاصل از اتصال آغاز گر با مونومر اولیه، به شدت واکنشپذیر شده و با مونومرهای دیگر ترکیب میشود. در نهایت برای اختتام پلیمریزاسیون با رادیکال آزاد دو روش Radical combination و Disproportionation گستردگی بیشتری دارند. در روش اول دو رادیکال آزاد به هم برخورد کرده پیوند برقرار خواهند کرد.
روش دوم
در روش دوم رادیکال آزاد روی پیوند مجاور قرار میگیرد از طرف دیگر هیدروژن متصل به اتم کربن جدا میشود و یک پیوند دوگانه برقرار خواهدشد. هیدروژن جداشده نیز به عنوان رادیکال آزاد، با رادیکال آزاد روی زنجیره ی مجاور برخورد کرده پیوند برقرار میشود و در نهایت پلیمریزاسیون اتمام میابد. اما در پلیمریزاسیون با آنیون یونها نمیتوانند با هم برهم کنش دهند و فرایند تا زمانی که مونومرها در محیط موجود باشند ادامه میابد و ختم فرایند در واقع تمام شدن مونومرها است. در سالهای اخیر، پلی وینیل استات با ساختار معین در سنتز کوپلیمرهای دستهای به وسیلهی پلیمرشدن رادیکالی کنترل شده بسیار مورد استفاده قرار گرفتهاست.
در این فرایند مونومر وینیل استات در واکنش تلومرشدن با کلروفرم فعال میشود و تولید اولیگومر هالوژندار میکند. پلیمر شدن رادیکالی انتقال اتم مونومر وینیل استات به آسانی انجام نمیشود. فرایند پایان واکنش و انتقال زنجیر وینیل استات، کنترل پلیمر شدن وینیل استات را دشوار میکند. کنترل واکنش پلیمر شدن مونومر وینیل استات به شکل پلیمر شدن رادیکالی پایدار در حالت محلول با تری اتیل آمین انجام میشود و تبدیل پلی وینیل استات با توزیع وزن مولکولی کمتری افزایش مییابد.
فرمولبندی چسب های پلی وینیل استات
برای فرمولبندی یک چسب چوب PVAc، به عوامل متعددی باید توجه نمود. برخی این عوامل گهگاه با یکدیگر تناقض دارند. به طوری که بهبود یکی موجب اختلال در دیگری میشود. از این رو پارامترهای موجود با توجه به کاربرد نهایی چسب، مورد بررسی قرار میگیرند به شکلی که ویژگی مورد نظر برای یک کاربرد خاص، در چسب بهبود یابد. برخی از این عوامل عبارتند از:
- آمادهسازی سطح
- کاربرد
- شرایط همگذاری
- شرایط کار فراورده
- ظاهر چسب
- شرایط نگهداری چسب و قیمت
عموماً در یک چسب PVAc چند جزء مختلف با یکدیگر مخلوط میشوند. در محصول نهایی هر جزء نقش خاصی دارد. برای فرمولبندی موفقیتآمیز یک چسب، نه تنها لازم است میزان عملکرد آن را بدانیم بلکه لازم است با نقش و عمل هر جزء نیز آشنا باشیم.
نرم کنندهها
یکی از اجزاء این چسبها، نرم کنندهها هستند. میتوان گفت نرم کنندهها حلالهایی با دمای جوش بالا و فشار بخار کم هستند. به همین جهت این مواد عموماً به طور دائمی در غشای خشکشده باقی میمانند. نرم کنندهها غشایی را در اطراف ذرات چسب تشکیل میدهند. این کار موجب میشود فاصله ی بین ذرات بیشتر شود و در نتیجه نیروهای بین آنها کاهش یابد. نرم کنندهها موجب افزایش انعطافپذیری غشای خشکشده میشوند و حداقل دمای تشکیل غشای چسب را کاهش میدهند. اما این مواد تمایل چسب به خزش تحت بار را افزایش میدهند. از این رو در چسباندن قطعاتی که تحت تنش و فشار هستند نباید استفاده شوند.
حلالها
حلالها نیز یکی دیگر از اجزاء چسب ها هستند. میتوان گفت حلالها تاثیری مشابه نرمکنندهها دارند با این تفاوت که تاثیر حلالها تقریبا موقتی است. به همین جهت حلالهای که با PVAc سازگاری زیادی دارند، دمای جامد شدن PVAc را کاهش میدهند و به تشکیل لایههای همگن کمک میکنند. برخی از حلالهای پر کاربرد عبارتند از : الکل های سبک، انواع استرها، کتون ها، هیدروکربن های آروماتیک و حلال های کلر دار.
پرکنندهها
یکی دیگر از اجزای این چسبها، پرکنندهها هستند. پرکنندهها عموماً مواد بیاثری هستند که برای کاهش قیمت، افزایش مواد جامد (افزایش میزان استحکام چسب)، افزایش گرانروی، کاهش میزان نفوذ و بهبود خواص شکاف پرکنی امولسیون استفاده میشود. از معایب این مواد میتوان به مواردی از جمله افزایش فرسایش در چسباندن برخی از قطعات در کارهای ماشینی اشاره کرد. متداولترین پرکنندهها عبارتند از : کربنات کلسیم، تری هیدرات آلومینیوم، باریم سولفات، سیلیکا، خاک رس کالوئن، دوده، دی اکسید تیتانیوم، گرافیت، اکسید روی، اکسید های آهن، ماسه، خاک اره، الیاف شیشه، میکا، پودر مس و پودر نقره.
محصولات
