Ragasztókémia

Ragasztóanyag: bármilyen anyag, amely képes az anyagokat funkcionálisan egymáshoz tartani olyan felület-kötés révén, amely ellenáll az elválasztásnak. A „ragasztóanyag” általános kifejezés magában foglalja a cementet, a nyálkahártyát, a ragasztót és a pasztát - azokat a kifejezéseket, amelyeket gyakran felváltva alkalmaznak minden olyan szerves anyag esetében, amely tapadókötést képez. Szervetlen anyagok, mint például a portlandcement is, ragasztóknak tekinthetők abban az értelemben, hogy tárgyakat, például téglákat és gerendákat tartanak egymással felületi rögzítés útján, de ez a cikk a természetes és a szintetikus szerves ragasztók megvitatására korlátozódik.

A természetes ragasztók az ókor óta ismertek. A 3300 évvel ezelőtt egyiptomi faragványok egy vékony furnérdarab ragasztását ábrázolják annak, amely látszólag a süvérfa deszka. A korai nem szőtt papirusz szövet reedszerű növények szálait tartalmazta, amelyeket lisztpasztával köttek össze. A bitumenet, a famagokat és a méhviaszt az ókorban és a középkorban használták tömítőanyagként (védő bevonatként) és ragasztóként. A megvilágított kéziratok arany levélét tojásfehérje kötötte a papírra, a fa tárgyakat pedig halakból, kürtből és sajtból készült ragasztókkal ragasztották össze. Az állati és a halakragasztók technológiája a 18. század folyamán fejlett, a 19. században pedig gumi- és nitrocellulóz alapú cementeket vezettek be. A ragasztótechnika döntő előrelépése azonban a 20. századra várt, amelynek során a természetes ragasztókat továbbfejlesztették, és sok szintetikus anyag került ki a laboratóriumból a természetes ragasztók helyett a piacon. A repülőgépipar és az űripar gyors növekedése a 20. század második felében súlyos hatással volt a ragasztótechnikára. A nagy szerkezeti szilárdságú és a fáradtsággal, valamint a súlyos környezeti feltételekkel szemben ellenálló ragasztók iránti igény nagy teljesítményű anyagok kifejlesztését eredményezte, amelyek végül számos ipari és háztartási alkalmazásban találtak utat.

Ez a cikk a tapadás elveinek rövid magyarázatával kezdődik, majd a természetes és a szintetikus ragasztók főbb osztályainak áttekintésével kezdődik.

Tapadás

A ragasztócsuklók teljesítése során a ragasztó fizikai és kémiai tulajdonságai a legfontosabb tényezők. Annak meghatározásakor, hogy a ragasztócsukló megfelelő módon működik-e, a ragasztók típusai (azaz az összekapcsolt alkatrészek - pl. Fémötvözet, műanyag, kompozit anyag) és a felület előkezelésének vagy alapozójának jellege. Ez a három tényező - ragasztó, tapadó és felület - befolyásolja a ragasztott szerkezet élettartamát. A ragasztott szerkezet mechanikai viselkedését viszont befolyásolják a csukló kialakításának részletei és az alkalmazott terhelések egyik ragasztónál a másikra történő átvitelének módja.

Az elfogadható ragasztókötés kialakulása magában foglalja a ragasztó azon képességét, hogy nedvesítse és terjessze az összeragasztott ragasztókat. Az ilyen felületek közötti molekuláris kapcsolat elérése az első lépés az erős és stabil tapadókötések kialakításában. Miután a nedvesítés megtörtént, belső tapadóerők generálódnak az interfészen keresztül számos mechanizmussal. Ezeknek a mechanizmusoknak a pontos természetét a fizikai és kémiai vizsgálat tárgya volt legalább az 1960-as évek óta, ennek eredményeként számos adhéziós elmélet létezik. A tapadás fő mechanizmusát az adszorpciós elmélet magyarázza, amely kimondja, hogy az anyagok elsősorban az intim intermolekuláris kapcsolat miatt ragadnak meg. A ragasztócsuklókban ezt az érintkezést a molekulák által a ragasztó felületének rétegeiben kifejtett intermolekuláris vagy valencia erőkkel érik el, és a tapadást megkönnyítik.

Az adszorpció mellett négy további tapadási mechanizmust javasoltak. Az első, a mechanikus összekapcsolódás akkor következik be, amikor a ragasztó pórusokba áramlik a tapadó felületén vagy a felület kiemelkedésein. A második, az interdiffúzió akkor következik be, amikor a folyékony ragasztóanyag feloldódik és diffundálódik ragasztóanyagokba. A harmadik mechanizmusban, az adszorpcióban és a felületi reakcióban, a kötés akkor lép fel, amikor a ragasztómolekulák egy szilárd felületre adszorbeálódnak és kémiai reakcióba lépnek vele. A kémiai reakció miatt ez a folyamat bizonyos mértékben különbözik a fentebb leírt egyszerű adszorpciótól, bár egyes kutatók a kémiai reakciót a teljes adszorpciós folyamat részét képezik, és nem különálló adhéziós mechanizmust. Végül, az elektronikus vagy elektrosztatikus vonzerőelmélet azt sugallja, hogy az elektrosztatikus erők az eltérő elektronikus sávszerkezetű anyagok közötti határfelületen alakulnak ki. Általában ezen mechanizmusok közül egynél több szerepet játszik a különféle típusú ragasztók és ragasztók kívánt tapadási szintjének elérésében.

A ragasztókötés kialakulásakor átmeneti zóna lép fel a ragasztó és a ragasztó közötti határfelületen. Ebben a zónában, amelyet az interfázisnak hívnak, a ragasztó kémiai és fizikai tulajdonságai jelentősen eltérhetnek a nem érintkező részek tulajdonságaitól. Általában úgy gondolják, hogy az interfázisú kompozíció szabályozza a ragasztócsuklók tartósságát és szilárdságát, és elsősorban a stressz egyik ragasztóról a másikra történő átviteléért felelős. Az interfázisú régió gyakran a környezeti támadás helye, ízületi meghibásodáshoz vezet.

A ragasztóanyagok szilárdságát általában pusztító tesztekkel határozzák meg, amelyek megmérik a próbadarab törési pontján vagy vonalán felállított feszültségeket. Különböző vizsgálati módszereket alkalmaznak, ideértve a héjat, a szakítószilárdságot, a hasadást és a fáradtságot. Ezeket a vizsgálatokat széles hőmérsékleti tartományban és különböző környezeti feltételek mellett végzik. A ragasztócsukló jellemzésének alternatív módszere az, hogy meghatározzuk az energiát, amely az interfázis egységi területének leválasztására fordul. Az ilyen energia számításokból levont következtetések elvben teljesen egyenértékűek a stressz-elemzés következtetéseivel.

Ragasztóanyagok

Gyakorlatilag az összes szintetikus ragasztóanyag és bizonyos természetes ragasztóanyag polimerekből áll, amelyek óriási molekulák, vagy makromolekulák, amelyeket ezer monomernek nevezett egyszerűbb molekula összekapcsolásával képeznek. A polimer kialakulása (a kémiai reakció, amelyet polimerizációnak nevezünk) „kikeményedési” lépés során fordulhat elő, amelyben a polimerizáció a ragasztókötés kialakulásával egyidejűleg zajlik (mint az epoxi-gyanták és ciano-akrilátok esetében), vagy a polimer lehet az anyag ragasztóanyagként felhordása előtt képződik, mint a hőre lágyuló elasztomerek, például a sztirol-izoprén-sztirol blokk-kopolimerek esetében. A polimerek szilárdságot, rugalmasságot és képességet adnak arra, hogy a tapadó felületen elterjedjenek és kölcsönhatásba lépjenek - ezek az tulajdonságok szükségesek az elfogadható tapadási szintek kialakításához.

Természetes ragasztók

A természetes ragasztók elsősorban állati vagy növényi eredetűek. Noha a természetes termékek iránti kereslet a 20. század közepe óta csökkent, néhányat továbbra is fa- és papírtermékekkel használnak, különösen hullámkarton, borítékok, palackcímkék, könyvkötések, kartondobozok, bútorok, laminált fóliák és fóliák esetében. Ezen túlmenően, a különféle környezetvédelmi előírások miatt, a megújuló forrásokból származó természetes ragasztók megújuló figyelmet kapnak. Az alábbiakban ismertetjük a legfontosabb természetes termékeket.

Állati ragasztó

Az állati ragasztó kifejezés általában az emlős kollagénből előállított ragasztókra korlátozódik, amely a bőr, a csont és az izom fő fehérje alkotóeleme. Ha savakkal, lúgokkal vagy forró vízzel kezelik, akkor a általában nem oldódó kollagén lassan oldódik. Ha az eredeti fehérje tiszta és az átalakítási folyamat enyhe, akkor a nagy molekulatömegű terméket zselatinnak nevezik, és felhasználható élelmiszerekhez vagy fényképészeti termékekhez. Az erősebb feldolgozással előállított alacsony molekulatömegű anyag általában kevésbé tiszta és sötétebb színű, állati ragasztónak nevezik.

Az állati ragasztót hagyományosan használják fa összekapcsoláskor, könyvkötéseknél, csiszolópapírgyártásnál, nehéz gumiszalagú szalagoknál és hasonló alkalmazásokban. Annak ellenére, hogy előnye a nagy kezdeti tapadás (tapadóság), sok állati ragasztót módosítottak vagy teljesen felváltottak szintetikus ragasztókkal.

Kazein ragasztó

Ezt a terméket úgy állítják elő, hogy a tejből származó fehérjét kazeint egy vizes lúgos oldószerben oldják. Az alkáli foka és típusa befolyásolja a termék viselkedését. A fa kötésnél a kazein-ragasztók nedvességállósági és öregedési tulajdonságaikban általában jobban meghaladják a valódi állati ragasztókat. A kazeint arra is használják, hogy javítsák a festékek és bevonatok tapadási tulajdonságait.

Véralbumin ragasztó

Az ilyen típusú ragasztó szérumalbuminból készül, amely vérkomponens áll rendelkezésre friss állati vérből vagy szárított oldható vérporból, amelyhez vizet adtak. Alkálium hozzáadása az albumin-víz keverékekhez javítja a tapadási tulajdonságokat. Jelentős mennyiségű vérből származó ragasztóterméket használnak a rétegelt lemeziparban.

Keményítő és dextrin

A keményítőt és a dextrint kivonják kukoricából, búzából, burgonyából vagy rizsből. Ezek a növényi ragasztók fő típusai, amelyek vízben oldódnak vagy diszpergálhatók, és növényi forrásokból származnak az egész világon. A keményítő- és dextrin-ragasztókat hullámkartonban és csomagolásban, valamint tapéta-ragasztóként használják.