پرایمرها و افزایش دهنده های چسبندگی (2)

پرایمرهای مورد استفاده در صنعت فلزی
وقتی یک محیط خورنده با لبه های اتصال پیوند داده شده، تماس پیدا کند و یک سطح تمیز و فعال ایجاد شود، خوردگی در سطح مشترک چسب و فلز، رخ می دهد. این خوردگی اولیه و نفوذ متعاقب، می تواند چندین شکل داشته باشد.
برخی پرایمرها، موجب می شوند تا سطوح فلزی در طی سرویس دهی، در برابر خوردگی محافظت شوند. با محافظت از ناحیه ی سطحی در برابر هیدراسیون و خوردگی، این پرایمرها، موجب می شود تا از تشکیل لایه های مرزی تضعیف شده، جلوگیری گردد. پرایمرهایی که موجب تشکیل یک لایه ی رزینی نازک بر روی سطح می شوند، برخی اوقات به عنوان موانع در برابر رطوبت، تلقی می شوند. آنها موجب می شوند تا آب به سطح مشترک نرسد و از این رو، از خوردگی سطح فلزی جلوگیری می شود. با ایجاد یک اتصال مقاوم در برابر خوردگی، پرایمر از سطح مشترک چسب و زیرلایه محافظت می کند موجب می شود تا عمر مفید اتصال پیوند داده شده، افزایش یابد. به هر حال، رطوبت می تواند از طریق هر پرایمر پلیمری نفوذ کند و این مسئله موجب می شود تا در برخی از نقاط، خوردگی مشاهده شود. بنابراین، تنها شروع خوردگی و سایر فرایندهای تخریب می تواند به تأخیر افتد. داده های شاخص مربوط به اتصال آلومینیوم که با استفاده از چسب اپوکسی به هم متصل می شوند، در شکل 1 نشان داده شده است. تا چند سال پیش، پرایمرهای مقاوم در برابر خوردگی حاوی میزان بالایی حلال بودند و این مسئله موجب می شد تا این مواد، مواد فرار قابل توجهی داشته باشند. به عنوان یک نتیجه، برنامه های تولید بر روی پرایمرهای مقاوم در برابر آبی متمرکز شده است که حاوی مقادیر اندکی مواد فرار هستند. در جدول 1 اطلاعات مربوط به برخی از پرایمرهای جدید، قابل مشاهده می باشد. پیشرفت های اخیر در زمینه ی توسعه ی پرایمرها، شامل تولید سیستم های پرایمر بر پایه ی آب می باشد. این پرایمرها، می توانند با روش الکترودیپوزیشن اعمال شوند و دارای مقاومت به خوردگی بالایی هستند. سیستم های بر پایه ی آب، نتیجه ی توسعه های اخیر در زمینه ی پرایمرهای محلول در آب می باشد (مانند اپوکسی و پلیمرهای فنول/ فرمالدهیدی می باشد. پرایمرهای با میزان مواد فرار پایین و یا بدون مواد فرار نیز توسعه یافته اند که می توانند الزامات مربوط به صنعت فضایی را برطرف کنند. یک سیستم پرایمر ایجاد شده با روش الکترودیپوزیشن، در اصل بوسیله ی صنعت اتومبیل، توسعه یافته است. این مواد، موادی بدون آلودگی هستند و موجب می شود تا یک توزیع یکنواخت از پوشش بر روی سطح ایجاد شود. صنعت نظامی آمریکا یک سری پرایمرهای اصلاح شده برای اتصال ساختاری آلومینیوم و تیتانیم، توسعه داده است. این پرایمرها، پرایمرهای هستند که از لحاظ محیط زیستی، ایمن می باشند.
پوشش های ایجاد شده با روش پلاسما همچنین به عنوان عملیات های مناسب برای زیرلایه های آلومینیومی مورد استفاده قرار گرفته اند. این زیرلایه ها، برای ایجاد اتصال های چسبی، مناسب هستند. پرایمرهای سیلیکون- آلومینیومی / پلی استری اعمال شده با روش پلاسما اسپری، موجب می شود تا چسبندگی بهتری نسبت به روش های آنودایزینگ، ایجاد کند. پلاسما اسپری همچنین روش های مناسبی برای آماده سازی سطحی تیتانیم، می باشند. فرایند پلاسما اسپری شامل حرارت دهی سریع مواد پودر و ایجاد یک حالت مذاب و یا شبه مذاب می باشد. پودر مذاب و یا شبه مذاب سپس با سرعت بالا به سطح زیرلایه پاشیده می شود. این عملیات ها، موجب حذف آلودگی های مایع و گازی می شود و بدین صورت پوشش های با استحکام و دوام بالاتر نسبت به سایر روش ها، ایجاد می کند.
علاوه بر محافظت در برابر خوردگی، پرایمرها ممکن است همچنین به عنوان لایه های میانی بین سطح چسبندگی و چسب، ایجاد شوند. این مورد در جاهایی انجام می شود که عدم تطابق بین خواص زیرلایه و چسب، مشاهده می شود. چسب و یا ماده ی آب بندی ممکن نیست قادر باشد به صورت شیمیایی با سطح زیرلایه واکنش دهد. به هر حال، پرایمر ممکن است قابلیت واکنش با چسب و زیرلایه را داشته باشد. پرایمرها همچنین ممکن است قابلیت اصلاح ویژگی های فیزیکی اتصال را داشته باشند. برای مثال، پرایمرهای الاستومری ممکن است با چسب های صلب مورد استفاده قرار گیرند و بدین صورت، یک مقاومت در برابر پوسته شدن و ضربه ی بهبود یافته ایجاد می شود. یک سطح مشترک انعطاف پذیر، همچنین برای تنش های داخلی کمتر، مورد استفاده قرار می گیرد.
پرایمرهای بر پایه ی اپوکسی به طور متداول در صنعت اتومبیل و هواپیماسازی مورد استفاده قرار می گیرد. این پرایمرها دارای مقاومت شیمیایی خوبی هستند و مقاومت به خوردگی آنها در مورد اتصال های آلومینیومی و سایر فلزات متداول، نیز خوب است. پرایمرهای بر پایه ی پلی سولفید نیز برای کاربردهایی توسعه یافته اند که در آنها، میزان بالایی از ازدیاد طول، مورد نیاز می باشد. این سیستم ها در جاهایی استفاده می شوند که در آنها نیاز به وجود انعطاف پذیری بالایی است. رزین ها، عوامل عمل آوری و افزودنی های مورد استفاده در پرایمرها، بیشتر مشابه چسب ها و مواد آب بندی هستند به استثنای اینکه در این پرایمرها، از رزین ها و حلال های با ویسکوزیته ی پایین استفاده می شود تا بدین صورت، میزان سیالیت ماده، افزایش یابد.
پرایمرها برای زیرلایه های پلیمری
پرایمرها می توانند همچنین یک روش مؤثر در محافظت زیرلایه های پلیمری باشند. این محافظت تا پیش از اعمال چسب و یا ماده ی آب بندی، وجود دارد. در مورد زیرلایه های پلیمری، کارایی عمل آوری سطحی پیش از اعمال چسب، یکی از موارد مهم تلقی می شود. به دلیل طبیعت دینامیک و متحرک مولکول های پلیمری، مولکول های سطحی عمل آوری شده، می توانند به سمت عمق پلیمر حرکت کنند و بدین صورت، اثربخشی آنها افت کند. عملیات های سطحی متداول برای پلاستیک ها، مانند عملیات شعله و عملیات کرونا، دارای زمان عملیات کوتاهی هستند که در واقع در همین زمان کوتاه، عملیات مؤثر می باشد. یک پرایمر می تواند برای محافظت سطح عمل آوری شده و طولانی کردن زمان بین انجام عملیات سطحی و اعمال چسب، مورد استفاده قرار گیرد.
پرایمرها عموماً نمی تواند به عنوان یک جایگزین برای عملیات های سطحی، مورد استفاده قرار گیرد. به هر حال، چندین مورد وجود دارد که سطوح پلیمری با استفاده از پرایمرها، چسبندگی خوبی پیدا می کنند، بدون آنکه عملیات سطحی خاصی بر روی آنها انجام شود. این مزیت، یک مزیت منحصربفرد است زیرا روش های عملیات سطحی ممکن است آلوده کننده، زمان بر و هزینه بر باشد. استفاده از یک پرایمر سطحی، یک مرحله ی اضافی در فرایند اتصال است و از این رو، یک روش جایگزین مناسب برای خط تولید می باشد.
چسب های اکریلوسیاناتی (ابرچسب ها) پلی اولفین ها را تر نمی کنند و به آنها نمی چسبند. کشش سطحی این چسب، بسیار بزرگتر از زیرلایه است. به هر حال، پلی اولفین ها می تواند با استفاده از پرایمرهای خاص عمل آوری شود. مواد مانند آمین های با زنجیره ی طویل، نمک های آمونیوم چهارگانه و فسفین، می توانند به صورت خالص و یا به صورت محلول به سطح پلی اولفین اعمال شوند. این پرایمرها به صورت ساده بر روی سطح اسپری می شوند و یا با برس، مالیده می شوند. بعد از خشک شدن پرایمر، چسب های اکریلوسیاناتی بر روی سطح اعمال می شوند و چسبندگی مناسبی بین دو سطح، ایجاد می شود.
چندین شرکت توانسته اند پرایمرهایی کشف کنند که می توانند با سیانواکریلات واکنش دهند. تری فنیل فسفین یا کبالت استیل استون به عنوان پرایمر در چسب های سیانواکریلاتی، استفاده می شوند. این مواد همچنین دوام کافی را برای مقاومت در برابر فرو بردن در آب جوش را برای یک دوره ی زمان طولانی دارند.
این به نظر می رسد که دلایل اصلی در مورد بهبود چسبندگی بوسیله ی این پرایمرها، این است که حلال ها موجب نرم شدن سطحی پلی اولفین می شوند. این مسئله موجب می شود تا نفوذ داخلی رزین سیانواکریلات، بالا رود.
یک اثر مشابه در مورد سیستم های چسب اکریلیکی مشاهده می شود. در این سیستم ها، پرایمری حاوی محلولی از نمک مس مورد استفاده قرار می گیرد و چسب مورد استفاده نیز بر پایه ی مونومر متیل متا اکریلات می باشد. پیوندهای تشکیل شده در پلی اتیلن با دانسیته ی پایین، منجر به شکست در زیرلایه می شود. در این حالت، فازهای میانی از چسب و پلی اتیلن به ضخامتی در حدود 1.5 میلی متر، تشکیل می شود.
پلی اولفین های کلردار شده، به عنوان عوامل پرایمر برای سطوح با انرژی پایین مانند پلی اولفین ها، استفاده می شوند. این پرایمرها بر اساس پلی اتیلن کلردار شده و یا پلی پروپیلن کلردار شده، عمل می کنند و معمولاً به عنوان محلول های بر پایه ی حلال در نظر گرفته می شوند. کاربرد پلی اولفین کلردار شده به عنوان پرایمر بر روی سطح پلی اولفین، موجب می شود تا بهبود قابل توجهی در چسبندگی لاتکس به پلی پروپیلن، ایجاد شود. یک پرایمر بر پایه ی یک محلول از پلی پروپیلن کلردار شده، به عنوان عامل اتصال رنگ به پلی پروپیلن در ضربه گیرهای اتومبیل، استفادهل می شود. اتم های کلر در سطح خارجی پرایمر، موجب افزایش قطبیت سطح می شوند و از این رو، چسبندگی چسب افزایش می یابد. پرایمرهای پلی اولفینی کلر دار شده که بر پایه ی یک امولسیون از پلی اولفین کلردار، تولید شده اند، نیز توسعه یافته اند. این مواد موجب افزایش استحکام اتصال و مقاومت در برابر آب در اتصال های پلی اولفینی و سایر اتصال های پلی اولفینی ترموپلاستیکی می شود.
پرایمرها برای الاستومرهای ولکانش نیافته
پرایمرهای چسبندگی نیز کاربردهای زیادی در عمل آوری سطحی قطعاتی پیدا کرده اند که در داخل قطعات الاستومری جایگزین می شوند. مثال های زیادی وجود دارد که در آنها نیاز است تا یک قطعه ی الاستومری به یک قطعه ی فلزی بچسبد. پرایمرها، عموماً در این کاربردها مورد استفاده قرار می گیرند و موجب می شوند تا اتصال میان الاستومر و سطح چسبندگی، بهبود یابد. یک مثال از این مورد، تولید چرچ های غلتک می باشد. در این مورد قطعات فلزی در داخل رینگی الاستومری قرار می گیرد.
این پرایمرها بر روی قطعات پوشش داده می شود و سپس در هوا و یا با اعمال حرارت، خشک می شوند. در مورد چرخ های غلتک، بخش های فلزی باید عمل اوری سطحی شوند و پس از اعمال پرایمر، خشک شوند. سپس به طور دقیق در داخل قالب، قرار داده شوند. رزین الاستومری مذاب سپس به داخل قالب تزریق می شود و سطح را تر می کند. وقتی الاستومر عمل اوری می شود، یک اتصال چسبنده ی خوب میان فلز و الاستومر ایجاد می شود. این مسئله به دلیل وجود پرایمر، ایجاد شده است. پرایمر به عنوان یک لایه ی میانجی میان سطح فلزی و رزین الاستومری، استفاده می شود. پرایمر قادر است تا بواسطه ی فرمول شیمیایی خود، با سطح اتصال و الاستومر، واکنش دهد. یک پیوند قوی میان الاستومر عمل آوری شده و سیستم پرایمر ایجاد می شود و بدین صورت، رابر ولکانش نیافته چسبندگی ایجاد می کند. پرایمر در این حالت یک سطح محافظت شده ایجاد می کند که به سهولت تر می شود اما از این مهم تر، این بخش، یک سطح واکنش پذیر ایجاد می کند که از لحاظ شیمیایی با الاستومر تطابق دارد.
اغلب محلول های حاوی رابر ولکانش نیافته در رزین پلیمری، برای پرایمر، استفاده می شوند. برای مثال، یک فرمولاسیون نمونه وار برای پرایمر، ممکن است شامل رابر کلردار شده، رزین فنولیک و حلال باشد. به هر حال، چند عامل اتصال دهنده ی الاستومری توسعه یافته است و به صورت تجاری، موجود می باشد. جزء رزین موجب می شود تا استحکام پیوستگی و چسبندگی به فلز بهبود یابد. جزء رابری موجب می شود تا تافنس سیستم بالا رود و موجب کاهش تنش های داخل ساختاری گردد.
متداول ترین الاستومرهایی که با این شیوه به هم متصل می شوند، عبارتند از: نیتریل، نئوپرن، یوریتان، رابر طبیعی، SBR و رابر بوتیلی. رابرهای غیر متداول مانند سیلیکون، فلئوروکربن، پلی اتیلن کلردار و گوگرد دار شده و پلی اکریلات، به سختی به هم متصل می شوند. به هر حال، اخیراً توسعه ی پرایمرهای چسبندگی، موجب شده است تا اتصال دهی این الاستومرها به فلزات، بهبود یابد. پرایمرهای اختصاصی نیز بوسیله ی برخی تولیدکننده ها، توسعه یافته اند. پیشنهادهای مربوط به کاربردهای خاص، می تواند بوسیله ی تولیدکننده ی این محصولات، گرفته شود.
عملیات های سطحی مربوط به سطوح چسبندگی پیش از اعمال پرایمر، باید با توجه به استانداردهای موجود، انجام شود. باید مراقب باشیم که سیستم پرایمر/ چسب در طی جریان یافتن الاستومر ولکانش نیافته و در زمان قالب گیری، محو نمی شود. باید دقت شود که از مواد جداکننده ی مناسب قالب برای جدایش قالب استفاده شود.
قطعات فلزی می تواند به طور مشابه به رابرهای ولکانش نیافته متصل شوند. این کار با پرایمرهای خاص انجام می شود. در حقیقت قطعه ی پلاستیکی نیازمند این است که بوسیله ی یکی از فرایندهای عمل آوری، مورد بررسی قرار گیرد. پلاستیک همچنین باید قادر به مقاومت در برابر دماهای ولکانش رابر باشد. پرایمرها همچنین برای الاستومرهای پیوند داده شده به الیاف نیز استفاده می شوند. کاربردهای مربوطه شامل تایرهای تقویت شده می باشد. رزین های فرمالدهیدی رزورسینول به طور متداول به عنوان پرایمر در این کاربردها، مصرف دارد.
افزایش دهنده های چسبندگی
افزایش دهنده های چسبندگی و یا عوامل کوپلینگ، یک گروه از ترکیبات دو عملکردی خاص هستند که می توانند به صورت شیمیایی با سطح زیرلایه و چسب، واکنش دهند. افزایش دهنده های چسبندگی موجب تشکیل پیوندهای کوالانسی در سطح مشترک می شوند به نحوی که این اتصال هم قوی و هم با دوام می باشند. افزایش دهنده های چسبندگی می توانند به صورت مستقیم به زیرلایه اعمال شوند (مشابه پرایمرها). همچنین می توان این مواد را به طور مخلوط با چسب نیز استفاده کرد. وقتی این مواد با چسب ها مخلوط می شوند، عوامل کوپلینگ قادر به مهاجرت به سطح مشترک هستند و با سطح زیرلایه واکنش می دهند. این مسئله در زمان عمل آوری چسب، انجام می شود. وقتی این ماده به صورت مستقیم بر روی زیرلایه اعمال شود، افزایش دهنده ی چسب به صورت یک لایه ی بسیار نازک اعمال می شود به نحوی که تنها یک لایه ی مولکولی از این ماده بر روی سطح، تشکیل می شود.
افزایش دهنده ی چسبندگی معمولاً حاوی مولکول هایی با زنجیره های آلی کوتاه می باشد که دارای ترکیب شیمیایی مختلفی هستند. در واقع در یکی از انتهای این زنجیره ها، یک گروه با عملکرد آلی قرار دارد که با ماده ی چسبنده ی خاصی تطابق دارد. در انتهای دیگر آن نیز یک بخش با عملکرد معدنی قرار دارد که با سطح زیرلایه ای خاص، تطابق دارد. افزایش دهنده ی چسبندگی به عنوان پلی میان چسب و زیرلایه عمل می کند.
افزایش دهنده ی چسبندگی در ابتدا برای عمل آوری سطح الیاف شیشه ای و سایر الیاف، پیش از وارد شدن این الیاف در رزین مایع، مورد استفاده قرار می گیرد. در صنعت الیاف، افزایش دهنده ی چسبندگی همچنین با نام عامل پرداخت (finishes)، معروف است. عوامل پرداخت خاصی برای ایجاد تطابق میان الیاف خاص با زمینه ی رزینی، توسعه یافته اند. بدون وجود عوامل افزایش دهنده ی چسبندگی، چسبندگی رزین به الیاف نسبتاً ضعیف است و از این رو، آب می تواند در سطح مقطع الیاف و رزین حرکت کند. این مسئله موجب می شود تا خواص کامپوزیت افت کند.
منبع:
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.