خانواده ی چسب ها (6)

سیانو اکریلات ها

چسب های سیانواکریلاتی به طور گسترده در صنعت استفاده می شوند. این چسب ها، به سوپرچسب ها معروف هستند. این چسب ها در اوایل دهه ی 1970 معرفی شدند. چسب های سیانواکریلاتی، عموماً از جنس رزین های متیل یا اتیل سیانواکریلات هستند که به صورت مایع تک جزئی و با عمل آوری سریع، استفاده می شوند. اگر چه ویژگی های این نوع از چسب ها، مشابه با چسب های بی هوازی است، این چسب ها، صلب تر و مقاومت در برابر رطوبت آنها نیز بهتر است.
چسب های سیانواکریلاتی تنها به صورت مایع های با ویسکوزیته ی پایین موجود می باشند و بعد از عمل آوری در دمای اتاق و بدون نیاز به پرایمر، به سختی مناسب می رسند. سیانواکریلات ها به طور نرمالف با روش مکانیزم آنیونی، پلیمریزه می شوند و برای شروع پلیمریزاسیون آنها، نیاز به رطوبت هوا می باشد. مکانیزم عمل آوری این چسب ها، بر روی زیرلایه های اسیدی به خوبی کار نمی کند. فاکتورهایی که بر روی عمل آوری این چسب ها، اثر دارند، عبارتند از میزان رطوبت موجود در سطح، رطوبت نسبی، pH و ضخامت لایه ی اتصال. مکانیزم عمل آوری این چسب ها، با آب شروع می شود. فقدان نفوذ کامل آب در داخل خط اتصال، می تواند موجب جلوگیری از عمل آوری بخش مرکزی پیوند شود.
چسب های سیانواکریلاتی به خوبی اتصال می یابند و مقاومت به ضربه ی آنها نیز بالاتر از اتصال های اتیل سیانواکریلاتی است. به هر حال، اتیل سیانواکریلات بر روی سطوح رابری و پلاستیکی، بهتر اتصال ایجاد می کند.
چسب های سیانواکریلاتی به طور نرمال دارای مقاومت حرارتی و مقاومت ضعیفی در برابر رطوبت دارند. استحکام ضربه ای و مقاومت در برابر پوسته ای شدن این چسب ها نیز پایین است. اگر چه چسب های سیانواکریلاتی عمل آوری می شوند، آنها دارای ویژگی های رزین ترموپلاست را دارند. این چسب ها، به عنوان چسب های ساختاری، کاربردهایی در جاهایی پیدا کرده اند که تنش محیطی مینیمم می باشد و زمان سریع برای گیرش، مورد نیاز است. چسب های سیانواکریلاتی همچنین قیمت نسبتا بالایی دارند.
یک نسل جدید از چسب های سیانواکریلاتی توسعه یافته اند که ادعا می شود دارای استحکام برشی بالا (بالاتر از 3500 psi) می باشند. مونومرهای رزین سیانواکریلاتی که در این چسب ها استفااده شده است، برای عمل آوری سریع تر، طراحی شده است و استحکام آن ها بالاتر از استحکام برخی پلاستیک هاست و مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر ضربه در این چسب ها، بالاست. محصولاتی همچنین توسعه یافته اند که دارای استحکام 5 تا 10 برابر استحکام پوسته ای شدن می باشند. تافنس رابری با استفاده از افزایش دهنده های تافنس مختلف، افزایش می یابد. استفاده از انیدرید فتالیک، موجب بهبود مقاومت در برابر رطوبت و مقاومت حرارتی سیانواکریلات ها، می شود. سیانواکریلات ها امروزه به شکل ژل و به صورت مایع های با ویسکوزیته ی پایین، موجود می باشند (جدول 1). این سیستم های جدید قابلیت اتصال زیرلایه هایی مانند چوب، چرم و پارچه را دارا می باشند که در واقع با چسب های سیانواکریلاتی معمولی، به سختی اتصال می یافتند.
اکریلیک های اصلاح شده
چسب های اکریلیکی اصلاح شده، سیستم های ترموستی هستند که همچنین به آنها اکریلیک های اکتیو نیز گفته می شود تا بدین صورت، این گروه از چسب ها، از رزین های اکریلیکی دیگر، مجزا شوند.
چسب های اکریلیکی ترموست سیستم های دو جزئی هستند که موجب ایجاد استحکام برشی بالا در زمان اتصال فلزات و بسیاری از انواع پلاستیک ها، می شوند (جدول 2). چسب های ساختاری اکریلیکی، از انواع مشابهی از اجزای شیمیایی در فرمولاسیون خود بهره می برند و فرمولاسیونی شبیه به چسب های بی هوازی دارند. فرمولاسیون مدرن بر اساس ایجاد پیوند عرضی متیل اکریلات گرافت شده با وینیل حاوی رابر نیتریلی، اختراع شده است. رابرهای حاوی کربوکسی مانند آنهایی که در چسب های اپوکسی با تافنس بهبود یافته، مصرف می شوند، و همچنین نئوپرن، در این چسب ها، استفاده می شوند. پلی اتیلن کلروسولفوناته، همچنین برای بهبود انعطاف پذیری و مقاومت به ضربه در چسب های اکریلیکی ترموست، مورد استفاده قرار می گیرند. حتی با افزودن اصلاح کننده های الاستومری، این اکریلیک های ترموست به چسب های نسبتاًصلبی تبدیل می شوند که دارای مقاومت به پوسته ای و خواص استحکامی ضعیفی در دماهای پایین هستند. چسب های اکریلیکی اصلاح نشده، به طور نمونه وار به خاطر مقامت در برابر هوازدگی و مقاومت در برابر رطوبت، و همچنین سرعت عمل آوری بالا در دمای اتاق، شاخص می باشند. چسب های اکریلیکی ترموست انتخاب شده در جدول 1 بخش پنجم این مقاله آورده شده اند.
یکی از تولیدکننده ها، سیستم چسب اکریلیتی توسعه داده است که در آن، سخت کننده، به عنوان پرایمر به زیرلایه اعمال می شود. زیرلایه سپس می تواند به مدت 6 ماه، ذخیره سازی شود. وقتی قطعات به هم متصل می شوند، رزین اکریلیکی در بین آنها افزوده شده، و عمل سخت شدن، اتفاق می افتد. عمل آوری می تواند در چند دقیقه و در دمای اتاق انجام شود. این مسئله به نوع رزین اکریلیک مورد استفاده، وابسته می باشد. در حقیقت، این سیستم دارای واکنش سریع می باشد. یکی دیگر از روش های عمل آوری سیستم های اکریلیکی، اعمال هاردنر به یکی از سطوح و رزین به سطح دیگر می باشد. وقتی دو سطح به هم متصل می شوند، عمل آوری سریع رخ می دهد و استحکام در زمانی کمتر از 60 ثانیه، ایجاد می شود. البته چسب های اکریلیکی می توانند اندازه گیری و مخلوط نیز شوند و به شیوه ی معمولی، اعمال شوند. عمل آوری سریع و انواع کاربردهای موجب شده است تا این چسب ها، در بسیار فرایندها مورد استفاده قرار گیرند.
به دلیل عمل آوری سریع و استحکام بالا (3000 – 5000 psi) چسب های اکریلیکی، این چسب ها در اتصال دهی دستگاهی با سرعت بالا استفاده می شوند. اکریلیک های اصلاح شده دارای مقاومت پوسته ای شدن، مقاومت در برابر ضربه و استحکام برشی لبه روی لبه ی خوبی هستند. از این چسب ها برای اتصال دهی فلزات، پلاستیک ها و سطوح روغنی، استفاده می شود. اتصال ایجاد شده با این چسب ها، دارای مقاومت خوبی در برابر رطوبت بالا می باشد. بسیاری از رزین های اکریلیکی بوی تندی دارند که موجب می شود نتوان از انها در کاربردهای خاص، استفاده کرد. پیشرفت های اخیر در زمینه ی توسعه ی این چسب ها، موجب شده است تا برخی از این مشکلات، برطرف شود.
فرمولاسیون چسب های اکریلیکی خاص به سهولت به فرمولاسیونی قابل تبدیل است که بوسیله ی نور و یا اشعه ی فرابنفش، عمل آوری می شوند. این کار با افزودن مواد حساس به نور انجام می شود. چسب های تک جزئی اکریلیکی، معمولاً چسب های بی هوازی نامیده می شوند. آنها حساسیت خود را در برخورد با هوا، از دست می دهند. عمل اوری چسب های بی هوازی به سرعت و در دمای اتاق انجام می شود و بدین صورت یک پیوند با تافنس بالا و دوام مناسب تشکیل می شود. به منظور رسیدن نور و اشعه ی UV به این چسب ها، نیاز است که زیرلایه ها، شفاف باشند. عموماً این چسب ها، باید با نور مستقیم برخورد کرده تا عمل آوری شوند. چندین فرمولاسیون جدید از چسب ها، توسعه یافته اند که عمل آوری در آنها تا عمق یک چهارم اینچ نیز انجام می شود.
یک چسب اکریلیک- پلی یورییتانی، اخیرا توسعه یافته است. این نوع از چسب ها، برای اتصال دهی انعطاف پذیر در قطعات پلاستیکی و غیر پلاستیکی، استفاده می شوند. این چسب ها، دارای خواص ضد هوازدگی خوبی هستند و بوی آنها نیز کم است زیرا علاوه بر اکریلیک، پلی یوریتان نیز در آنها استفاده شده است. اخیراً یک سری چسب های اکریلیکی ترموست نیز با مقاومت به دمای پایین و مقامت در برابر پوسته ای شدن مطلوب، توسعه یافته اند که برای چسباندن فلزات استفاده می شوند. با استفاده از چسب های با تافنس معمولی، مقاومت به دمای پایین این چسب ها، تنها تا دمای صفر فارنهایت، قابل دسترسی است.
چسب های غیر ساختاری
چسب های غیر ساختاری به دلیل استحکام نسبتا پایین و مقاومت به خزش ضعیف در دماهای بالا، شاخص می باشند. متداول ترین چسب های غیر ساختاری، بر پایه ی الاستومرها و ترموپلاست ها، توسعه یافته اند. اگر چه این سیستم ها دارای استحکام پایینی هستند، آنها معمولا به سهولت استفاده می شوند و گیرش آنها نیز سریع است. به دلیل این ویژگی ها، بیشتر چسب های غیر ساختاری برای اتصال دهی سریع بخش ها، استفاده می شود و در این بخش ها نیز استحکام اتصال قابل توجه، مد نظر نیست. همچنین در این کاربردها، شرایط محیطی نیست آنچنان سخت نمی باشد. انواع متداول از چسب های غیر ساختاری، چسب های حساس به فشار می باشند. این چسب ها به صورت ذوبی، امولسیون های ترموپلاست و ... موجود می باشند.
اگر چه این چسب ها به عنوان چسب های غیر ساختاری طبقه بندی شده اند، بسیاری از آنها می توانند در کاربردهای ساختاری مورد استفاده قرار گیرند. برای مثال، امولسیون های آبی مانند پلی وینیل استات، برای اتصال دهی چوب در صنعت مبلمان، استفاده می شود. این چسب ها در کاربردهای ساختاری نیز استفاده می شوند اما زیرلایه های متخلخل و شرایط سرویس دهی متوسط، موجب می شود تا چسب، حاشیه ی امنیت مناسبی ایجاد نکند. چسب های غیر ساختاری ممکن است توجه کمتری را به خود اختصاص دهند زیرا کاربردهای آنها معمولی است. به هر حال، این چسب ها، بخش اصلی مربوط به بازار چسب را به خود اختصاص داده اند.
رزین های الاستومری
چسب های طبیعی و یا بر پایه ی رابرهای مصنوعی معمولا مقاومت به پوسته ای شدن خوبی دارند اما استحکام برشی آنها پایین است. حالت ارتجاعی آنها موجب می شود تا خواص خستگی و خواص ضربه ای آنها استثنایی باشد. مقاومت دمایی آنها عموماً بین دمای 150 تا 200 فارنهایت است و خزش آنها تحت بارگذاری، در دمای اتاق، رخ می دهد. انواع اساسی از چسب های بر پایه ی رابر که برای کاربردهای غیر ساختاری استفاده می شوند، در جدول 3 آورده شده است. این سیستم ها، عموماً به عنوان محلول های حاوی حلال، سیمان های لاتکسی و نوارهای حساس به فشار، استفاده می شوند. اولین نوه از اشکال این چسب ها، نیازمند استفاده از حلال و یا آب، پیش از اتصال دهی، می باشد. این مسئله با تبخیر ساده و یا حرارت دهی، انجام می شود. برخی از چسب های قوی تر و با مقاومت بالاتر در برابر محیط، نیازمند عمل آوری در دماهای بالا می باشند. وقتی حلال از این چسب ها خارج می شود، این چسب ها به صورت چسب های حساس به فشار و یا چسب های تماسی، استفاده می شوند. سهولت استفاده و بسیاری از خواص مختلف دیگر که می تواند از چسب های الاستومری بدست آید، از جمله مزیت و محبوبیت این چسب ها، به شمار می آید.
چسب های تماسی آنهایی هستند که به ظاهر خشک هستند. به هر حال، بسیاری از فرمولاسیون این چسب ها، به طور آنی و به محض در تماس قرار گرفتن با زیرلایه، به زیرلایه می چسبند. سایر فرمولاسیون ها نیازمند اعمال فشار و یا حرارت و فشار برای برقراری اتصال هستند. چسب های تماسی موجب ایجاد پیوندهای نسبتا قوی می شوند و استحکام برشی و مقاومت در برابر پوسته ای شدن آنها نیز خوب است. این چسب ها برای اتصال فلز به فلز و اتصال صفحات دکوراسیونی بر روی چوب، استفاده می شوند. اگر چه این چسب ها، در دماهای بالا، تحت خزش قرار می گیرند، بسته به طبیعت رزین های پایه، چسب های تماسی دارای کاربردهای ساختاری متعددی هستند.
چسب های حساس به فشار اغلب چسبناک هستند و تحت فشار، سیلان می یابند. نوارهای حساس به فشار از قرار دادن این چسب ها بر روی مواد پخته شده مانند رابر، فیلم، بوم نقاشی و بافته های پنبه ای، ایجاد می شوند. بعد از اعمال فشار، چسب به طور محکم به قطعه می چسبند. چسب های حساس به فشار سیستم واقع واقعا غیر ساختاری است و تحت بارگذاری، به طور قابل توجهی خزش پیدا می کند. این چسب ها، که دارای استحکام پایینی هستند، دارای کاربردهای موقتی هستند.
علاوه بر چسب های حساس در برابر فشار، بتونه های الاستومری به ترکیبات تبدیل می شوند که استفاده های زیادی در صنعت ساختمان، پیدا کرده است. نئوپرن و بتونه های حاوی رابر، برای اتصال دهی صفحات گچی و تخته سه لایی های کف، استفاده می شوند. اغلب این چسب ها با سختی بیشتری بر سطح می چسبند. این سیستم های بتونه ای با تبخیر حلال عمل آوری می شوند.
فرمولاسیون چسب های الاستومری پیچیده تر از سایر چسب ها می باشد زیرا این فرمولاسیون ها نیازمند آنتی اکسیدان، تکتیفایر و سایر افزودنی ها نیز می باشد. هر فرمولاسیون عموماً برای برطرف کردن یک سری از ویژگی های خاص، طراحی شده اند. به عنوان یک نتیجه، چسب های الاستومری تجاری، خواص مختلفی دارند.
رابر طبیعی
رابر طبیعی اولین ماده ای است که در فرمولاسیون چسب ها، مورد استفاده قرار گرفته است. خواص بازگشتی رابر طبیعی موجب می شود تا این ماده، ماده ای ایده آل برای چسب های حساس به فشار باشند. کاتالیست های شیمیایی و یا شتاب دهنده ه، ممکن است در دماهای معمولی مورد استفاده قرار گیرند و یا در محصولاتی استفاده شوند که عمل آوری حرارتی آنها موجب ولکانش رابر طبیعی و تولید رابرهای طبیعی ولکانش یافته می دهد. فرمولاسیون رابر طبیعی به طور قابل توجهی با استفاده از رزین های مصنوعی و چسب ها اصلاح می شود و موجب تولید خواص قابل توجهی می شود.
رابر طبیعی دارای مقاومت خوبی در برابر آب است اما مقاومت آن در برابر روغن، حلال های آلی و عوامل اکسیداسیون شیمیایی، ضعیف است. مولکول های رابر طبیعی در دمای -30 F کریستاله می شوند و امولسیون های لاتکس آبی باید به گونه ای طراحی شوند که یخ نزنند.
اغلب رابر طبیعی کلردار در فرمولاسیون چسب ها استفاده می شوند. خواص قابل توجه رابرهای کلردار مقاومت آنها در برابر آب، برخی از روغن ها، اسپری نمک و اسیدها و مواد قلیایی می باشد. مقاومت به حلال های آلی این چسبها، در حالت کلی پایین است و دمای عملی مربوط به استفاده از این چسب ها، 280 فارنهایت می باشد. در فرمولاسیون چسب ها، رابر کلردار برای اتصال دهی رابرهای طبیعی و مصنوعی به فلز، استفاده می شوند. یک چنین چسب هایی به عنوان پرایمر بر روی سطح فلزی اعمال می شوند. و بعداً بوسیله ی چسب های بر پایه ی نیتریل و یا نئوپرن، چسبانده می شوند.
سایر روش های برای فرآوری رابر طبیعی مورد استفاده در فرمولاسیون چسب ها عبارتست از فرآوری چسب با اسید و یا نمک های فلزی و تشکیل چسب های سخت و با تافنس بالا برای سطوح فلزی و واکنش رابر طبیعی با هیدروژن کلراید و تشکیل چسب های شفاف و نازک که در صنعت بسته بندی کاربرد دارند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد. منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie