مفاهیم اولیه چسب

از قدیمی ترین روش های اتصال اجسام به یکدیگر استفاده از چسب است. چسب ها در گذشته منشا حیوانی یا گیاهی داشته اند و در واقع اولین موادی که به عنوان چسب استفاده شدند، مواد نشاسته ای و قندی، صمغ ها و شیره های برخی از گیاهان بودند.تاریخچه چسب های حساس به فشار را فردی به نام Villa ارائه کرد. از قرن نوزدهم به تدریج با پیدایش چسب های سنتزی ساخته شده در صنعت پلیمر، چسب های سنتی، گیاهی و حیوانی از صحنه خارج شدند. استفاده از چسب های حساس به فشار از اواخر قرن نوزدهم با نوار چسب ها و پوشش های پزشکی آغاز شده است و از آن پس محصولات صنعت نوار چسب و برچسب وارد بازار شدند که ابتدا چسب های پایه حلالی با استفاده از لاستیک های طبیعی ، سپس چسب های مذاب داغ و به تدریج سایر چسب ها گسترش یافتند.
مفهوم چسبندگی
برای ایجاد چسبندگی بین چسب و جسم لازم است که مواد با یکدیگر تماس پیدا کنند. در این حالت کشش سطحی، تماس چسب را با جسم جامد کنترل می کند. به طور کلی چسبندگی دو جسم به یکدیگر به وسیله چسب، پدیده ای است که در آن سطوح اتصال یابنده با جذب فیزیکی یا شیمیایی به یکدیگر اتصال می یابند. از چسب ها برای اتصال پلاستیک، چوب، کاغذ، سرامیک و فلزات استفاده فراوانی می شود. به طور کلی، نیروهای مختلفی بین سطح سوبسترا و چسب دخیل هستند که برخی از آن ها به این صورت هستند: پیوندهای شیمیایی ، نیروهای واندروالسی ، پیوندهای هیدروژنی، برهم کنش اسید و باز، انرژی سطح و هم چسبی و چسبندگی (دگرچسبی).
پیوندهای شیمیایی: پیوند شیمیایی، قوی ترین پیوند بین سطح و چسب است. برای تشکیل این نوع پیوند لازم است، گروه های عاملی واکنش پذیر در چسب و روی سطح وجود داشته باشند. تشکیل پیوند شیمیایی بین سطح و چسب سبب دائمی شدن چسبندگی می شود، زیرا این پیوندها برگشت پذیر نیستند. برای مثال، اگر چسب حساس به فشار حاوی گروه های آزولاکتون باشد، این چسب می تواند با گروه های نوکلئوفیلی روی سوبسترا مثل -NH و -OH واکنش دهد و پیوند دائمی تشکیل شود.
نیروهای واندروالسی
نیروهای واندروالسی اساس اکثر فرایندهای چسبندگی هستند. این نیروها بر اثر ایجاد دوقطبی های لحظه ای در چسب یا سطح جسم مدنظر به وجود می آیند. بدین ترتیب که بر اثر تغییر توزیع ابر الکترونی اطراف یک مولکول، یک طرف آن بار جزئی مثبت و طرف دیگر بار جزئی منفی پیدا می کند و بر اثر برهم کنش این بارها با سطح سوبسترا نیروهای واندروالسی شکل می گیرد.
پیوندهای هیدروژنی
قدرت پیوند هیدروژنی از پیوند شیمیایی کمتر و از نیروهای واندروالسی بیشتر است. اتم هایی مانند اکسیژن، نیتروژن و فلوئور قابلیت تشکیل پیوند هیدروژنی دارند. اگر چسب حاوی گروه های عاملی کربوکسیل، هیدروکسیل، آمید یا فلوئور باشد، می تواند با سطوح قطبی پیوند هیدروژنی تشکیل دهد.
برهم کنش اسید و باز
طبق تعریف برونشتد و لوری از اسید و باز، اسید دهنده پروتون و باز گیرنده پروتون است. بر اثر تبادل پروتون بین اسید چسب و باز سوبسترا یا برعکس، نمک تشکیل می شود که نیروی جاذبه بین آنیون و کاتیون سبب ایجاد پیوند بین سوبسترا و چسب می شود. بر اساس تعریف لوئیس، واکنش اسید و باز می تواند ناشی از انتقال الکترون از باز به اسید باشد.
انرژی سطح
انرژی سطح معیاری از قابلیت تر شوندگی سطح به وسیله چسب است. معمول ترین روش اندازه گیری انرژی سطح، اندازه گیری زاویه تماس یک قطره آب با سطح سوبستراست. زاویه تماس، زاویه ای است که سطح سوبسترا با خط مماس بر سطح مایع، در نقطه تماس با سطح جامد ایجاد می کند. زاویه تماس بزرگتر از° 90 نشان دهنده این است که سیال سطح را به خوبی تر نمی کند و زاویه تماس کوچک تر از °90 نشان دهنده تر شوندگی خوب سطح است. اگر زاویه تماس به صفر برسد، سیال به طور کامل سطح را تر می کند. انرژی سطح یا تر شوندگی یک سوبسترای خاص با واحد dyne/cm بیان می شود. سطوح پلیمری با انرژی سطح کم مثل پلی پروپیلن، پلی اتیلن و تفلون اساساً غیر چسبنده هستند که ساختار مولکولی آن ها مانع چسبندگی می شود. به این پلیمرها، پلیمرهایی با سطح انرژی کم گفته می شود که به چسب اجازه تر کنندگی را نمی دهند. مواد با انرژی سطح زیاد قابلیت تر شوندگی عالی دارند. چسب های پایه لاستیکی معمولاً به سطوح دارای انرژی کم بهتر می چسبند.
هم چسبی و چسبندگی (دگرچسبی)
هم چسبی و دگرچسبی هر دو نیروهای جاذبه بین مواد هستند. تفاوت آن ها در این است که دگرچسبی نیروهای جاذبه بین دو جسم مختلف است، در حالی که هم چسبی نیروهای جاذبه بین مولکول ها و اتم های یک جسم است. برای مثال مولکول های آب به دلیل تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی به شکل قطره فرود می آیند (هم چسبی) و با برخورد به سطوح قطبی آن ها را تر می کنند (دگر چسبی).
روش های تهیه چسب های حساس به فشار
تهیه چسب های سنتزی در سال های اخیر برای کاربردهای مختلف پیشرفت های چشمگیری داشته است. هر چسب برای کاربردهای معینی ساخته می شود و لازم است که مواد ویژه ای با یکدیگر مخلوط شوند تا ویژگی های مدنظر به دست آید. اصلی ترین بخش چسب، لاستیک پایه است که مواد افزودنی دیگری مانند چسبناک کننده، نرم کننده و پر کننده برای بهبود خواص چسب به فرمول بندی اضافه می شود. دو روش اصلی برای ساخت پلیمرها عبارت از پلیمر شدن تراکمی و افزایشی است. در پلیمر شدن تراکمی گروه های عاملی فعال مولکول ها با هم واکنش می دهند که معمولاً با حذف یک مولکول کوچک مثل آب همراه است. در پلیمر شدن افزایشی ترکیبات غیر اشباع (دارای حلقه یا پیوندهای دوگانه) طی سه مرحله آغاز، انتشار و اختتام پلیمر می شوند. در این مجموعه از واکنش ها، رادیکال های آزاد و نیز کاتیون ها و آنیون ها تولید می شود.
برای تهیه چسب های حساس به فشار معمولاً از پلیمرشدن رادیکال آزاد به روش تعلیق، محلولی و امولسیونی استفاده شده است. روش امولسیونی به دلیل مزایای اقتصادی و زیست محیطی( عدم نیاز به حلال و سهولت استفاده از آب به عنوان فاز پیوسته) در سال های اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. از آغازگرهای استفاده شده برای این واکنش ها می توان به پراکسید ها (بنزوئیل پراکسید)، هیدروپراکسیدها (کیومیل هیدروپراکسیدها (کیومیل هیدروپراکسید)، ترکیبات آزو (2،2-آزو بیس ایزوبوتیرونیتریل، AIBN) و آغازگرهای اکسنده یا اکسایش – کاهشی اشاره کرد. ماهیت و نوع آغازگرها در پلیمر شدن رادیکال آزاد بر ساختار پلیمر اثر می گذارد. مثلاً پراکسیدها باعث جذب هیدروژن از زنجیر پلیمر و در نتیجه شاخه ای شدن آن می شوند. استفاده از ترکیبات آزو منجر به تولید پلیمرهای خطی می شود و بر پایداری سامانه های پراکنده شده نیز اثر گذار است. بعضی چسب ها مثل سیانوآکریلات ها و آکریلات های فعال به وسیله پلیمر شدن افزایشی پخت می شوند.
دسته بندی چسب های حساس به فشار
برای چسب ها دسته بندی های مختلفی وجود دارد. چسب ها بر اساس ساختار شیمیایی، سازوکار سخت شدن و چسبندگی به چسب های گرمانرم، گرماسخت و لاستیکی دسته بندی می شوند. دسته بندی که luck انجام داد، بر اساس مشخصه هایی مانند اصول شیمیایی، شکل استفاده، دمای کاربری، رفتار گرمایی و کاربرد آن هاست. چسب های حساس به فشار معمولاً بر اساس شکل فیزیکی آن ها، به جامد(پودر و فیلم) یا مایع (حلالی و پایه آبی) تقسیم می شوند. معمولاً چسب از مخلوط چند ماده ساخته می شود که هر کدام می تواند آلی یا معدنی باشد. در مخلوط اجزای مختلف چسب یک جزء پایه وجود دارد که معین کننده استحکام اتصال چسبی است. این جزء پایه پلیمری مصنوعی یا طبیعی است. معمول ترین دسته بندی چسب های حساس به فشار شامل چسب های محلول، امولسیونی و ساماانه صد در صد جامد شامل چسب های مذاب داغ و مواد پخت شده با پرتودهی است. مهم ترین چسب های محلول ( پایه حلالی) شامل چسب های رزین -لاستیک، آکریلات ها ( گرمانرم ها و شبکه ای شده) و سیلیکون هاست. چسب های امولسیونی (پایه آبی) شامل آکریلات ها، لاتکس های لاستیکی سنتزی و طبیعی و اتیلن وینیل استات هستند. چسب های مذاب داغ به طور عمده بر پایه کوپلیمرهای دسته ای استیرن دی ان و آکریلات ها و مواد پخت شده با پرتودهی( پرتوالکترونی و UV) بر پایه آکریلات ها یا لاستیک هستند.

واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان