چسب

نیروهای چسبندگی

دو نیرو در مکانیسم اتصال چسب‌ها دخالت دارد که عبارت‌اند از نیروهای واندروالسی و پیوندهای شیمیایی. نیروهای واندروالسی اساس اکثر فرایندهای چسبندگی هستند. این نیروهای جاذبه بین چسب و جسم مورد نظر عمل می‌کنند. پیوندهای شیمیایی قویترین نوع چسبندگی را ایجاد می‌کنند. این نوع اتصال وقتی رخ می‌دهد که جسمی که چسب روی آن استفاده می‌شود دارای گروه‌های شیمیایی واکنش دهنده با چسب باشد.
برخی از گروه‌های شیمیایی در پدیدآوردن نیروهای واندروالسی خیلی مؤثر هستند و در صورت وجود در چسب یا جسم مورد نظر سبب ایجاد پیوند خوبی می‌شوند. از این گروه‌ها می‌توان گروه‌های نیتریل، هیدروکسیل، کربوکسیل و آمید را نام برد.

کشش سطحی

برای ایجاد چسبندگی بین چسب و جسم لازم است که مواد با یکدیگر تماس پیدا کنند. در این حالت کشش سطحی تماس چسب با جسم جامد را کنترل می‌کند. تمام مواد دارای نیروهای سطحی هستند که در مایعات کشش سطحی و در جامدات به انرژی سطحی معروفند. کشش سطحی عامل ایجاد قطره در یک مایع است.
اگر انرژی سطح در جامد بیشتر از کشش سطحی مایع باشد، قطره چسب پخش شده و در سطح جسم جامد پخش و باعث خیس شدن و بهتر شدن چسبندگی می‌شود؛ بنابراین با افزایش انرژی سطحی جامد یا با کاهش کشش سطحی مایع می‌توان خیس شدن سطح جامد را بهبود بخشید.
کشش سطحی بحرانی
کشش سطحی بحرانی، کشش سطحی لازم برای خیس کردن سطح جامد است. کشش‌های سطحی بحرانی فلزات تمیز و اکسیدهای فلزی بیشتر از کشش سطحی مواد آلی و آب است و بسپارهای آلی جامد کشش سطحی بحرانی کمتر از آب دارند. تشکیل اتصال با پلی اتیلن، CFCها و سیلیکون‌ها به علت کمتر بودن کشش سطحی بحرانی آن‌ها از کشش سطحی بحرانی اکثر چسب‌ها به دشواری صورت می‌گیرد.

آماده‌سازی سطح برای چسبندگی (ایجاد اتصال)

برای بالا بردن استحکام یک اتصال، ایجاد یک سطح تمیز لازم است. زیرا تمیزی سطح باعث افزایش کشش بحرانی سطح و پخش شدن بیشتر چسب و در نتیجه افزایش چسبندگی می‌شود. برای آماده‌سازی سطح فلزات باید سطح جسم عاری از گریس و روغن باشد. اکسیدهای سطح جسم را به‌وسیله ترجیحاً روش‌های شیمیایی مثل استفاده از محلول اسید کرومیک می‌توان پاکسازی کرد.
همچنین در اثر ترکیب کروماتها با سطح جسم، ماده در برابر اکسایش محافظت می‌شود و رطوبت نمی‌تواند به داخل نفوذ کرده و باعث تخریب سطح تماس فلز و چسب شود (برای زدودن اکسیدها از سطح فلز می‌توان از روش سایش مکانیکی هم استفاده کرد). آلودگی هوا و رطوبت می‌تواند باعث کاهش اتصال‌پذیری و همچنین کاهش استحکام اتصالات بین چسب و سطح مورد نظر شود.

تئوریهای چسبندگی

دربارهٔ چسبندگی شش تئوری وجود دارد که عبارتند از:

تئوری جذب فیزیکی

جذب فیزیکی شامل نیروهای وان‌دروالسی در بین سطوح می‌باشد که در بر گیرنده جاذبه‌های بین دو قطبی‌های دائم و دو قطبی القایی و نیروهای لاندن می‌باشد.

تئوری جذب شیمیایی

تئوری پیوند شیمیایی در مورد چسبندگی، بر اساس تشکیل پیوندهای کووالانسی، یونی و هیدروژنی بین سطح می‌باشد. مدارکی مبنی بر اینکه پیوندهای کووالانسی با عوامل جفت‌کنندگی سیلانی تشکیل می‌شود، وجود دارد و ممکن است که چسب‌ها شامل گروه‌های هیدروکسی یا آمین باشند که با اتم‌های هیدروژن فعال از قبیل گروه‌های هیدروکسیل، اگر چوب یا کاغذ اجزا مورد عمل باشند، پیوند هیدروژنی ایجاد می‌کنند.

تئوری نفوذ

تئوری نفوذ این دیدگاه را مطرح می‌کند که پلیمرها هنگام تماس ممکن است در همدیگر نفوذ کنند؛ بنابراین مرز درونی سرانجام برداشته می‌شود و نفوذ پلیمرها در صورتی اتفاق می‌افتد که زنجیرهای متحرک و سازگار باشند. به عبارت دیگر، دما باید از دمای تبدیل شیشه‌ای بالاتر رود.

تئوری الکتروستاتیک

تئوری الکتروستاتیک، از این طرح سرچشمه گرفته‌است که وقتی دو فلز در تماس با یکدیگر باشند، الکترون‌ها از یکی به دیگری منتقل می‌شوند و بنابراین یک لایه مضاعف الکتریکی تشکیل می‌گردد که نیروی جذب را نشان می‌دهد. چون پلیمرها، نارسانا هستند، مشکل به نظر می‌رسد که این تئوری برای چسب‌ها کاربرد داشته باشد.

تئوری پیوند درونی مکانیکی

اگر سطحی را که می‌خواهیم روی آن چیزی بچسبانیم، دارای سطحی نامنظم باشد آنگاه ممکن است چسب در ناهمواری‌های سطح، قبل از سخت شدن داخل شود. این ایده، باعث ظهور این تئوری شد که به اتصالات چسب با مواد متخلخل از قبیل چوب و نسوجات بسط داده شد. مثالی از این قبیل، عبارت از استفاده از اتو در لایه چسب و در لباس می‌باشد. لایه چسب‌ها، حاوی چسب‌های ذوبی هستند که پس از ذوب در پارچه نفوذ می‌کنند.

تئوری لایه مرزی ضعیف

تئوری لایه مرزی ضعیف، پیشنهاد می‌کند که سطوح تمیز، پیوندهای قوی‌تری با چسب ایجاد می‌کنند. اما برخی آلودگی‌ها از قبیل زنگ و روغن یا گریسها، لایه‌ای ایجاد می‌کنند که چسبندگی ضعیفی دارد. همه آلودگیها، لایه مرزی ضعیف تشکیل نمی‌دهند، زیرا در برخی حالات، آن‌ها توسط چسب حل خواهند شد. در این محدوده، چسب‌های ساختمانی آکریلیک، برتر از اپوکسیدها هستند و این، به دلیل توانایی آن‌ها برای حل کردن روغن‌ها و گریس‌ها می‌باشد.

آماده‌سازی سطح برای چسبندگی

آماده‌سازی نامناسب یا نادرست سطح، احتمالاً دلیل عمده شکسته شدن اتصالات چسبی می‌باشد. آماده‌سازی سطح یک جسم با روش‌های زیر انجام می‌گیرد: روش‌های سائیدگی، استفاده از حلال‌ها، تخلیه شعله وکرونا، حک کردن تفلون، حک کردن فلزات، آندی کردن فلزات، استفاده از چند سازه‌ها.

چسب‌های اپوکسیدی

اپوکسیدها، بهترین نوع چسب‌های شناخته شده ساختمانی هستند و بیشترین کاربرد را دارند. رزین اپوکسی که اغلب در حالت معمول استفاده می‌شود، معمولاً دی گیلیسریل اتراز بیس فنل DGEBA)A) نامیده می‌شود و به وسیلهٔ واکنش نمک سدیم از بیس فنل A با اپی کلروهیدرین ساخته می‌شود. آمین‌های آروماتیک و آلیفاتیک به عنوان عامل سخت‌کننده استفاده می‌شوند. این چسب‌ها به چوب، فلزات، شیشه، بتن، سرامیک‌ها و پلاستیک‌های سخت به خوبی می‌چسبند و در مقابل روغن‌ها، آب، اسیدهای رقیق، بازها و اکثر حلال‌ها مقاوم هستند؛ بنابراین کاربرد بیشتری در چسباندن کفپوش‌های وینیلی در سرویس‌ها و مکان‌های خیس و به سطوح فلزی دارند.

چسب‌های فنولیک برای فلزات

وقتی که فنل با مقدار اضافی فرمالدئید تحت شرایط بازی در محلول آبی واکنش کند، محصول که تحت عنوان رزول شناخته شده و الیگومری شامل فنل‌های پلدار شده توسط اتروگرومتیلن روی حلقه‌های بنزن می‌باشد، بدست می‌آید. برای جلوگیری از تشکیل حفره‌های پر شده از بخار، اتصالات چسب‌های فنولیک تحت فشار، معمولاً بین صفحات پهن فولادی گرم شده توسط پرس هیدرولیک سخت می‌شوند. به دلیل شکننده بودن فنولیکها، پلیمرهایی از جمله پلی وینیل فرمال، پلی وینیل بوتیرال، اپوکسیدها و لاستیک نیتریل اضافه می‌شود تا سخت‌تر گردند.

چسب‌های تراکمی فرمالدئید برای چوب

تعدادی از چسب‌های مورد استفاده برای چوب نتیجه تراکم فرمالدئید با فنول و رزوسینول (۱و۳ دی هیدروکسی بنزن) هستند. بقیه با اوره یا ملامین متراکم می‌شوند.

چسب‌های آکریلیک

چسب‌های ساختاری شامل منومرهای آکریلیک توسط افزایشی رادیکال آزاد در دمای محیط سخت می‌شوند. منومر اصلی، متیل متاکریلات (MMA) می‌باشد، اما موارد دیگری از قبیل اسید متاکریلات برای بهبود چسبندگی به فلزات به وسیلهٔ تشکیل نمک‌های کربوکسیلات و بهبود مقاومت گرمایی و اتیلن گلیکول دی متیل اکریلات برای شبکه‌ای کردن نیز ممکن است مورد استفاده قرار گیرد.
کلروسولفونات پلی اتیلن، یک عامل سخت‌کننده لاستیک است و کیومن هیدورپراکساید و N,N دی متیلن آنیلین، اجزاء یک آغازگر اکسایشی- کاهشی هستند. پیوند دهنده‌هایی که برای اتصالات محکم مصنوعی به استخوان‌های انسان و پوشش‌های چینی برای دندان‌ها استفاده می‌شود نیز بر مبنای MMA هستند و بطورکلی برای چسباندن فلزات، سرامیک‌ها، بیشتر پلاستیک‌ها و لاستیک‌ها استفاده می‌شود و اتصالات پرقدرتی را ایجاد می‌کنند.

چسب‌های غیر هوازی

چسب‌های غیر هوازی در غیاب اکسیژن که یک بازدارنده پلیمر شدن است، سخت می‌گردد. این چسب‌ها اغلب بر پایه دی متاکریلات‌هایی از پلی اتیلن گلیکول هستند. کاربرد این چسب‌ها، اغلب در محل اتصال چرخ دنده‌ها، تقویت اتصالات استوانه‌ای و برای درزگیری می‌باشد.

چسب‌های پلی سولفیدی

پلی سولفیدها در ابتدا به عنوان دزدگیر استفاده می‌شدند و یک کاربرد مهم دزدگیری لبه‌های آینه‌های دوبل می‌باشد. هر دو برای اینکه واحدها را باهم نگه دارند و مانعی در برابر نفوذ رطوبت ایجاد کنند. آن‌ها به وسیله بیس (۲- کلرواتیل فرمال) با سدیم پلی سولفید تهیه می‌شوند و به منظور کاهش قیمت از پرکننده‌های معدنی استفاده می‌شود. به عنوان نرم‌کننده، از فتالات‌ها و معرف‌های جفت‌کننده سیلانی استفاده می‌شود و عامل سخت‌کننده آن‌ها شامل دی‌اکسید منگنز و کرومات هستند.

سفت شدن لاستیکی چسب‌های ساختمانی

بسیاری از چسب‌های ساختمانی، پلیمرهای لاستیکی حل شده‌ای در خودشان دارند. وقتی که چسب‌ها سخت می‌شوند، لاستیک به صورت قطراتی با قطر حدود ۱µm رسوب می‌کند. لاستیک‌های استفاده شده در این روش شامل پلی وینیل فرمال (pvf) و پلی وینیل بوتیرال (PVB) هستند که هر دو به وسیلهٔ واکنش آلدئید مناسب با پلی وینیل الکل ساخته می‌شوند.

سیلیکون‌ها

چسب‌های یک جزئی سیلیکون اغلب به چسب‌های ولکانیزه شونده در دمای اتاق (rtv) معروفند و شامل پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) با جرم‌های مولکولی در محدود ۱۶۰۰–۳۰۰ با گروه‌های انتهای استات، کتوکسیم یا اتر هستند. این گروه‌ها توسط رطوبت اتمسفر، هیدرولیز شده، گروه‌های هیدروکسیل تشکیل می‌دهند که بعداً با حذف آب متراکم می‌شوند.
چسب‌های سیلیکونی نرم و مطلوب هستند و دارای مقاومت محیطی و شیمیایی خوبی هستند. این چسب‌ها به عنوان بهترین پوشش برای استفاده در حمام شناخته شده‌اند.

چسب‌هایی که بدون واکنش شیمیایی سخت می‌شوند

این چسب‌ها شامل سه نوع زیر می‌باشند

چسب‌هایی که در اثر حذف حلال سخت می‌شوند

◦چسب‌های تماسی: چسب‌های تماسی احتمالاً از معروف‌ترین چسب‌ها بر پایه حلال هستند. این‌ها محلول‌هایی از پلیمر در حلال آلی هستند که در دو سطح بکار می‌روند تا متصل شوند. ماده اصلی این چسب‌ها، لاستیک پلی کلروپرن (پلی کروپرن، پلی کلرو بوتادین) است و برای چسباندن روکش‌های تزئینی و پلاستیک‌های محکم دیگر مثل ABS, DVC به چوپ و محصولات فلزی و چسب‌های تماسی DIY برای تخت کفش بکار می‌روند.
◦چسب‌های پمادی: چسب‌های بر پایه حلال مشهور که در ظروف پماد مانند به عموم فروخته می‌شوند، اغلب محلول‌هایی از لاستیک نیتریل (همی‌پلیمر یا بوتادین و آکریلونیتریل) در حلال‌های آلی هستند.

چسب‌هایی که با از دست دادن آب سخت می‌شوند

◦محلول‌های آبی و خمیرها: نشاسته، ذرت و غلات، منابع عمده برای استفاده چسب هستند. موارد مصرف عمده برای چسباندن کاغذ، مقوا و منسوجات می‌باشد. کاربردهای آن شامل صفحات موجدار، پاکتهای کاغذی، پنجرگیری تیوپ، چسباندن کاغذ دیواری و چسب‌های تر شدنی مجدد با آب می‌باشد. چسب‌های تر شدنی توسط آب شامل پلی (وینیل الکل) (DVOH) که در تمبرهای پُستی مورد استفاده قرار می‌گیرند و از لاتکس صمغ‌های طبیعی (مثلاً صمغی و دکسترین) و پلی وینیل استات (DVN) همراه با مقدار زیادی DVOH پایدارکننده تولید می‌شوند. DVOH تنها پلیمرمعروفی است که از منومر خودش ساخته نمی‌شود.
◦امولسیون‌های آبی: اجزا ترکیبی برای پلیمریزه شدن امواسیونی عبارتند از: آب، منومرها، پایدارکننده‌ها و آغازگر. محصول پلیمر شدن امولسیونی، شیرابه‌ای از ذرات پلیمر با پایدارکننده‌های جذب شده می‌باشد. معروف‌ترین مثال، چسب چوب DIY است که شیرآبه آن، شامل پلیمر پلی وینیل استات (DVA) است و به میزان زیادی در کارهای کارگاهی و در چسباندن اتصالات تاق و زبانه برای درها، پنجره‌ها و مبلمان در کارخانه‌ها استفاده می‌شود و مثال دیگر در رنگ‌های امولسیونی بر پایه DVA هستند که برای پوشش سطح یا به عنوان چسب استفاده می‌شود.

چسب‌هایی که به وسیله سرد کردن سخت می‌شوند

◦چسب‌های ذوبی: به نام چسب حرارتی هم شناخته می‌شوند که نوعی چسب از نوع ترموپلاست است. ترموپلاست یا پلاستیک حرارتی یا گرمایشی یک ماده پلاستیکی و یک پلیمر است که در یک درجه حرارت خاص ذوب و قابل انعطاف شده و پس از خنک شدن سفت می‌شود. ماده اولیه چسب‌های ذوبی که از ابزار تفنگ شکلی خارج می‌شود، معمولاً اتیلن وینیل استات (EVA) می‌باشد. کاربرد این چسب‌ها شامل استفاده در کاردستی‌ها، جعبه‌های مقوایی، صفحه کتاب، اتصالات حرارتی و نئوپان می‌باشد. چسب ترموپلاستی حدود سال ۱۹۴۰ توسط شرکت Procter & Gamble اختراع شد. در آن زمان چسب‌هایی که برای بسته‌بندی‌ها استفاده می‌شدند بر پایهٔ آب طراحی شده بودند و در اثر رطوبت چسبندگی خود را از دست می‌دادند؛ لذا چسب‌های حرارتی به عنوان راه حلی برای این موضوع به کار گرفته شدند. از دیگر چسب‌های ذوبی می‌توان چسب‌های ذوبی پلی آمیدی، پلی اورتان، استرهای آلیفاتیک، پلی استر اشاره کرد.
چسب‌های حساس به فشار
چسب‌های حساس به فشار، دائماً چسبناک باقی می‌مانند و به خاطر استفاده در نوار چسب‌ها و برچسب‌ها معروف هستند. این چسب‌ها به‌طور عمده بر پایه لاستیک طبیعی، همی پلیمر دسته‌ای و تصادفی، استیرن - بوتادین و آکریلیک هستند. PVC نرم شده و پلی اتیلن، مواد نوار معمولی هستند. یک طرف نوار با یک آستری یا لایه زیری پوشیده شده‌است. به همین دلیل، چسب دائماً چسبناک می‌ماند و طرف دیگر، دارای پوشش آزادکننده‌ای است که وقتی که نوار باز می‌شود، با چسب جدا می‌گردد. مواد آزادکننده که اغلب استفاده می‌شود، همی پلیمری از وینیل الکل و وینیل اکتادسیل کاربامات است که در اثر واکنش با DVOH با اکتادسیل ایزوسیانات ساخته می‌شود.