چسب های صنعتی و انواع آن

با پیدایش چسب های سنتزی ساخته شده در صنعت پلیمر، چسب های سنتی و گیاهی و حیوانی کاربردشان را در صنایع از دست دادند. از چسب ها برای اتصال دادن پلاستیک ها، چوب ها، کاغذ، سرامیک و فلزات استفاده فراوانی می شود. خاصیت چسبانندگی یک بسپار به نیروهای چسبندگی آن بستگی دارد. بعضی از بسپارها به خاطر داشتن گروه هایی با جاذبه های واندروالسی بیشتر چسبندگی خوبی دارند. بسپارهایی که چسبندگی خوبی نداشته باشند با افزودن یک اسید آلی یا موادی که گروه هایی با جاذبه واندروالسی دارند، به صورت قابل اتصال در می آید. برای هر ماده ای با توجه به جنس و ساختار و نوع استفاده باید چسب مناسبی انتخاب کرد.

امکانات بشر می تواند بوسیله چسب ها اصلاح گردد. این مطلب، شامل استفاده از سیمان های سخت شده توسط UV در دندانپزشکی و سیمان های پیوند آکلریلیک در جراحی استخوان می باشد. پیشرفت جدیدی که اخیرا در کاربرد چسب حاصل گشت، اتصال ریل های فولادی و تراموای جدید شهر منچستر بود. چسب ها نه تنها برای موادی که بایستی چسبانده و به هم پیوسته شوند، بلکه در ایجاد چسبندگی برای موادی از قبیل جوهر تحریر، رنگ ها و سایر سطوح پوششی، وسایل بتونه کاری و وجوه میانی در مواد ترکیبی از قبیل فولاد یا بافت پارچه، در تایرهای لاستیکی و شیشه یا الیاف در پلاستیک ها ضروری هستند.

انواع چسب ها

چسب هايي که توسط واکنش شيميايي سخت مي شوند

اپوکسيدها، بهترين نوع چسب هاي شناخته شده ساختماني هستند و بيشترين کاربرد را دارند. رزين اپوکسي که اغلب در حالت معمول استفاده  مي شود، معمولاً دي گيليسريل اتر بيس فنل ناميده مي شود و به وسيله واکنش نمک سديم از بيس فنل A با اپي کلروهيدرين ساخته مي شوند. آمين هاي آروماتيک و آليفاتيک به عنوان عامل سخت کننده استفاده مي شوند. اين چسب ها به چوب، فلزات، شيشه، بتن، سراميک ها و پلاستيک هاي سخت به خوبي مي چسبند و در مقابل روغن ها، آب، اسيدهاي رقيق، بازها و اکثر حلال ها مقاوم هستند. بنابراين کاربرد بيشتري در چسباندن کفپوش هاي وينيلي در سرويس ها و مکان هاي خيس و به سطوح فلزي دارند.

چسب هاي فنوليک براي فلزات

وقتي که فنل با مقدار اضافي فرمالدئيد تحت شرايط بازي در محلول آبي واکنش کند، محصول که تحت عنوان رزول شناخته شده و اليگومري شامل فنل هاي پلدار شده توسط اتروگرومتيلن روي حلقه هاي بنزن مي باشد، بدست مي آيد. براي جلوگيري از تشکيل حفره هاي پر شده از بخار، اتصالات چسب هاي فنوليک تحت فشار، معمولاً بين صفحات پهن فولادي گرم شده توسط پرس هيدروليک سخت مي شوند. به دليل شکننده بودن فنوليک ها، پليمرهايي از جمله پلي وينيل فرمال، پلي وينيل بوتيرال، اپوکسيدها و لاستيک نيتريل اضافه مي شود تا سخت تر گردند.

چسب هاي تراکمي فرمالدئيد براي چوب

تعدادي از چسب هاي مورد استفاده براي چوب نتيجه تراکم فرمالدئيد با فنول و رزوسينول (١و ٣ دي هيدروکسي بنزن) هستند. بقيه با اوره يا ملامين متراکم مي شوند.

چسب های آکریلیک

چسب هاي ساختاري شامل منومرهاي آکريليک توسط افزايشي راديکال آزاد در دماي محيط سخت مي باشد، منومر اصلي، متیل متاکريلات       (MMA) می باشد. ، اما موارد ديگري از قبيل اسيد متاکریلات برای بهبود چسبندگي به فلزات به وسيله تشکيل نمک هاي کربوکسيلات و بهبود مقاومت گرمايي و اتيلن گليکول دي متيل اکريلات براي شبکه اي کردن نيز ممکن است مورد استفاده قرار گيرد.

کلروسولفونات پلي اتيلن، يک عامل سخت کننده لاستيک است و کيومن هيدورپراکسايد و N,N دی متيلن آنيلين ، اجزاء يک آغازگر اکسايشي – کاهشي هستند. پيوند دهنده هايي که براي اتصالات محکم مصنوعي به استخوان هاي انسان و پوشش هاي چيني براي دندان ها استفاده مي شود نيز بر مبناي MMA هستند و به طورکلي براي چسباندن فلزات، سراميک ها، بيشتر پلاستيک ها و لاستيک ها استفاده مي شود و اتصالات پرقدرتي را ايجاد مي کنند.

انواع پلیمرهای آکریلیکی برای استفاده در چسب های حساس به فشار

پلیمر آکریلیکی

پليمرهاي آكريليكي ساختار شبکه ای دارند و نسبتاً نرم هستند. آکریلیک ها در مايعات با دمای جوش زیاد تبدیل به پليمر می شوند. روش های سنتز اين پلیمرها به شکل در محلول، تعلیقی و امولسيوني است. از نظر سنتز شيمي آلي، فن پليمرشدن امولسيوني از مهمترين و بهترين فنون پليمرشدن اين قبيل مواد است. از كاربردهاي پليمرهاي آکریلیکی، چسب های حساس به فشار است. اين پليمرها در ساختار چسب، سطح ثابت و چسبناكي را تشكيل می دهند كه با وارد آمدن فشار به سرعت روي انواع مواد مي چسبند. تر یکب پلیمرهای آکریلیکی به طور ذاتی حساس به فشار است. این پلیمرها از مونومرهای نرم (دمای انتقال شیش های کم)، سخت (دمای انتقال شیشه ای زیاد) و مونومرهای عاملی در زنجیر پلیمر تشکیل شده اند. به طور معمول آلکیل آکریلا ت ها با ۴ تا ۱۷ کربن می توانند مونومري از چسب هاي حساس به فشار باشند. ترکیب پلیمر پایه چسب حساس به فشار، مبتنی بر پلیمرهای آکریلیکی حاوی شاخه های جانبی فراوانی است که با پیوند استری با هم در ارتباط هستند.

ساختار پلی الکترولیت

ساختار پلی الکترولیت

چسب های غیر هوازی

چسب هاي غير هوازي در غياب اکسيژن که يک بازدارنده پليمر شدن است، سخت مي گردد. اين چسب ها اغلب بر پايه دي متاکريلات هايي از پلي اتيلن گليکول هستند.کاربرد اين چسب ها، اغلب در محل اتصال چرخ دنده ها، تقويت اتصالات استوانه اي و براي دزدگيري مي باشد.

چسب های پلی سولفیدی

پلي سولفيدها در ابتدا به عنوان درزگير استفاده مي شدند و يک کاربرد مهم درزگيري لبه هاي آينه هاي دوبل مي باشد. هر دو براي اينکه واحدها را باهم نگه دارند و مانعي در برابر نفوذ رطوبت ايجاد کنند. آنها به وسيله بيس (٢- کلرواتيل فرمال) با سديم پلي سولفيد تهيه مي شوند و به منظور کاهش قيمت از پرکننده هاي معدني استفاده  مي شود. به عنوان نرم کننده، از فتالات ها و معرف هاي جفت کننده سيلاني استفاده مي شود و عامل سخت کننده آنها شامل دي اکسيد منگنز و کرومات هستند.

سيليکون ها

چسب هاي يک جزئي سيليکون اغلب به چسب هاي ولکانيزه شونده در دماي اطاق (rtv) معروفند و شامل پلي دي متيل سيلوکسان (PDMS) با جرم هاي مولکولي در محدود ۱۶۰۰- ۳۰۰ با گروه هاي انتهاي استات، کتوکسيم يا اتر هستند. اين گروه ها توسط رطوبت اتمسفر، هيدروليز شده گروه هاي هيدروکسيل تشکيل مي دهند که بعدا با حذف آب متراکم مي شوند. چسب هاي سيليکوني نرم و مطلوب هستند و داراي مقاومت محيطي و شيميايي خوبي هستند. اين چسب ها به عنوان بهترين پوشش براي استفاده در حمام شناخته شده اند.

چسب هايي که بدون واکنش شيميايي سخت می شوند

چسب هايي که در اثر حذف حلال سخت می شوند
چسب هاي تماسي

چسب هاي تماسي احتمالا از معروف ترين چسب ها بر پايه حلال هستند.  اين ها محلول هايي از پليمر در حلال آلي هستند که در دو سطح بکار مي روند تا متصل شوند. ماده اصلي اين چسب ها، لاستيک پلي کلروپرن (پلي کروپرن، پلي کلرو بوتادين) است و براي چسباندن روکش هاي تزئيني و پلاستيک هاي محکم ديگر مثل ABS, DVC به چوپ و محصولات فلزي و چسب هاي تماسي DIY براي تخت کفش بکار مي روند.

چسب هاي پمادي

چسب هاي بر پايه حلال مشهور که در ظروف پماد مانند به عموم فروخته مي شوند، اغلب محلول هايي از لاستيک نيتريل (همو پليمر يا بوتادين و آکريلونيتريل) در حلال هاي آلي هستند.

چسب هايي که با از دست دادن آب سخت مي شوند
محلول های آبی و خمیرها

نشاسته، ذرت و غلات، منابع عمده براي استفاده چسب هستند.  موارد مصرف عمدة براي چسباندن کاغذ، مقوا و منسوجات مي باشد. کاربردهاي آن شامل صفحات موجدار، پاک تهاي کاغذي، پنجرگيري تيوپ، چسباندن کاغذ ديواري و چسب هاي ترشدني مجدد با آب مي باشد. چسب هاي ترشدني توسط آب شامل پلي وينيل الکل (DVOH) که در تمبر هاي پستي مورد استفاده قرار مي گيرند و از لاتکس صمغ هاي طبيعي (مثلاً صمغي و دکسترين) و پلي وينيل استات (DVN) همراه با مقدار زیادی DVOH پایدارکننده تولید می شوند. DVOH تنها پليمرمعروفي است که از منومر خودش ساخته نمی شود.

امولسيون هاي آبي

اجزا ترکيبي براي پليمريزه شدن امواسيوني عبارتند از: آب، منومرها،  پايدار کننده ها و آغازگر. محصول پليمر شدن امولسيوني، شيرابه اي از ذرات پليمر با پايدار کننده هاي جذب شده مي باشد. معروف ترين مثال ، چسب چوب DIY است که شيرابه آن، شامل پليمر پلي وينيل استات (DVA) است و به ميزان زيادي در کارهاي کارگاهي و در چسباندن اتصالات زبانه درها، پنجره ها و مبلمان در کارخانه ها استفاده مي شود و مثال ديگر در رنگهاي امولسيوني بر پايه DVA هستند که براي پوشش سطح يا به عنوان چسب استفاده می شود.

چسب هايي که به وسيله سرد کردن سخت مي شوند
چسب هاي ذوبي

ماده اوليه چسب هاي ذوبي که از ابزار تفنگ شکلي خارج مي شود، معمولاً اتیلن وینیل استات (EVA) است. کاربرد اين چسب ها شامل استفاده در جعبه هاي مقوايي، صفحه کتاب، اتصالات حرارتي و نئوپان مي باشد. از ديگر چسب هاي ذوبي مي توان چسب هاي ذوبي پلي آميدي ، پلي اورتان ، استرهاي آليفاتيک ، پلي استر اشاره کرد.

ساختار یک پلی اورتان

ساختار یک پلی اورتان

چسب هاي حساس به فشار

چسب هاي حساس به فشار، دائماً چسبناک باقي مي مانند و به خاطر استفاده در نوار چسب ها و برچسب ها معروف هستند. اين چسب ها به طور عمده بر پايه لاستيک طبيعي، هموپليمر دسته اي و تصادفي، استيرن – بوتادين و آکريليک هستند. PVC نرم شده و پلي اتيلن، مواد نوار معمولي هستند. يک طرف نوار با يک آستري يا لايه زيري پوشيده شده است. به همين دليل، چسب دائماً چسبناک مي ماند و طرف ديگر، داراي پوشش آزاد کنندهاي است که وقتي که نوار باز مي شود، با چسب جدا مي گردد. مواد آزاد کننده که اغلب استفاده مي شود، همي پليمري از وينيل الکل و وينيل اکتادسيل کاربامات است که در اثر واکنش با DVOH با اکتادسيل ايزوسيانات ساخته مي شود..

اصطلاح چسب حساس به فشار معرف چسب هایی است که در حالت خشک و دمای معمولی با فشار دست و انگشت با اجسام پیوند قوی برقرار می کنند. در مطالعه حاضر، ساختار انواع چسب های حساس به فشار بررسی می شود. ترکیب پلیمرهای پایه چسب حساس به فشار شامل پلیمرهای آکریلیک، سیلیکون ها، پلی یورتان ها و پلی استرهاست. پلیمرهای آکریلیک چسب های حساس به فشار بر پایه آب، حلال های آلی یا عاری از حلال آلی هستند. پلیمرهای آکریلیک به طور ذاتی حساس به فشار هستند. چسب حساس به فشار آکریلیکی حاوی مونومرهایی با دمای انتقال شیشه ای زیاد و کم است. با کم و زیاد کردن این مونومرها می توان خواص چسبندگی این نوع چسب ها را تغییر داد. چسب های فشاری با پایه لاستیک یا سیلیکون عمدتا در چسب های نواری استفاده می شوند. چسب های حساس به فشار سیلیکونی را می توان در دماهای ۴۰ °C تا ۳۰۰°C استفاده کرد. این چسب ها با دو سطوح انرژی زیاد و کم پیوند برقرار می کنند. چسب های حساس به فشار بر پایه پلی یورتان در دماهای ۴۰°C تا ۱۰۰°C پایدارند و پس از خشک شدن انعطاف پذیری زیادی از خود نشان می دهند. چسبندگی عالی چسب های حساس به فشار بر پایه پلی استرها نیز تنها با پلی استرهای آلیفاتیک در وزن های مولکولی متغیر از ۱۰۰۰۰ تا ۵۰۰۰ دالتون و دمای شیشه ای بین ۲۵ تا ۴۷ درجه سانتیگراد حاصل می شود.

چسب های حساس به فشار به طور پایدار و فزاینده در دمای معمولی چسبناک اند و بدون نیاز به فشار بیشتر از انگشت یا دست به طور محکم با سطوح اتصال برقرار می کنند. این چسب ها منحصر به فرد اند، چرا که طی فرایند پیوند دهی هیچ تغییری در شکل فیز یکی و واکنش شیمیایی آنها رخ نمی دهد. ساختار شیمیایی پایه پلیمری چسب های حساس به فشار نقش مهمی در تعین مدول و سایر خواص شیمیایی چسب ایفا می کند. بنابراین، وقتی که پلیمرهای چسب حساس به فشار سنتز می شوند، اغلب از مونومرهای متنوعی برای ساختن زنجیر نهایی پلیمر استفاده می شود، تا محدوده تماس سطحی و اثری که روی نیروی چسبندگی ماده دارد کنترل شود. چسب هایی که بر پایه پلیمرهای آکریلیکی و لاستکی های طبیعی هستند، رایجترین انواع چسب های حساس به فشاراند. چسب های بر پایه پلیمرهای آکریلیکی دارای پایداری خوبی نسبت به نور فرابنفش (UV) بوده و در برابر آبکافت نیز پایدارند. خواص چسب های حساس به فشار به طور کامل به پلیمر پایه و سایر موادی که برای ساخت آنها استفاده می شود، وابسته است. پلیمرهای پایه چسب حساس به فشار شامل آکریلیک ها، سیلیکون ها، پلی‌اورتان ها و پلی استرها هستند. چسب ها همگی دارای پلیمر هستند یا اینکه پلیمرها در حین پیوند چسب شکل می گیرند. پلیمرها به شکل رشته ای، خطی، شاخه ای یا شبکه ای (دارای اتصالات عرضی) در چسب ها یافت می شوند که به چسب ها قدرت چسبندگی می دهند.

طبقه بندی چسب ها

به دلیل تنوع چسب ها و کاربرد فراوان آن ها روش کامل و جامعی که بتواند همه انواع چسب ها را دسته بندی کند و در برگیرنده همه آن ها باشد، وجود ندارد. چند روش معمول طبقه بندی پسب ها به روش زیر است:

  • طبقه بندی براساس منشا چسب: چسب ها را براساس منشا آن ها می توان به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم کرد. در این تقسیم بندی چسب های طبیعی خود به سه دسته حیوانی، گیاهی و معدنی تقسیم می شوند.
  • طبقه بندی براساس نوع مواد اتصال یابنده: در این روش چسب ها به چسب چوب، کاغذ، فلز به فلز، سرامیک، پلاستیک و نظایر آن تقسیم می شوند.
  • طبقه بندی براساس شکل فیزیکی: شکل فیزیکی چسب می تواند مبنای تقسیم بندی باشد. بر این اساس چسب مایع، چسب مایع دوقلو، چسب نواری و نظایر آن نامگذاری می شوند.
  • طبقه بندی براساس نوع کاربرد: در این تقسیم بندی چسب ها بر حسب نوع کاربردشان به ساختاری و غیرساختاری تقسیم می شوند. منظور از چسب های ساختاری، آن دسته از چسب هاست که برای اتصال اجزای سازنده ی سازه هایی که تحت نیروی زیاد قرار دارند به کار می روند. وظیفه این چسب ها نگه داشتن سطوح در کنار یکدیگر و ایجاد مقاومت در برابر نیروی (کششی، تراکمی، برشی) وارد شده بر سطوح اتصال می باشد. چسب های غیرساختاری موادی هستند که اتصالات چسبی ضعیف را موجب می شوند. چسب های غیرساختاری عمل تثبیت یا پخت را انجام نمی دهند و سطوح چسبیده شده به راحتی تحت نیروهای جزئی نیز از هم جدا می شوند. کاربرد این چسب ها در برچسب ها، بسته بندی، چسباندن کاغذ دیواری و کف پوش، آب بندی، درزگیری، بتونه کاری و جلوگیری از نفوذ گازها و نظایر آن می باشد.
  • طبقه بندی براساس میزان مصرف چسب: بر این اساس چسب ها به دو دسته ی صنعتی و خانگی تقسیم می شوند. چسب های صنعتی در حجم زیاد مصرف می شوند درحالیکه چسب های خانگی در بسته های کوچک و مقادیر کم استفاده می گردند.
  • طبقه بندی براساس نام شیمیایی جزء اصلی چسب: در چسب های مصنوعی، ماده اصلی چسب ممکن است یکی از رزین های ترموپلاستیک (مانند پلی وینیل استات، پلی وینیل الکل، نیتریل رابر، پلی اکریلیک) و یا یکی از رزین های ترموستی (مانند رزین های فنلی، سیلیکون، اپوکسی) یا یکی از رزین های ترموالاستیک (مانند پلی وینیل کلرید) باشد.

منظور از رزین های ترموپلاستیک موادی است با مولکول های خطی غول آسا که بر اثر حرارت ذوب شده و بر اثر سرما مجددا سفت می شوند و این عمل می تواند بارها تکرار شود. رزین های ترموست موادی هستند که بر اثر حرارت کم و تحت فشار جامد  می شوند و در صورتیکه مجددا ذوب شوند، ساختمان مولکولی خود را از دست داده نمی توانند به حالت اولیه بر گردند. رزین های ترموالاستیک بر اثر حرارت هیچ گاه ذوب و مایع نمی شوندبلکه به صورت خمیری و الاستیک در می آیند. این طبقه بندی شامل چسب هایی که در فرمول آن ها دو یا چند جزء با اهمیت یکسان وجود دارد، نمی شود. برای مثال اگر در فرمول چسبی یک رزین فنلی با یک رزین پلی اکریلیک وجود داشته باشد (هر دو جزءاصلی اند)، در این طبقه بندی نمی گنجد.

  • طبقه بندی بر اساس نحوه ی عملکرد چسب: بر این مبنا چسب ها را به شکل زیر تقسیم بندی می کنند:
  1. چسب هایی که بر اثر واکنش شیمیایی تثبیت می شوند.
  2. چسب هایی که بدون واکنش شیمیایی تثبیت می شوند که خود به سه دسته ی ((پایه حلال))، ((پایه آب)) و ((گرم)) تقسیم می گردند. این چسب ها به ترتیب با از دست دادن حلال، آب و سرد شدن مذابشان، تثبیت و سفت می شوند.