چسبهای مصرفی در صنایع چوب و شیمی چسب

چسبهای مصرفی در صنایع چوب و شیمی چسب

 دید کلی

ساخت و مصرف چسب از گذشته رایج بوده است. در قدیم ، از موادی چون قیر و صمغ درختان به عنوان چسب استفاده می‌کردند. در تمام قرون گذشته و همچنین قرن نوزدهم چسب‌ها منشاء حیوانی و یا گیاهی داشته‌اند.

چسب‌های حیوانی بطور عمده بر مبنای کلوژن مامالیام Mammaliamبودند که پروتئین اصلی پوست ، استخوان و رگ و پی است و چسب‌های گیاهی از نشاسته و دکسترین دانه‌های گندم ، سیب زمینی و برنج تهیه می‌شدند.  

چسبانده و بهم پیوسته شوند، بلکه در ایجاد چسبندگی برای موادی از قبیل جوهر تحریر ، رنگها 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 پلاستیک‌ها ضروری هستند.

اجزای تشکیل دهنده چسب‌ها

مواد پلیمری

چسب‌ها ، همگی حاوی پلیمر هستند یا پلیمرها در حین سخت شدن چسب‌ها بوسیله واکنش شیمیایی پلیمر شدن افزایشی یا پلیمر شدن تراکمی حاصل می‌شوند. پلیمرها به چسب‌ها قدرت چسبندگی می‌دهند. می‌توان آنها را به صورت رشته‌هایی از واحدهای شیمیایی همانند که بوسیله پیوند کووالانسی به هم متصل شده‌اند، در نظر گرفت.

پلیمرها در دماهای بالا روان می‌گردند و در حلال‌های مناسب حل می‌گردند. خاصیت روان شدن آنها در چسب‌های حرارتی و خاصیت حل شوندگی آنها در چسب‌های بر پایه حلال ، یک امر اساسی می‌باشد. پلیمرهای شبکه‌ای در صورت گرم شدن جریان نمی‌یابند، ممکن است در حلال‌ها متورم گردند، ولی حل نمی‌شوند. تمامی چسب‌های ساختمانی ، شبکه‌ای هستند، زیرا این مورد خزش (تغییر شکل تحت بار ثابت) از بین می‌برد.

افزودنیهای دیگر

بسیاری از چسب‌ها ، علاوه بر مواد پلیمری دارای افزودنیهایی هستند از قبیل:

·         مواد پایدار کننده در برابر تخریب توسط اکسیژن و UV.

·         مواد نرم کننده که قابلیت انعظاف را افزایش می‌دهد و دمای تبدیل شیشه‌ای (T_g ) را کاهش می‌دهد.

·         مواد پر کننده معدنی که میزان انقباض در سخت شدن را کاهش می‌دهد و خواص روان شدن را قبل از سخت شدن تغییر می‌دهد و خواص مکانیکی نهایی را بهبود می‌بخشد.

·         مواد تغلیظ کننده.

·         معرف های جفت کننده سیلانی.

تئوریهای چسبندگی

درباره 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 جفت کنندگی 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.

آماده سازی سطح برای چسبندگی

آماده سازی نامناسب یا نادرست سطح ، احتمالا دلیل عمده شکسته شدن اتصالات چسبی می‌باشد. آماده‌ سازی سطح یک جسم با روش‌های زیر انجام می‌گیرد: روش های سائیدگی ، استفاده از حلال‌ها ، تخلیه شعله وکرونا ، حک کردن تفلون ، حک کردن فلزات ، آندی کردن فلزات ، استفاده از چند سازه ها.

انواع چسب‌ها

چسب‌هایی که توسط واکنش شیمیایی سخت می‌شوند

·         چسب‌های تراکمی فرمالدئید برای چوب:
تعدادی از چسب‌های مورد استفاده برای چوب نتیجه تراکم فرمالدئید با فنول و رزوسینول (1و3 دی هیدروکسی بنزن) هستند. بقیه با اوره یا ملامین متراکم می‌شوند.

چسب چوب

چسب‌هایی که بدون واکنش شیمیایی سخت می‌شوند

این چسب‌ها شامل سه نوع زیر می‌باشند

·         چسب‌هایی که در اثر حذف حلال سخت می‌شوند:

o        چسب‌های تماسی: چسبهای تماسی احتمالا 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.

o        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:

o        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 (مثلا صمغی و دکسترین) و پلی وینیل استات (DVN) همراه با مقدار زیادی DVOH پایدار کننده تولید می‌شوند. DVOH تنها پلیمرمعروفی است که از منومر خودش ساخته نمی‌شود.

o        امولسیونهای آبی: اجزا ترکیبی برای پلیمریزه شدن امواسیونی عبارتند از: آب ، منومرها ، پایدار کننده ها و آغازگر. محصول پلیمر شدن امولسیونی ، شیرابه ای از ذرات پلیمر با پایدار کننده‌های جذب شده می‌باشد. معروف‌ترین مثال ،‌ چسب چوب DIY است که شیرابه آن ، شامل پلیمر پلی وینیل استات (DVA) است و به میزان زیادی در کارهای کارگاهی و در چسباندن اتصالات تاق و زبانه برای درها ، پنجره ها 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:

o        چسب‌های ذوبی: ماده اولیه چسب‌های ذوبی که از ابزار تفنگ شکلی خارج می‌شود، معمولا اتیلن وینیل استات (EVA) می‌باشد. کاربرد این چسب‌ها شامل استفاده در جعبه‌های مقوایی ، صفحه کتاب ، اتصالات حرارتی و نئوپان می‌باشد. 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 ، دائما چسبناک باقی می‌مانند و به خاطر استفاده در نوار چسب‌ها و برچسب‌ها معروف هستند. این چسب‌ها بطور 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 شده است. به همین دلیل ، چسب دائما چسبناک می‌ماند و طرف دیگر ، دارای پوشش آزاد کننده ای است که وقتی که نوار باز می‌شود، با چسب جدا می‌گردد. مواد آزاد کننده 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.

معایب و مزایای چسب‌ها

معایب

1.  عموما چسب‌ها بوسیله آب یا بخار آب سست می‌شوند.

2.  محدوده رهایی کار آنها کمتر از چسباننده‌های فلزی (مهره ها ،پیچ ها و بست‌های آهنی و غیره) است.

3.  چسب‌ها توسط دمای تبدیل شیشه ای (Tg) و تخریب شیمیایی محدود شده‌اند.

مزایا

1.  اتصال مواد غیر مشابه و لایه‌های نازک از مواد

2.  گسترش بار بر روی یک ناحیه وسیع

3.  زیبایی و حالت آئرودینامیک آنها بر روی سطوح خارجی اتصال

4.  کاربرد آنها با استفاده از ماشین روبات می‌باشد.

آزمایش تهیه چسب اوره - فرمالدئید

تئوری آزمایش

بسیاری از واکنش‌های پلیمریزاسیون ، کاربردهای بسیار مهم و اساسی در صنعت دارند. یکی از پلیمرهای با کاربرد صنعتی ، چسب و بطور کلی انواع چسب‌هاست. فنوپلاست‌ها و آمینوپلاست‌ها که جزء پلاستیک‌ها بشمار می‌روند، می‌توانند بعنوان چسب بخاری بکار روند. رزین فنل - فرمالدئید (فنوپلاست) که از واکنش فنل با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی و با ماکزیمم PH مساوی با 8,5 در صنعت تهیه می‌شود، می‌تواند بعنوان چسب بکار رود.

باید توجه داشت که برای استفاده از چسب بخاری ، انتهای مولکول باید گروه OH- داشته باشد. هرچه گروههای OH- آزاد (مربوط به گروه متیلول CH₂OH- ) بیشتر باشند، قدرت چسبندگی چسب افزایش می‌یابد. اما این چسب ، یعنی چسب فنل- فرمالدئید در بازار یافت نمی‌شود و کاربرد صنعتی زیادی ندارد. علت آن ، بوی بد فنل است.

اما رزین اوره- فرمالدئید که از واکنش فرمالدئید با اوره در محیط اسیدی یا بازی بدست می‌آید، بعنوان چسب بخاری کاربرد صنعتی بسیار وسیعی دارد. در تهیه این چسب نیز هرچه گروههای OH- آزاد بیشتر باشد، چسب قدرت بیشتری خواهد داشت.

وسایل مورد نیاز

·         بالن 3 دهانه حاوی مبرد

·         کپسول چینی

·         اوره

·         فرمالین

·         محلول هیدروکسید سدیم10%

·         اسید استیک یخی

روش آزمایش

داخل بالن 3 دهانه ، 22,5 گرم فرمالین (معادل 0,3 مول فرمالدئید) می‌ریزند، بر روی آن ، 9,0 گرم (0,15 مول) اوره اضافه می‌کنند و بمنظور تنظیم PH مخلوط در 7,5 - 8 ، به مقدار کافی هیدروکسیدسدیم 10% می‌افزایند. دو دهانه بالن را با چوب‌پنبه مسدود می‌کنند و مخلوط را ، 2 ساعت در حمام آبی در دمای 80 درجه سانتی‌گراد قرار می‌دهند. سپس دما را تا 60 درجه سانتی‌گراد پایین می‌آورند. چوب پنبه‌ها را در آورده و به جای یکی از دهانه‌های بالن ، لوله‌ای مویین و دیگری را به سیستم خلا متصل می کنند.

در فشار 120-100 میلی‌متر جیوه و دمای 70-60 درجه سانتی‌گراد ، آب موجود در سیستم را از محیط عمل دور می‌کنند. مخلوط بدست آمده را به کپسول چینی ریخته و بر روی آن 0,3 گرم اسید استیک یخی اضافه نموده و 2 ساعت در دمای 45-40 درجه سانتی‌گراد ، 2 ساعت در دمای 55 - 50 درجه سانتی‌گراد و 2 ساعت در دمای 100 درجه سانتی‌گراد گرم می‌کنند تا چسب بدست آمده تبدیل به رزین گردد.

نتیجه آزمایش

مشخص است که چسب اوره - فرمالدئید که تهیه کرده‌اید، کاربرد صنعتی بسیار گسترده‌ای بعنوان چسب بخاری دارد. همچنین این چسب در صنعت نئوپان سازی بعنوان پایه اصلی صنعت (برای بهم چسباندن ذرات و تکه های چوب و ضایعات چوبی) بشمار می‌رود. رزین اوره- فرمالدئید نیز در کارهای تحقیقاتی و آزمایشگاهی کاربرد دارد.

این واکنش پلیمریزاسیون ، یک واکنش چند تراکمی یا پلی کنداسیون است که از واکنش‌های رایج در صنعت و محصول ، یک پلاستیک است و پلیمر حاصل یک پلیمر یک بعدی است

آزمایش تهیه رزین ملامین - فرمالدئید

تهیه پلیمر ملامین

تئوری آزمایش

بسیاری از واکنش‌های پلیمریزاسیون ، به موادی منجر می‌شوند که در صنعت ، کاربردهای بسیار مهمی دارند. تهیه پلیمر ملامین- فرمالدئید به ماده‌ای منجر می‌شود که روزانه در منزل و بیرون ، بسیار با آن مواجهیم. واکنش پلیمریزاسیون ملامین- فرمالدئید ، یک واکنش پلیمریزاسیون تراکمی می‌باشد.

اگر در جریان واکنش پلیمریزاسیون ، به همراه پلیمر‌ ، مواد دیگری با اجرام مولکولی پایین تشکیل شوند و تغییر در ترکیب عنصری و ساختمانی پلیمر حاصل شود، پلیمریزاسیون از نوع مرحله‌ای یا تراکمی بوده و منومرهایی که به این ترتیب پلیمریزه می‌شوند، حاوی دو و یا چند گروه عاملی می‌باشند. ملامین یا 2 , 4 , 6 - تری آمینو - 1 , 3 , 5- تری آزید با فرمالدئید می‌تواند در محیط اسیدی یا بازی ، واکنش چند تراکمی انجام دهد و برحسب شرایط تنظیم واکنش ، پلیمر یک‌بعدی یا سه‌بعدی ایجاد کند.

وسایل مورد نیاز

·         حمام آبی

·         بالن 3 دهانه حاوی مبرد

·         کپسول چینی

·         ملامین

·         فرمالین

·         محلول هیدروکسیدسدیم 10%

·         گلیسیرین

روش آزمایش

داخل بالن 3 دهانه ، 22,5 گرم فرمالین (معادل با 0,3 مول فرمالدئید) می‌ریزند. بر روی آن ، 12,6 گرم (0,1 مول) ملامین ریخته و جهت تنظیم PH سیستم در 7,5 - 8,0 ، محلول هیدروکسید سدیم 10% می‌افزایند. سپس 2 دهانه بالن را مسدود کرده و مخلوط را به مدت 40 دقیقه در حمام آبی که دمای آن 95- 90 درجه سانتی‌گراد می‌باشد، قرار می‌دهند. بعد از زمان فوق ، دما را به 70 درجه سانتی‌گراد رسانده و دهانه‌های مسدود شده را باز کرده و به یکی از دهانه‌ها ، لوله‌ای ظریف (موجی) و به دیگری سیستم خلاء متصل می‌کنند.

در دمای 70- 60 درجه سانتی‌گراد و فشار 120- 100 میلی‌متر جیوه ، آب موجود در سیستم را از محیط عمل دور می‌کنند. مخلوط بدست آمده را به کپسول چینی ریخته و بر روی ان 2,0 گرم گلیسیرین افزوده، در دمای 150 درجه سانتی‌گراد و تا تشکیل مخلوطی سفت و سخت ، آن را حرارت می‌دهند. رزین سخت شده را در تکه های نازک جدا می‌کنند.

نتیجه آزمایش

ماده حاصله اولیه در صنعت کاربردهای فراوانی دارد. با افزایش دما و در PH اسیدی ، پلیمر یک‌بعدی به سه‌بعدی تبدیل می‌شود. با افزایش 20% کائولن تبدیل به "فرمیکال" می‌شود که ماده استخوانی روی میزهای کابینت است که در خلاء تحت فشار بالا ، پرس می‌شود. حال ، اگر %40-30 کربنات کلسیم اضافه کنیم، تبدیل به زیرسیگاری و مواد دیر‌اشتعال پذیر می‌شود که قیمت آن فوق‌العاده افت می‌کند، اما قدرت مکانیکی آن بالا می‌رود. کلید- پریز برق بدون استثنا از این ماده تهیه می‌شوند.