مقالات

چسب‌های مورد استفاده در روكش‌كاری سطوح چوبی

بسپار/ ایران پلیمر, چسب­ها به عنوان موادی که قابلیت چسباندن دو سطح را به یکدیگر دارند، در کاربردهای فراوانی استفاده می­شوند. یک گروه از چسب­ها با نام چسب­های فشار حساس شناخته می­شوند. این چسب­ها به دلیل چسبندگی آنی به سطح در اثر کمی فشار با این نام خوانده می­شوند. رایج­ترین شکل این محصولات به صورت نوار، برچسب و فیلم­های محافظتی است. این گروه در میان سایر چسب­ها بازار به شدت رو به رشدی دارند و نیاز به گسترش انواع جدید آن­ها هر روز بیشتر می­شود. اگرچه محصولات فشار حساس از روش­های مختلف پلیمریزاسیون (امولسیونی، حلالی یا پخت با اشعه) تهیه می­شوند، اما پلیمریزاسیون امولسیونی به علت فرآیند ذاتا دوستدار محیط زیست خود توجه فراوانی را به خود اختصاص داده است. پلیمریزاسیون امولسیونی نه تنها دارای مزیتی چون سازگاری زیست­محیطی است بلکه مزایایی چون امکان گستره انتخاب وسیع، کنترل بهتر خواص محصولات و امکان کمتر رخداد واکنش­های ناخواسته به علت استفاده از آب به عنوان محیط واکنش است.

با توجه به گستره کاربردی فراوان لاتکس امولسیونی، علاقه قابل توجهی در گسترش ارتباط بین سه ناحیه اصلی علم در این حوزه: شرایط فرآیند پلیمریزاسیون امولسیونی، خواص فیلم خشک لاتکس و کارآیی نهایی محصول وجود دارد. اجزای واکنش و شرایط فرآیند روی خواص لاتکس مانند ترکیب درصد کوپلیمر، توزیع جرم مولکولی و توزیع اندازه ذره تاثیر می­گذارد. به علاوه، این موارد می­تواند روی خواص رئولوژیکی لاتکس و فرآیند تشکیل فیلم موثر باشد. به تبع آن، رئولوژی لاتکس و فرآیند تشکیل فیلم روی عملکرد نهایی فیلم تاثیر می­گذارد. این ارتباطات بین فرآیند پلیمریزاسیون امولسیونی، خواص لاتکس و فیلم خشک و عملکرد نهایی محصول، برای تمامی محصولات امولسیونی وجود دارد. برای هر یک از این سه ناحیه کلی، باید متغیرهای کنترلی و واکنشی و محدودیت­های مربوط به کاربرد مورد بررسی قرار گیرد. توسعه محصولات جدید دارای کاربرد خاص و بهبود فرآیندها و محصولات موجود، نیروی محرکه­ای است برای درک این متغیرها و رابطه بین آن­ها.

چسب­ها

انسان از ابتدای تمدن خود استفاده از چسب را آغاز کرد. غارهای طبس (3300 سال قبل از میلاد مسیح) یک اثر گلدان چسبناک و قلم مو را برای چسباندن روکش به یک تخته سیاه چرمی نشان می­دهد. بر اساس گزارش های تاریخی، نخستین کارخانه تولید چسب های تجاری در هلند در سال 1690 تاسیس شد و اولین اختراع ایالات متحده (شماره 183،024) برای چسب در سال 1876 ثبت گردید. امروزه، بسیاری از محصولات اطراف ما از خانه گرفته تا شاتل فضایی، بدون چسب، هرگز نمی توانست وجود داشته باشد. چسب به عنوان ماده ای قابل تعریف است که قابلیت کنار هم نگه داشتن حداقل دو سطح را به صورت قوی و دائمی داشته باشد. پیوند چسبنده در مقایسه با سایر انواع پیوند، مزایا و معایبی دارد. از مزایای این آن می­توان به اتصال هر ترکیب مشابه یا غیر مشابهی مستقل از شکل و ضخامت آن اشاره کرد. همچنین یک پیوند چسب دار قابلیت تحمل استرس و مقاومت خستگی عالی همراه با حداقل خوردگی را داراست. علاوه بر این، اتصال چسبی معمولا سریع­تر و ارزان­تر از اتصال مکانیکی است. بعضی از معایب آن نیز عبارتند از نیاز به آماده سازی دقیق سطح، مدت زمان پخت طولانی و عملکرد محدود با توجه به شرایط محیطی.

چسب‌هاي مورد استفاده در روكش‌كاري سطوح چوبي

  با توجه به تنوع تخته‌ها و روكش‌هاي مصرفي و كاربرد نهايي محصولات ساخته‌شده، در فرآيند روكش زني سطوح چوبي از چسب‌هاي مختلفي استفاده مي‌شود:

– هموپليمرهاي وينيل‌استات (آب‌پايه)

– كوپليمرهاي وينيل‌استات-‌اتيلن (آب‌پايه و گرماذوب)

– رزين‌هاي اوره-فرمالدئيد 

– رزين‌هاي پلي‌يورتان (آب‌پايه، حلال‌پايه و گرماذوب)

 از بين اين چسب‌ها هموپليمرهاي وينيل‌استات، به دليل ويژگي‌هاي مطلوب، بيشترين حجم مصرف را به‌خود اختصاص داده‌اند كه در ادامه به بررسي بيشتر اين خانواده مي‌پردازيم

 

امولسيون‌هاي وينيل‌استات از بسپارش مونومر وينيل استات در آب با و يا بدون مونومر كمكي، ساخته مي‌شوند. در شكل1 ساختار پلي‌وينيل‌استات را مشاهده مي‌كنيد. پلي‌وينيل استات معمولاً فيلم سخت و پيوسته‌اي ايجاد مي‌كند زيرا ممانعت فضايي گروه‌هاي استات اين پليمر براي حركت مولكول‌هاي آن محدوديت ايجاد مي‌كنند. اين گروه‌هاي استاتي همچنين در حضور آب و قليا هيدروليز مي‌شوند.

[EasyDNNGallery|23965|Width|800|Height|80|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]


شكل1- ساختار مولكولي پلي‌وينيل استات



معمولاً پلي‌وينيل استات پليمري گرما نرم است اما مي‌توان با روش‌هايي اين پليمر را شبكه‌اي كرد تا مقاومت آن در برابر آب افزايش يابد.

پلي‌وينيل استات پليمري بسيار انعطاف‌پذير است و مي‌توان خواص نهايي آن را به طرق مختلفي حين فرايند بسپارش تغيير داد. به‌عنوان مثال مي‌توان با كنترل درصد شاخه‌اي شدن، وارد نمودن گروه‌هاي عاملي مختلف و يا تغيير كلوئيد محافظ، ويژگي‌هاي پليمر را تغيير داد.

پايدارسازي:

پراكنه‌هاي پلي‌وينيل استات را به دو روش مي‌توان پايدار ساخت:

1- استفاده از كلوئيد محافظ

2- استفاده از عوامل سطح‌فعال

معمولاً پلي‌وينيل الكل‌ها (PVOH) به‌عنوان كلوئيد محافظ استفاده مي‌شوند. اين مولكول‌ها در آب محلولند و در مقايسه با عوامل سطح‌فعال، چسبناكي (tack) پليمرهاي ساخته‌شده را افزايش مي‌دهند، اما حساسيت آن‌ها در برابر آب بيشتر مي‌كند.

پلي‌وينيل استات، از طريق تبخير آب در دماي محيط و يا نفوذ به سطوح متخلخل مانند چوب، خشك مي‌شود. از آنجاكه توانايي پراكنش PVOH كمتر از عوامل سطح‌فعال است، پلي‌وينيل استات پايدارشده با آن داراي توزيع گسترده‌اي از اندازه ذرات كوچك و بزرگ است كه خود باعث متراكم‌تر شدن ذرات و بيرون راندن سريع آب از درون فيلم مي‌شود.

Tg بالاتر پلي‌وينيل الكل (در مقايسه با پلي‌وينيل استات) و ناسازگاري اين دو تركيب، منجر به انعقاد نامناسب رزين و حصول فيلم كدر مي‌شود. در مقايسه پلي‌وينيل استات‌هاي پايدارشده با عوامل سطح‌فعال، سطوحي صاف و شفاف دارند.

دماي انتقال شيشه‌اي Tg :

Tg بر بسياري از ويژگي‌هاي پليمر مانند انعطاف پذيري، مقاومت در برابر آب، پيوستگي فيلم، چسبندگي به ساير سطوح و سرعت خشك شدن تاثير گذار است. مي‌توان Tg پلي‌وينيل استات را با افزودن نرم‌كن‌هاي فتالاتي مانند DOP و DBP و يا ساير نرم‌كن‌ها، كاهش داد. پلي‌وينيل ‌استات‌هاي داراي Tg كم، در دماي محيط نرم و چسبناك هستند.

شاخه‌اي كردن پليمر(branching):

خطي بودن يا شاخه‌اي بودن محصول را مي‌توان حين فرايند بسپارش، كنترل كرد. هر چه دما و مقدار كاتاليزور بيشتر باشد احتمال ايجاد شاخه‌هاي جانبي در زنجيرة پليمر اصلي افزايش مي‌يابد. شاخه‌اي شدن باعث افزايش مقاومت كششي، چقرمگي (toughness)، مقاومت حرارتي و مقاومت خزشي (creep resistance) مي‌شود.

گروه‌هاي عاملي:

ويژگي‌هاي پلي‌وينيل استات را مي‌توان با واردكردن گروه‌هاي عاملي در زنجير اصلي اصلاح كرد. با توجه به نوع گروه عاملي، مي‌توان ويژگي‌هاي كاربردي رزين از جمله قدرت چسبندگي و چسبناكي (tackiness) محصول نهايي را به دقت كنترل كرد.

– معمولاً N متيلول اكريل‌آميد براي عامل‌داركردن پلي‌وينيل استات استفاده مي‌شود كه پس از شبكه‌اي شدن موجب بهبود پيوستگي فيلم و در نتيجه مقاومت بيشتر آن در برابر آب مي‌شود (از اين رزين براي ساخت چسب‌هاي D3 و D4 استفاده مي‌شود، نك بخش 8-8).

– هم‌چنين مي‌توان از استرهاي اكريليك براي عامل‌داركردن پلي‌وينيل استات استفاده كرد. گروه‌هاي عاملي كربوكسيل ايجاد شده، مراكزي براي شبكه اي شدن پليمر و تنظيم گرانروي آن با تغيير PH هستند. حضور اين گروه‌ها هم‌چنين موجب افزايش چسبندگي رزين به سطوح پلاستيكي و فلزي مي‌شود.

چسب های لامينيت

در اغلب فرآيندهای صنعتی توليدی، از چسب های لامينيت برای چسباندن صفحات با جنس های مختلف به يکديگر استفاده می شود. اين محصولات ورقه ای چند لايه، معمولاً شامل سه يا چندين لايه مجزا در ساختار خود هستند و لامينيت ناميده می شوند. چسب های لامينيت در سه کاربرد اصلی بسته بندی های انعطاف پذير، لامينيت-های براق و لامينيت های صنعتی مثل اجزای مبلمان و اتومبيل استفاده می شوند.

مهم ترين برتری چسب های برپايه پلی اکريلات ها و پلی يورتان- های امولسيونی به چسب های حاوی حلال، عدم نياز آن ها به دور ريزی و يا بازيافت مقادير قابل توجه حلال است. علاوه بر اين در صنعت بسته بندی مواد غذايی، باقی ماندن حلال در چسب و سپس نفوذ آن به داخل مواد خوراکی يکی از نگرانی های اصلی می باشد، بنابراين تقريباً در بسياری از کاربردها چسب های حلال پايه توسط چسب های آب پايه سازگار با محيط زيست جايگزين شده اند.

اين ورقه های فيلم چند لايه از طريق اعمال چسب بر يک سمت فيلم اوليه و سپس قرار دادن فيلم بعدی تحت فشار و حرارت روی لايه چسب خشک شده حاصل می شوند. ساختارهای چندلايه عموماً از طريق اعمال چسب و سپس لايه های فيلم بر پوشش حاصل ايجاد می شوند. بسته به نوع فيلمی که چسب بر آن اعمال می شود، مقدار مصرف چسب جامد بين 1 تا 5/3 گرم در هر متر مربع تغيير می کند.

در لامينيت های با کارايی معمولی، امولسيون ها به تنهايی به عنوان چسب به کار می روند. اما در مواردی که استريليزه بودن و يا مقاومت در برابر جوشيدن الزامی باشد، بايد حدوداً 3 تا 5 درصد از يک عامل پخت مناسب، برای مثال ايزوسيانات های قابل پراکنش در آب، نيز به چسب اضافه شود. اين ايزوسيانات ها نه تنها به عنوان عامل شبکه ای کننده و در نتيجه افزايش دهنده مقاومت حرارتی عمل می کنند بلکه چسبندگی به اکثر فيلم ها را نيز افزايش می دهند. در شکل2 واکنش يک پلی ايزوسيانات سه عاملی با يک بسپار اکريلاتی و گروه های OH  فيلم آماده سازی شده به روش کرونا، نشان داده شده است. در روش کرونا با اُکسايش سطح بسپار، گروه های قطبی روی سطح آن ايجاد شده که منجر به افزايش انرژی سطحی و بهبود قابليت ترشدن و چسبندگی آن می شود.

[EasyDNNGallery|23966|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل2: واکنش يک چسب لامينيت آب پايه دو جزئی ( امولسيون اکريلات + تری ايزوسيانات قابل پراکنش در آب ) با فيلم آماده سازی شده به روش کرونا

 

  هلما وکیلی، ستاره شجاع: شرکت رزینفام

 

 

(ادامه دارد…) 

متن کامل این مقاله را در شماره 184ام  ماهنامه بسپار که در دی ماه منتشر شده است بخوانید. 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.


 

 

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا