مقالات

چسب‌های مورد استفاده در روکش‌کاری 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 (۳۳۰۰ 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 ۱۶۹۰ تاسیس شد و اولین اختراع ایالات متحده (شماره ۱۸۳،۰۲۴) برای چسب در سال ۱۸۷۶ 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.

چسب‌های مورد استفاده در روکش‌کاری سطوح چوبی

  با توجه به تنوع تخته‌ها و روکش‌های مصرفی و کاربرد نهایی محصولات ساخته‌شده، در فرآیند روکش زنی سطوح چوبی از چسب‌های مختلفی استفاده می‌شود:

– هموپلیمرهای وینیل‌استات (آب‌پایه)

– کوپلیمرهای وینیل‌استات-‌اتیلن (آب‌پایه و گرماذوب)

– رزین‌های اوره-فرمالدئید 

– رزین‌های پلی‌یورتان (آب‌پایه، حلال‌پایه و گرماذوب)

 از بین این چسب‌ها هموپلیمرهای وینیل‌استات، به دلیل ویژگی‌های مطلوب، بیشترین حجم مصرف را به‌خود اختصاص داده‌اند که در ادامه به بررسی بیشتر این خانواده می‌پردازیم

 

امولسیون‌های وینیل‌استات از بسپارش مونومر وینیل استات در آب با و یا بدون مونومر کمکی، ساخته می‌شوند. در شکل۱ ساختار پلی‌وینیل‌استات را مشاهده می‌کنید. پلی‌وینیل استات معمولاً فیلم سخت و پیوسته‌ای ایجاد می‌کند زیرا ممانعت فضایی گروه‌های استات این پلیمر برای حرکت مولکول‌های آن محدودیت ایجاد می‌کنند. این گروه‌های استاتی همچنین در حضور آب و قلیا هیدرولیز می‌شوند.

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


شکل۱- ساختار مولکولی پلی‌وینیل استات



معمولاً پلی‌وینیل استات پلیمری گرما نرم است اما می‌توان با روش‌هایی این پلیمر را شبکه‌ای کرد تا مقاومت آن در برابر آب افزایش یابد.

پلی‌وینیل استات پلیمری بسیار انعطاف‌پذیر است و می‌توان خواص نهایی آن را به طرق مختلفی حین فرایند بسپارش تغییر داد. به‌عنوان مثال می‌توان با کنترل درصد شاخه‌ای شدن، وارد نمودن گروه‌های عاملی مختلف و یا تغییر کلوئید محافظ، ویژگی‌های پلیمر را تغییر داد.

پایدارسازی:

پراکنه‌های پلی‌وینیل استات را به دو روش می‌توان پایدار ساخت:

۱- استفاده از کلوئید محافظ

۲- استفاده از عوامل سطح‌فعال

معمولاً پلی‌وینیل الکل‌ها (PVOH) به‌عنوان کلوئید محافظ استفاده می‌شوند. این مولکول‌ها در آب محلولند و در مقایسه با عوامل سطح‌فعال، چسبناکی (tack) پلیمرهای ساخته‌شده را افزایش می‌دهند، اما حساسیت آن‌ها در برابر آب بیشتر می‌کند.

پلی‌وینیل استات، از طریق تبخیر آب در دمای محیط و یا نفوذ به سطوح متخلخل مانند چوب، خشک می‌شود. از آنجاکه توانایی پراکنش PVOH کمتر از عوامل سطح‌فعال است، پلی‌وینیل استات پایدارشده با آن دارای توزیع گسترده‌ای از اندازه ذرات کوچک و بزرگ است که خود باعث متراکم‌تر شدن ذرات و بیرون راندن سریع آب از درون فیلم می‌شود.

Tg بالاتر پلی‌وینیل الکل (در مقایسه با پلی‌وینیل استات) و ناسازگاری این دو ترکیب، منجر به انعقاد نامناسب رزین و حصول فیلم کدر می‌شود. در مقایسه پلی‌وینیل استات‌های پایدارشده با عوامل سطح‌فعال، سطوحی صاف و شفاف دارند.

دمای انتقال شیشه‌ای Tg :

Tg بر بسیاری از ویژگی‌های پلیمر مانند انعطاف پذیری، مقاومت در برابر آب، پیوستگی فیلم، چسبندگی به سایر سطوح و سرعت خشک شدن تاثیر گذار است. می‌توان Tg پلی‌وینیل استات را با افزودن نرم‌کن‌های فتالاتی مانند DOP و DBP و یا سایر نرم‌کن‌ها، کاهش داد. پلی‌وینیل ‌استات‌های دارای Tg کم، در دمای محیط نرم و چسبناک هستند.

شاخه‌ای کردن پلیمر(branching):

خطی بودن یا شاخه‌ای بودن محصول را می‌توان حین فرایند بسپارش، کنترل کرد. هر چه دما و مقدار کاتالیزور بیشتر باشد احتمال ایجاد شاخه‌های جانبی در زنجیره پلیمر اصلی افزایش می‌یابد. شاخه‌ای شدن باعث افزایش مقاومت کششی، چقرمگی (toughness)، مقاومت حرارتی و مقاومت خزشی (creep resistance) می‌شود.

گروه‌های عاملی:

ویژگی‌های پلی‌وینیل استات را می‌توان با واردکردن گروه‌های عاملی در زنجیر اصلی اصلاح کرد. با توجه به نوع گروه عاملی، می‌توان ویژگی‌های کاربردی رزین از جمله قدرت چسبندگی و چسبناکی (tackiness) محصول نهایی را به دقت کنترل کرد.

– معمولاً N متیلول اکریل‌آمید برای عامل‌دارکردن پلی‌وینیل استات استفاده می‌شود که پس از شبکه‌ای شدن موجب بهبود پیوستگی فیلم و در نتیجه مقاومت بیشتر آن در برابر آب می‌شود (از این رزین برای ساخت چسب‌های D3 و D4 استفاده می‌شود، نک بخش ۸-۸).

– هم‌چنین می‌توان از استرهای اکریلیک برای عامل‌دارکردن پلی‌وینیل استات استفاده کرد. گروه‌های عاملی کربوکسیل ایجاد شده، مراکزی برای شبکه ای شدن پلیمر و تنظیم گرانروی آن با تغییر PH هستند. حضور این گروه‌ها هم‌چنین موجب افزایش چسبندگی رزین به سطوح پلاستیکی و فلزی می‌شود.

چسب های لامینیت

در اغلب فرآیندهای صنعتی تولیدی، از چسب های لامینیت برای چسباندن صفحات با جنس های مختلف به یکدیگر استفاده می شود. این محصولات ورقه ای چند لایه، معمولاً شامل سه یا چندین لایه مجزا در ساختار خود هستند و لامینیت نامیده می شوند. چسب های لامینیت در سه کاربرد اصلی بسته بندی های انعطاف پذیر، لامینیت-های براق و لامینیت های صنعتی مثل اجزای مبلمان و اتومبیل استفاده می شوند.

مهم ترین برتری چسب های برپایه پلی اکریلات ها و پلی یورتان- های امولسیونی به چسب های حاوی حلال، عدم نیاز آن ها به دور ریزی و یا بازیافت مقادیر قابل توجه حلال است. علاوه بر این در صنعت بسته بندی مواد غذایی، باقی ماندن حلال در چسب و سپس نفوذ آن به داخل مواد خوراکی یکی از نگرانی های اصلی می باشد، بنابراین تقریباً در بسیاری از کاربردها چسب های حلال پایه توسط چسب های آب پایه سازگار با محیط زیست جایگزین شده اند.

این ورقه های فیلم چند لایه از طریق اعمال چسب بر یک سمت فیلم اولیه و سپس قرار دادن فیلم بعدی تحت فشار و حرارت روی لایه چسب خشک شده حاصل می شوند. ساختارهای چندلایه عموماً از طریق اعمال چسب و سپس لایه های فیلم بر پوشش حاصل ایجاد می شوند. بسته به نوع فیلمی که چسب بر آن اعمال می شود، مقدار مصرف چسب جامد بین ۱ تا ۵/۳ گرم در هر متر مربع تغییر می کند.

در لامینیت های با کارایی معمولی، امولسیون ها به تنهایی به عنوان چسب به کار می روند. اما در مواردی که استریلیزه بودن و یا مقاومت در برابر جوشیدن الزامی باشد، باید حدوداً ۳ تا ۵ درصد از یک عامل پخت مناسب، برای مثال ایزوسیانات های قابل پراکنش در آب، نیز به چسب اضافه شود. این ایزوسیانات ها نه تنها به عنوان عامل شبکه ای کننده و در نتیجه افزایش دهنده مقاومت حرارتی عمل می کنند بلکه چسبندگی به اکثر فیلم ها را نیز افزایش می دهند. در شکل۲ واکنش یک پلی ایزوسیانات سه عاملی با یک بسپار اکریلاتی و گروه های OH  فیلم آماده سازی شده به روش کرونا، نشان داده شده است. در روش کرونا با اُکسایش سطح بسپار، گروه های قطبی روی سطح آن ایجاد شده که منجر به افزایش انرژی سطحی و بهبود قابلیت ترشدن و چسبندگی آن می شود.

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

شکل۲: واکنش یک چسب لامینیت آب پایه دو جزئی ( امولسیون اکریلات + تری ایزوسیانات قابل پراکنش در آب ) با فیلم آماده سازی شده به روش کرونا

 

  هلما وکیلی، ستاره شجاع: شرکت رزینفام

 

 

(ادامه دارد…) 

متن کامل این مقاله را در شماره ۱۸۴ام  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 ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ 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