Lepidlo, akákoľvek látka, ktorá je schopná funkčne držať materiály pohromade povrchovým pripevnením, ktoré odoláva separácii. „Lepidlo“ ako všeobecný pojem zahŕňa cement, sliz, lepidlo a pastu - termíny, ktoré sa často používajú zameniteľne pre akýkoľvek organický materiál, ktorý tvorí lepivú väzbu. Anorganické látky, ako je portlandský cement, sa tiež môžu považovať za adhezíva v tom zmysle, že držia predmety ako sú tehly a trámy spolu prostredníctvom povrchového pripevnenia, ale tento článok je obmedzený na diskusiu o organických adhezívach, prírodných aj syntetických.
Prírodné lepidlá sú známe už od staroveku. Egyptské rezbárske práce siahajúce do 3 300 rokov zobrazujú prilepenie tenkej kúsky dyhy k tomu, čo sa javí ako doska z klenotov. Papyrus, čo je skorá netkaná textília, obsahoval vlákna rastlín z rodu ihličnatých, ktoré boli spojené s múkou. Asfalt, smola stromov a včelí vosk sa používali ako tmely (ochranné nátery) a lepidlá v staroveku a stredoveku. Zlatý list iluminovaných rukopisov bol k papieru nalepený vaječnou bielou a drevené predmety boli spojené lepidlami z rýb, rohov a syrov. Technológia živočíšnych a rybích glejov pokročila v 18. storočí av 19. storočí boli zavedené cementy na báze gumy a nitrocelulózy. Rozhodujúce pokroky v technológii lepidiel však čakali na 20. storočie, počas ktorého sa zlepšili prírodné lepidlá a z laboratória vyšlo mnoho syntetických látok, ktoré nahradili prírodné lepidlá na trhu. Rýchly rast leteckého a leteckého priemyslu v druhej polovici 20. storočia mal výrazný vplyv na technológiu lepidiel. Dopyt po lepidlách, ktoré mali vysoký stupeň štrukturálnej pevnosti a boli odolné voči únave a nepriaznivým podmienkam prostredia, viedol k vývoju vysokovýkonných materiálov, ktoré sa nakoniec dostali do mnohých priemyselných a domácich aplikácií.
Tento článok začína stručným vysvetlením princípov priľnavosti a potom skúma hlavné triedy prírodných a syntetických lepidiel.
priľnavosť
Pri vykonávaní lepivých spojov sú najdôležitejšie fyzikálne a chemické vlastnosti lepidla. Pri určovaní toho, či bude lepivý spoj primerane fungovať, sú tiež dôležité typy priľnavosti (tj spojované komponenty - napríklad kovová zliatina, plast, kompozitný materiál) a povaha predúpravy povrchu alebo základného náteru. Tieto tri faktory - priľnavosť, priľnavosť a povrch - majú vplyv na životnosť lepenej štruktúry. Mechanické správanie lepenej konštrukcie je zase ovplyvnené detailami konštrukcie spoja a spôsobom, ktorým sa prenášajú zaťaženia z jedného na druhého.
Pri tvorbe prijateľnej adhezívnej väzby je implicitne schopnosť lepidla navlhčiť a rozptýliť sa na spojoch, ktoré sa spájajú. Dosiahnutie takého medzifázového molekulárneho kontaktu je nevyhnutným prvým krokom pri tvorbe silných a stabilných adhezívnych spojov. Akonáhle je dosiahnuté zmáčanie, sú prostredníctvom rozhrania prostredníctvom mechanizmu generované vnútorné adhezívne sily. Presná povaha týchto mechanizmov je predmetom fyzikálnej a chemickej štúdie od 60. rokov minulého storočia, čo vedie k existencii mnohých teórií adhézie. Hlavný mechanizmus adhézie je vysvetlený teóriou adsorpcie, ktorá uvádza, že látky sa primárne držia kvôli intímnemu medzimolekulovému kontaktu. V adhéznych spojoch sa tento kontakt dosiahne intermolekulárnymi alebo valenčnými silami pôsobiacimi molekulami v povrchových vrstvách adhezíva a priľne.
Okrem adsorpcie boli navrhnuté ďalšie štyri mechanizmy adhézie. Prvé mechanické blokovanie nastáva, keď lepidlo prúdi do pórov v prilepenom povrchu alebo okolo výstupkov na povrchu. Druhá interdifúzia vedie k rozpusteniu tekutého lepidla a jeho difúzii do priľnavých materiálov. V treťom mechanizme sa adsorpcia a povrchová reakcia spájajú vtedy, keď sa adhezívne molekuly adsorbujú na pevný povrch a chemicky s ním reagujú. V dôsledku chemickej reakcie sa tento proces do istej miery líši od jednoduchej adsorpcie opísanej vyššie, hoci niektorí vedci považujú chemickú reakciu za súčasť celkového adsorpčného procesu a nie za samostatný adhézny mechanizmus. Nakoniec, elektronická alebo elektrostatická teória príťažlivosti naznačuje, že elektrostatické sily sa vyvíjajú na rozhraní materiálov s odlišnou štruktúrou elektronických pásiem. Všeobecne viac ako jeden z týchto mechanizmov hrá úlohu pri dosahovaní požadovanej úrovne adhézie pre rôzne typy adhezív a adheruje.
Pri vytváraní adhézneho spoja vzniká prechodová zóna na rozhraní medzi adherendom a adhezívom. V tejto zóne, nazývanej medzifáza, sa chemické a fyzikálne vlastnosti lepidla môžu značne líšiť od vlastností v nekontaktných častiach. Všeobecne sa predpokladá, že medzifázová kompozícia riadi trvanlivosť a pevnosť lepivého spoja a je primárne zodpovedná za prenos napätia z jedného priľnavého na druhého. Interfázová oblasť je často miestom environmentálneho útoku, čo vedie k zlyhaniu kĺbov.
Pevnosť lepených spojov sa zvyčajne určuje deštruktívnymi skúškami, ktoré merajú namáhanie vyvolané v bode alebo línii lomu skúšobnej vzorky. Používajú sa rôzne testovacie metódy, vrátane testov na odlupovanie, ťahanie v strihu, štiepenie a únavu. Tieto skúšky sa vykonávajú v širokom rozsahu teplôt a pri rôznych podmienkach prostredia. Alternatívny spôsob charakterizácie adhézneho kĺbu je určenie energie vynaloženej na odštiepenie jednotkovej oblasti medzifázy. Závery odvodené z takýchto výpočtov energie sú v zásade úplne rovnocenné záverom odvodeným z analýzy stresu.
Lepiace materiály
Prakticky všetky syntetické adhezíva a určité prírodné adhezíva sa skladajú z polymérov, ktoré sú obrými molekulami alebo makromolekulami vytvorenými spojením tisícov jednoduchších molekúl známych ako monoméry. K vytvoreniu polyméru (chemická reakcia známa ako polymerizácia) môže dôjsť v priebehu kroku „vytvrdzovania“, v ktorom polymerizácia prebieha súčasne s tvorbou adhezívnych väzieb (ako je to v prípade epoxidových živíc a kyanoakrylátov), alebo môže byť polymér vytvorená pred nanesením materiálu ako lepidlo, ako s termoplastickými elastomérmi, ako sú blokové kopolyméry styrén-izoprén-styrén. Polyméry dodávajú pevnosť, flexibilitu a schopnosť šíriť sa a interagovať na priľnavom povrchu - vlastnosti, ktoré sú potrebné na vytvorenie prijateľnej úrovne adhézie.
Prírodné lepidlá
Prírodné lepidlá sú predovšetkým živočíšneho alebo rastlinného pôvodu. Aj keď dopyt po prírodných výrobkoch klesol od polovice 20. storočia, niektoré z nich sa naďalej používajú s výrobkami z dreva a papiera, najmä na vlnitú lepenku, obálky, etikety na fľaše, knižné väzby, kartóny, nábytok a laminátové fólie a fólie, Okrem toho sa prírodným lepidlám získaným z obnoviteľných zdrojov v dôsledku rôznych environmentálnych predpisov dostáva obnovená pozornosť. Najdôležitejšie prírodné produkty sú opísané nižšie.
Živočíšne lepidlo
Termín živočíšne lepidlo sa zvyčajne obmedzuje na gleje pripravené z kolagénu cicavcov, hlavnej proteínovej zložky kože, kostí a svalov. Pri ošetrení kyselinami, zásadami alebo horúcou vodou sa normálne nerozpustný kolagén pomaly stáva rozpustným. Ak je pôvodný proteín čistý a proces premeny je mierny, produkt s vysokou molekulovou hmotnosťou sa nazýva želatína a môže sa použiť pre potraviny alebo fotografické výrobky. Materiál s nižšou molekulovou hmotnosťou, ktorý sa vyrába intenzívnejším spracovaním, má obvykle menej čistú a tmavšiu farbu a nazýva sa živočíšne lepidlo.
Živočíšne lepidlo sa tradične používa na spájanie dreva, kníhviazačstvo, výrobu brúsneho papiera, ťažké lepiace pásky a podobné aplikácie. Napriek svojej výhode vysokej počiatočnej lepivosti (lepivosti) bolo veľa živočíšneho lepidla modifikované alebo úplne nahradené syntetickými lepidlami.
Kazeínové lepidlo
Tento produkt sa vyrába rozpustením kazeínu, proteínu získaného z mlieka, vo vodnom alkalickom rozpúšťadle. Stupeň a typ alkálie ovplyvňuje správanie produktu. Pri spájaní dreva sú kazeínové gleje vo všeobecnosti lepšie ako skutočné živočíšne gleje, pokiaľ ide o odolnosť proti vlhkosti a starnutie. Kazeín sa tiež používa na zlepšenie priľnavosti farieb a náterov.
Lepidlo na krvné albumíny
Lepidlo tohto typu je vyrobené zo sérového albumínu, zložky krvi získateľnej buď z čerstvej živočíšnej krvi alebo zo sušeného rozpustného krvného prášku, do ktorého bola pridaná voda. Pridanie zásady do zmesi albumín-voda zlepšuje adhézne vlastnosti. V preglejkovom priemysle sa používa značné množstvo lepidla z krvi.
Škrob a dextrín
Škrob a dextrín sa extrahujú z kukurice, pšenice, zemiakov alebo ryže. Predstavujú hlavné druhy rastlinných lepidiel, ktoré sú rozpustné alebo dispergovateľné vo vode a získavajú sa z rastlinných zdrojov na celom svete. Škrobové a dextrínové lepidlá sa používajú v vlnitej lepenke a obaloch a ako lepidlo na tapety.
