تحليل موجز لأنواع وخصائص المواد اللاصقة الفيزيائية والكيميائية الرئيسية

المواد اللاصقة الطبيعية شائعة الاستخدام في حياتنا. ووفقًا لمصادر مختلفة، يمكن تقسيمها إلى غراء حيواني، وغراء نباتي، وغراء معدني. يشمل الغراء الحيواني غراء الجلد، وغراء العظام، والشيلاك، وغراء الكازين، وغراء الألبومين، وغراء مثانة السمك، وغيرها. يشمل الغراء النباتي النشا، والدكسترين، والراتنج، والصمغ العربي، والمطاط الطبيعي، وغيرها. يشمل الغراء المعدني الشمع المعدني، والأسفلت. بفضل مصادره الوفيرة، وسعره المنخفض، وقلة سميته، يُستخدم على نطاق واسع في صناعة الأثاث، وتجليد الكتب، والتغليف، وصناعة الحرف اليدوية.

لاصق النشا

مع دخول لاصق النشا القرن الحادي والعشرين، سيصبح الأداء البيئي الجيد لهذه المادة سمةً رئيسيةً لها. النشا مورد طبيعي متجدد غير سام، غير ضار، منخفض التكلفة، قابل للتحلل الحيوي وصديق للبيئة. يُستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات. في السنوات الأخيرة، تتطور تكنولوجيا إنتاج المواد اللاصقة الصناعية عالميًا نحو توفير الطاقة، وانخفاض التكلفة، وعدم التسبب في أي ضرر، ولزوجة عالية، وعدم استخدام مذيبات.

باعتباره منتجًا صديقًا للبيئة، حظي لاصق النشا باهتمام واسع في صناعة المواد اللاصقة. وفيما يتعلق بتطبيق وتطوير لاصق النشا، فإن آفاق لاصق النشا المؤكسد بنشا الذرة واعدة، حيث تُجرى أبحاث وتطبيقات مكثفة.

في الآونة الأخيرة، تم استخدام النشا كمادة لاصقة بشكل أساسي في الورق ومنتجات الورق، مثل ختم الكرتون والكرتون، ووضع العلامات، ولصق الطائرة، ولصق المظاريف، وربط الأكياس الورقية متعددة الطبقات، وما إلى ذلك.

يتم تقديم العديد من المواد اللاصقة النشوية الشائعة أدناه:

لاصق النشا المؤكسد

مادة الجيلاتين المُحضّرة من خليط نشا مُعدّل بدرجة بلمرة منخفضة، يحتوي على مجموعة ألدهيد ومجموعة كربوكسيل وماء، تحت تأثير مؤكسد بالتسخين أو الجلاتين في درجة حرارة الغرفة، تُشكّل مادة لاصقة نشا مُحمّلة. بعد أكسدة النشا، يتكوّن نشا مؤكسد ذو قابلية للذوبان في الماء، وقابلية للبلل، وخاصية الالتصاق.

كمية المؤكسد قليلة، ودرجة الأكسدة غير كافية، وتقل الكمية الإجمالية للمجموعات الوظيفية الجديدة الناتجة عن النشا، وتزداد لزوجة المادة اللاصقة، وتنخفض اللزوجة الأولية، وتصبح السيولة ضعيفة. يؤثر ذلك بشكل كبير على حموضة المادة اللاصقة وشفافيتها ومحتواها من الهيدروكسيل.

مع إطالة زمن التفاعل، تزداد درجة الأكسدة، ويزداد محتوى المجموعة الكربوكسيلية، وتقل لزوجة المنتج تدريجيًا، ولكن الشفافية تتحسن أكثر فأكثر.

لاصق النشا المستري

لاصقات النشا المُسْتَرة هي لاصقات نشا غير قابلة للتحلل، تُكسب النشا مجموعات وظيفية جديدة من خلال تفاعل الأسترة بين مجموعات الهيدروكسيل في جزيئات النشا ومواد أخرى، مما يُحسّن أداء لاصقات النشا. بفضل الترابط الجزئي للنشا المُسْتَرة، تزداد اللزوجة، ويتحسن استقرار التخزين، وتتحسن خصائص مقاومة الرطوبة والفيروسات، وتتحمل الطبقة اللاصقة درجات الحرارة العالية والمنخفضة والمتناوبة.

لاصق النشا المطعم

يعتمد تطعيم النشا على استخدام طرق فيزيائية وكيميائية لجعل سلسلة جزيئات النشا تُنتج جذورًا حرة، وعند التقاء مونومرات البوليمر، يحدث تفاعل متسلسل. تتكوّن سلسلة جانبية مكونة من مونومرات البوليمر على سلسلة النشا الرئيسية.

من خلال الاستفادة من ميزة وجود مجموعات هيدروكسيل في جزيئات البولي إيثيلين والنشا، يمكن تكوين روابط هيدروجينية بين جزيئات الكحول البولي فينيل والنشا، والتي تلعب دور "التطعيم" بين جزيئات الكحول البولي فينيل والنشا، بحيث يكون لاصق النشا الناتج أكثر التصاقًا وسيولة وخصائص مضادة للتجمد.

لأن لاصق النشا هو مادة لاصقة بوليمرية طبيعية، فهو منخفض السعر، غير سام، عديم الطعم، ولا يُسبب تلوثًا بيئيًا، وقد خضع لبحوث وتطبيقات واسعة. في الآونة الأخيرة، يُستخدم لاصق النشا بشكل رئيسي في الورق، والأقمشة القطنية، والمظاريف، والملصقات، والكرتون المموج.

لاصق السليلوز

مشتقات إيثر السليلوز المستخدمة كمواد لاصقة تشمل بشكل رئيسي ميثيل السليلوز، إيثيل السليلوز، هيدروكسي إيثيل السليلوز، كاربوكسي ميثيل السليلوز وغيرها من إيثيل السليلوز (EC): هو إيثر ألكيل السليلوز غير أيوني، غير قابل للذوبان في الماء، بالحرارة.

يتميز بثبات كيميائي جيد، ومقاومة عالية للقلويات، وعزل كهربائي ممتاز، وخواص ريولوجية ميكانيكية ممتازة، ويحافظ على قوته ومرونته في درجات الحرارة العالية والمنخفضة. يتوافق بسهولة مع الشمع، والراتنج، والملدنات، وغيرها، مثل الورق، والمطاط، والجلد، والمواد اللاصقة للأقمشة.

ميثيل السليلوز (CMC)إيثر السليلوز الأيوني. في صناعة النسيج، يُستخدم CMC غالبًا كبديل للنشا عالي الجودة كعامل تحجيم للأقمشة. يمكن للمنسوجات المطلية بـ CMC زيادة نعومتها وتحسين خصائص الطباعة والصباغة بشكل كبير. في صناعة الأغذية، تتميز أنواع مختلفة من الآيس كريم المضاف إليه CMC بثبات جيد في الشكل، وسهولة تلوينه، وعدم تليينه. كمادة لاصقة، تُستخدم في صناعة الملقط، والصناديق الورقية، والأكياس الورقية، وورق الجدران، والخشب الصناعي.

إستر السليلوزمشتقاته: بشكل رئيسي نتروسليلوز وأسيتات السليلوز. نتروسليلوز: يُعرف أيضًا باسم نترات السليلوز، ويتراوح محتواه من النيتروجين عادةً بين 10% و14% نتيجةً لاختلاف درجات الأسترة.

يُعرف المحتوى العالي منه عادةً باسم قطن النار، ويُستخدم في صناعة البارود عديم الدخان والبارود الغرواني. أما المحتوى المنخفض منه فيُعرف باسم الكولوديون. وهو غير قابل للذوبان في الماء، ولكنه قابل للذوبان في مذيب مخلوط من الكحول الإيثيلي والأثير، والمحلول هو الكولوديون. ولأن مذيب الكولوديون يتبخر ويشكل طبقةً صلبة، فإنه يُستخدم غالبًا في أغطية الزجاجات، وحماية الجروح، وأول سيلولويد بلاستيكي في التاريخ.

إذا تمت إضافة كمية مناسبة من راتنج الألكيد كمعدِّل وتم استخدام كمية مناسبة من الكافور كعامل تقوية، فإنه يصبح مادة لاصقة من النيتروسليلوز، والتي غالبًا ما تستخدم في لصق الورق والقماش والجلد والزجاج والمعادن والسيراميك.

أسيتات السليلوز: تُعرف أيضًا بأسيتات السليلوز. بوجود محفز حمض الكبريتيك، يُخلَّل السليلوز بمزيج من حمض الأسيتيك والإيثانول، ثم يُضاف حمض الأسيتيك المخفف لتحليل المنتج إلى درجة الأسترة المطلوبة.

مقارنةً بالنيتروسليولوز، يُمكن استخدام أسيتات السليلوز في تركيب مواد لاصقة قائمة على المذيبات لربط المنتجات البلاستيكية مثل النظارات والألعاب. مقارنةً بنترات السليلوز، يتميز بمقاومة ممتازة للزوجة ومتانة، ولكنه ضعيف في مقاومة الأحماض والرطوبة والعوامل الجوية.

غراء البروتين

اللاصق البروتيني هو نوع من اللاصق الطبيعي، يتكون أساسًا من مواد تحتوي على البروتين. يمكن تصنيع اللاصق من البروتين الحيواني والبروتين النباتي. يُصنف البروتين المستخدم إلى بروتين حيواني (مثل غراء الفين، والجيلاتين، وغراء البروتين المركب، والألبومين)، وبروتين نباتي (مثل صمغ الفاصوليا، إلخ). يتميز اللاصق البروتيني بشدّة رابطة عالية عند جفافه، ويُستخدم في صناعة الأثاث والمنتجات الخشبية. إلا أن مقاومته للحرارة والماء ضعيفة، مما يجعل اللاصق البروتيني الحيواني أكثر أهمية.

غراء بروتين الصويا: لا يُعدّ البروتين النباتي مادة خام غذائية مهمة فحسب، بل له أيضًا تطبيقات واسعة في مجالات غير غذائية. طُوّر هذا الغراء على مواد لاصقة من بروتين الصويا، وفي عام ١٩٢٣، تقدّم جونسون بطلب براءة اختراع له.

في عام 1930، لم يكن لاصق ألواح راتنج الفينولي المصنوع من بروتين فول الصويا (قسم دوبونت الشامل) مستخدمًا على نطاق واسع بسبب ضعف قوة الترابط وارتفاع تكلفة الإنتاج.

في العقود الأخيرة، بسبب توسع سوق المواد اللاصقة، جذبت حموضة موارد النفط العالمية والتلوث البيئي الانتباه، مما دفع صناعة المواد اللاصقة إلى إعادة النظر في المواد اللاصقة الطبيعية الجديدة، مما أدى إلى أن تصبح مواد لاصقة بروتين فول الصويا مرة أخرى نقطة ساخنة للبحث.

لاصق فول الصويا غير سام، عديم الطعم، سهل الاستخدام، ولكنه ذو مقاومة ضعيفة للماء. إضافة 0.1% إلى 1% (كتلة) من عوامل الربط المتشابك، مثل الثيويوريا، وثاني كبريتيد الكربون، وثلاثي كاربوكسي ميثيل كبريتيد، وغيرها، يمكن أن يُحسّن مقاومة الماء، ويُسهّل إنتاج مواد لاصقة لربط الأخشاب وإنتاج الخشب الرقائقي.

غراء البروتين الحيواني: يُستخدم الغراء الحيواني على نطاق واسع في صناعات الأثاث ومعالجة الأخشاب. ومن المنتجات الشائعة الاستخدام أثاثٌ مثل الكراسي والطاولات والخزائن والمجسمات والألعاب والأدوات الرياضية وألواح الأرضيات.

تشمل أنواع الغراء السائلة الحيوانية الحديثة، التي تحتوي على مواد صلبة بنسبة 50-60%، أنواعًا سريعة التصلب وبطيئة التصلب، وتُستخدم في لصق ألواح إطارات خزائن الألواح الصلبة، وتجميع المنازل المتنقلة، والصفائح الصلبة، وغيرها من المواد اللاصقة الحرارية الأقل تكلفة. وتحتاج الشركات الصغيرة والمتوسطة إلى الغراء.

غراء الحيوانات نوع أساسي من المواد اللاصقة يُستخدم في الأشرطة اللاصقة. يمكن استخدام هذه الأشرطة في أكياس البيع بالتجزئة الخفيفة، وكذلك في الأشرطة شديدة التحمل، مثل غلق أو تغليف الألياف الصلبة والصناديق المموجة للشحنات التي تتطلب عمليات ميكانيكية سريعة وقوة تماسك عالية تدوم طويلًا.

في هذه المرحلة، تكون كمية غراء العظام كبيرة، ويُستخدم غراء الجلد غالبًا بمفرده أو مع غراء العظام. ووفقًا لموقع Coating Online، عادةً ما يكون اللاصق المستخدم مُركّبًا بنسبة صلبة تبلغ حوالي 50%، ويمكن خلطه مع الدكسترين بنسبة تتراوح بين 10% و20% من كتلة الغراء الجاف، بالإضافة إلى كمية صغيرة من عامل الترطيب، والمُلَيِّن، ومثبط الهلام (عند الحاجة).

عادةً ما يُخلط اللاصق (60-63 درجة مئوية) مع الطلاء على ورق الدعم، وتكون كمية المادة الصلبة المترسبة عادةً 25% من كتلة قاعدة الورق. يمكن تجفيف الشريط الرطب تحت ضغط باستخدام بكرات تسخين بالبخار أو سخانات هواء مباشرة قابلة للتعديل.

بالإضافة إلى ذلك، تشمل تطبيقات الغراء الحيواني تصنيع ورق الصنفرة ومواد الشاش الكاشطة، وتحديد حجم وطلاء المنسوجات والورق، وتجليد الكتب والمجلات.

لاصق التانين

التانين مركب عضوي يحتوي على مجموعات بوليفينولية، ويوجد بكثرة في سيقان النباتات ولحاءها وجذورها وأوراقها وثمارها. يُستخرج بشكل رئيسي من بقايا لحاء الأشجار المعالجة، ومن النباتات الغنية بالتانين. يُخلط التانين والفورمالديهايد والماء ويُسخن للحصول على راتنج التانين، ثم تُضاف مادة المعالجة والحشو، ويُحصل على لاصق التانين بالتحريك المتساوي.

يتميز لاصق التانين بمقاومة جيدة للحرارة والرطوبة، كما أن أداءه في لصق الخشب يُشبه أداء اللاصق الفينولي. ويُستخدم بشكل رئيسي في لصق الخشب وما إلى ذلك.

لاصق اللجنين

اللجنين أحد المكونات الرئيسية للخشب، ويشكل حوالي 20-40% من الخشب، ويأتي في المرتبة الثانية بعد السليلوز. يصعب استخراج اللجنين مباشرةً من الخشب، ومصدره الرئيسي هو سائل نفايات اللب، وهو غنيٌّ جدًا بالموارد.

لا يُستخدم اللجنين كمادة لاصقة فحسب، بل هو بوليمر راتنجي فينولي يُنتَج بتفاعل المجموعة الفينولية للجنين والفورمالديهايد كمادة لاصقة. لتحسين مقاومة الماء، يُمكن استخدامه مع إيزوسيانات إيبوكسي الأيزوبروبانول المُحمَّلة بحلقات، وفينول الرغوة، والريزورسينول، ومركبات أخرى. تُستخدم مواد اللجنين اللاصقة بشكل رئيسي للصق الخشب الرقائقي والخشب الحبيبي. ومع ذلك، يتميز بلزوجة عالية ولونه داكن، ويمكن توسيع نطاق استخدامه بعد تحسينه.

الصمغ العربي

الصمغ العربي، المعروف أيضًا باسم صمغ الأكاسيا، هو مادة تفرزها شجرة الجراد البري. سُمي بهذا الاسم نظرًا لوفرة إنتاجه في الدول العربية. يتكون الصمغ العربي بشكل أساسي من عديدات سكاريد منخفضة الوزن الجزيئي وجليكوبروتينات أكاسيا عالية الوزن الجزيئي. بفضل ذوبانه الجيد في الماء، فإن تركيبته بسيطة للغاية، ولا تتطلب حرارة أو مُسرِّعات. يجف الصمغ العربي بسرعة فائقة. يمكن استخدامه في لصق العدسات البصرية، ولصق الطوابع، ولصق ملصقات العلامات التجارية، ولصق عبوات الطعام، وأدوات الطباعة والصباغة.

مادة لاصقة غير عضوية

تُسمى المواد اللاصقة المُصنّعة من مواد غير عضوية، مثل الفوسفات، والكبريتات، وأملاح البورون، وأكاسيد المعادن، وغيرها، مواد لاصقة غير عضوية. ومن خصائصها:

(1) مقاومة درجات الحرارة العالية، يمكنها تحمل درجة حرارة 1000 درجة مئوية أو أعلى:
(2) خصائص جيدة لمكافحة الشيخوخة:
(3) انكماش صغير
(4) هشاشة كبيرة. معامل المرونة أعلى برتبة قدم من معامل مرونة المواد اللاصقة العضوية.
(5) مقاومة الماء ومقاومة الأحماض والقلويات ضعيفة.

هل تعلم؟ للمواد اللاصقة استخدامات أخرى غير الالتصاق.

مضاد للتآكل: يتم تغطية أنابيب البخار للسفن في الغالب بسيليكات الألومنيوم والأسبستوس لتحقيق العزل الحراري، ولكن بسبب التسرب أو التناوب بين البرودة والحرارة، يتم توليد مياه المكثفات، والتي تتراكم على الجدار الخارجي لأنابيب البخار السفلية؛ وتتعرض أنابيب البخار لدرجة حرارة عالية لفترة طويلة، والأملاح القابلة للذوبان دور تآكل الجدار الخارجي خطير للغاية.

لهذا الغرض، يمكن استخدام لاصقات سلسلة زجاج الماء كمواد طلاء على الطبقة السفلية من سيليكات الألومنيوم لتشكيل طبقة ذات بنية تشبه المينا. في التركيبات الميكانيكية، غالبًا ما تُثبّت المكونات بمسامير. قد يؤدي تعرض الأجهزة المُثبّتة بمسامير للهواء لفترات طويلة إلى تآكل الشقوق. أثناء العمل الميكانيكي، قد ترتخي المسامير أحيانًا بسبب الاهتزاز الشديد.

لحل هذه المشكلة، يُمكن ربط مكونات التوصيل بمواد لاصقة غير عضوية في التركيب الميكانيكي، ثم ربطها بالمسامير. هذا لا يُعزز فقط من قوة التسليح، بل يُعزز أيضًا من مقاومة التآكل.

الطب الحيوي: إن تركيب مادة هيدروكسيباتيت السيراميك الحيوي قريب من المكون غير العضوي للعظام البشرية، وله توافق حيوي جيد، ويمكنه تكوين رابطة كيميائية قوية مع العظام، وهو مادة مثالية لاستبدال الأنسجة الصلبة.

مع ذلك، فإن معامل المرونة العام لغرسات حمض الهيالورونيك المُحضرة مرتفع، وقوتها منخفضة، ونشاطها غير مثالي. لذا، تم اختيار لاصق زجاج الفوسفات، ورُبط مسحوق المادة الخام لحمض الهيالورونيك معًا عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة التلبيد التقليدية بفعل اللاصق، مما يقلل معامل المرونة ويضمن نشاط المادة.

أعلنت شركة كوهيجن تكنولوجيز المحدودة عن تطويرها مادة مانعة للتسرب من نوع كوسيل تُستخدم في ربط الأوعية القلبية، وقد أثبتت فعاليتها سريريًا. ومن خلال مقارنة نتائج 21 حالة جراحة قلب في أوروبا، تبيّن أن استخدام مادة كوسيل في الجراحة قلّل بشكل ملحوظ من الالتصاقات الجراحية مقارنةً بالطرق الأخرى. وأظهرت الدراسات السريرية الأولية اللاحقة أن مادة كوسيل المانعة للتسرب تتمتع بإمكانيات كبيرة في جراحات القلب وأمراض النساء والبطن.

يُعد استخدام المواد اللاصقة في الطب نقطة تطور جديدة في صناعة المواد اللاصقة. يتكون الغراء الهيكلي من راتنج الإيبوكسي أو البوليستر غير المشبع.

في تكنولوجيا الدفاع: تُعدّ الغواصات الشبحية أحد رموز تحديث المعدات البحرية. ومن أهم طرق إخفاء الغواصات وضع ألواح عازلة للصوت على هيكل الغواصة. وهذه الألواح عبارة عن نوع من المطاط ذي خصائص امتصاص الصوت.

لتحقيق الترابط المتين بين بلاط كاتم الصوت والصفائح الفولاذية لجدار القارب، لا بد من الاعتماد على المادة اللاصقة. تُستخدم في المجال العسكري: صيانة الدبابات، وتجميع القوارب العسكرية، والطائرات العسكرية والقاذفات الخفيفة، وربط طبقات الحماية الحرارية للرؤوس الحربية للصواريخ، وتجهيز مواد التمويه، ومكافحة الإرهاب.

هل هذا مذهل؟ لا تنظر إلى لاصقنا الصغير، ففيه الكثير من المعرفة.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية للمادة اللاصقة

وقت التشغيل

الحد الأقصى للمدة الزمنية بين خلط المادة اللاصقة وربط الأجزاء المراد ربطها

وقت المعالجة الأولي

يسمح الوقت اللازم لقوة الإزالة بالقوة الكافية للتعامل مع الروابط، بما في ذلك الأجزاء المتحركة من التركيبات

وقت العلاج الكامل

الوقت المطلوب لتحقيق الخصائص الميكانيكية النهائية بعد خلط المادة اللاصقة

فترة التخزين

في ظل ظروف معينة، لا يزال بإمكان المادة اللاصقة الحفاظ على خصائص التعامل ووقت التخزين للقوة المحددة

قوة الرابطة

تحت تأثير القوة الخارجية، فإن الإجهاد المطلوب لجعل الواجهة بين المادة اللاصقة والمادة الملتصقة في الجزء اللاصق تنهار أو تتآكل بالقرب منها

قوة القص

تشير قوة القص إلى قوة القص التي يمكن لسطح الترابط الوحدوي أن يتحملها عندما يتلف جزء الترابط، ويتم التعبير عن وحدتها بوحدة ميجا باسكال (نيوتن/مم2)

قوة سحب غير متساوية

الحد الأقصى للحمل الذي يمكن أن يتحمله المفصل عند تعرضه لقوة سحب غير متساوية، لأن الحمل يتركز في الغالب على حافتين أو حافة واحدة من الطبقة اللاصقة، والقوة تكون لكل وحدة طول وليس لكل وحدة مساحة، والوحدة هي كيلو نيوتن/متر

قوة الشد

تشير قوة الشد، والمعروفة أيضًا بقوة السحب المنتظمة وقوة الشد الإيجابية، إلى قوة الشد لكل وحدة مساحة عندما يتلف الالتصاق بالقوة، ويتم التعبير عن الوحدة بوحدة ميجا باسكال (نيوتن/مم2).

قوة التقشير

قوة التقشير هي أقصى حمل لكل وحدة عرض يمكن أن تتحمله عندما يتم فصل الأجزاء الملتصقة في ظل ظروف التقشير المحددة، ويتم التعبير عن وحدتها بوحدة كيلو نيوتن/متر