تحليل موجز لأنواع وخصائص المواد اللاصقة الفيزيائية والكيميائية الرئيسية

تُعدّ المواد اللاصقة الطبيعية من المواد اللاصقة الشائعة الاستخدام في حياتنا. وبحسب مصادر 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؛ بينما يشمل الغراء النباتي النشا، والدكسترين، والصمغ الراتنجي، والصمغ العربي، والمطاط الطبيعي، وغيرها؛ أما الغراء المعدني فيشمل الشمع المعدني، والأسفلت. ونظرًا لوفرة مصادره، وانخفاض سعره وسميته، فإنه يُستخدم على نطاق واسع في صناعة الأثاث، وتجليد الكتب، والتغليف، والحرف اليدوية.

لاصق نشوي

مع دخول المواد اللاصقة النشوية القرن الحادي والعشرين، سيصبح الأداء البيئي الجيد لهذه المواد سمةً رئيسيةً لها. فالنشا مورد طبيعي متجدد غير سام، وغير ضار، ومنخفض التكلفة، وقابل للتحلل الحيوي، وصديق للبيئة. ويُستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات. وقد شهدت تكنولوجيا إنتاج المواد اللاصقة في العالم، لا سيما في السنوات الأخيرة، تطوراً ملحوظاً نحو توفير الطاقة، وخفض التكلفة، وتقليل الأضرار البيئية، وزيادة اللزوجة، والاستغناء عن المذيبات.

باعتبارها منتجاً صديقاً للبيئة، حظيت المواد اللاصقة النشوية باهتمام واسع النطاق في صناعة المواد اللاصقة. وفيما يتعلق بتطبيقاتها وتطويرها، فإنّ آفاق المواد اللاصقة النشوية المؤكسدة بنشا الذرة واعدة، وتشهد أبحاثها وتطبيقاتها نشاطاً مكثفاً.

في الآونة الأخيرة، يُستخدم النشا كمادة لاصقة بشكل أساسي في الورق والمنتجات الورقية، مثل الكرتون وإغلاق الكرتون، ووضع الملصقات، ولصق الأسطح المستوية، ولصق الأظرف، وربط الأكياس الورقية متعددة الطبقات، وما إلى ذلك.

فيما يلي عرض لبعض المواد اللاصقة النشوية الشائعة:

مادة لاصقة من النشا المؤكسد

يُعدّ المُجلتن المُحضّر من مزيج النشا المُعدّل ذي درجة البلمرة المنخفضة، والذي يحتوي على مجموعة ألدهيد ومجموعة كربوكسيل، والماء، تحت تأثير المؤكسد عن طريق التسخين أو التجلتن في درجة حرارة الغرفة، مادة لاصقة نشوية مُحمّلة. بعد أكسدة النشا، يتكوّن نشا مؤكسد ذو قابلية للذوبان في الماء، وقابلية للترطيب، وقوة التصاق.

تكون كمية المؤكسد قليلة، ودرجة الأكسدة غير كافية، ويقل إجمالي عدد المجموعات الوظيفية الجديدة المتولدة من النشا، وتزداد لزوجة المادة اللاصقة، بينما تنخفض اللزوجة الأولية، وتكون السيولة ضعيفة. يؤثر ذلك بشكل كبير على حموضة المادة اللاصقة وشفافيتها ومحتواها من الهيدروكسيل.

مع إطالة وقت التفاعل، تزداد درجة الأكسدة، ويزداد محتوى مجموعة الكربوكسيل، وتنخفض لزوجة المنتج تدريجياً، لكن الشفافية تتحسن أكثر فأكثر.

لاصق نشا مُؤَسْتَر

المواد اللاصقة النشوية المؤسترة هي مواد لاصقة نشوية غير قابلة للتحلل، تُكسب النشا مجموعات وظيفية جديدة من خلال تفاعل الأسترة بين مجموعات الهيدروكسيل في جزيئات النشا ومواد أخرى، مما يُحسّن أداء المواد اللاصقة النشوية. وبفضل الترابط الجزئي للنشا المؤستر، تزداد اللزوجة، وتتحسن ثباتية التخزين، وتتحسن خصائص مقاومة الرطوبة والفيروسات، كما يمكن للطبقة اللاصقة تحمل ظروف التشغيل المختلفة.

لاصق نشا مطعّم

تعتمد عملية تطعيم النشا على استخدام طرق فيزيائية وكيميائية لتحفيز السلسلة الجزيئية للنشا على توليد جذور حرة، وعند تفاعلها مع مونومرات البوليمر، يتشكل تفاعل متسلسل. ينتج عن ذلك سلسلة جانبية مكونة من مونومرات البوليمر على السلسلة الرئيسية للنشا.

بالاستفادة من خاصية احتواء كل من جزيئات البولي إيثيلين والنشا على مجموعات هيدروكسيل، يمكن تكوين روابط هيدروجينية بين كحول البولي فينيل وجزيئات النشا، والتي تلعب دور "التطعيم" بين كحول البولي فينيل وجزيئات النشا، بحيث يتمتع لاصق النشا الناتج بخصائص التصاق وسيولة ومقاومة للتجمد أفضل.

نظرًا لأن لاصق النشا عبارة عن بوليمر طبيعي، فهو منخفض السعر، وغير سام، وعديم الرائحة، ولا يسبب أي تلوث للبيئة، لذا فقد حظي باهتمام واسع في الأبحاث والتطبيقات. ويُستخدم لاصق النشا حاليًا بشكل رئيسي في صناعة الورق، والأقمشة القطنية، والأظرف، والملصقات، والكرتون المموج.

لاصق السليلوز

تشمل مشتقات إيثر السليلوز المستخدمة كمواد لاصقة بشكل رئيسي ميثيل السليلوز، وإيثيل السليلوز، وهيدروكسي إيثيل السليلوز، وكربوكسي ميثيل السليلوز، وغيرها من إيثيل السليلوز (EC): وهو عبارة عن إيثر ألكيل السليلوز غير أيوني، غير قابل للذوبان في الماء، وذو طبيعة حرارية.

يتميز هذا المنتج بثبات كيميائي جيد، ومقاومة عالية للقلويات، وعزل كهربائي ممتاز، وخواص انسيابية ميكانيكية ممتازة، كما يحافظ على قوته ومرونته في درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة. وهو متوافق بسهولة مع الشمع والراتنجات والملدنات وغيرها، ويُستخدم في صناعة الورق والمطاط والجلود والمواد اللاصقة للأقمشة.

ميثيل السليلوز (CMC)إيثر السليلوز الأيوني: يُستخدم كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) في صناعة النسيج كبديل للنشا عالي الجودة كمادة تحجيم للأقمشة. تُضفي الأقمشة المطلية بـ CMC نعومةً أكبر، كما تُحسّن بشكل ملحوظ خصائص الطباعة والصباغة. وفي صناعة الأغذية، تتميز أنواع مختلفة من آيس كريم الكريمة المُضاف إليها CMC بثبات شكلها، وسهولة تلوينها، ومقاومتها للتلف. كما يُستخدم كمادة لاصقة في صناعة الملاقط، وعلب الكرتون، والأكياس الورقية، وورق الجدران، والخشب الصناعي.

إستر السليلوزالمشتقات: بشكل رئيسي نيتروسليلوز وأسيتات السليلوز. نيتروسليلوز: يُعرف أيضاً باسم نترات السليلوز، ويتراوح محتواه من النيتروجين عموماً بين 10% و14% نظراً لاختلاف درجات الأسترة.

يُعرف النوع ذو المحتوى العالي باسم "قطن النار"، وقد استُخدم في صناعة البارود عديم الدخان والبارود الغرواني. أما النوع ذو المحتوى المنخفض فيُعرف باسم "الكولوديون". وهو غير قابل للذوبان في الماء، ولكنه يذوب في مذيب مختلط من الإيثانول والإيثر، والمحلول الناتج هو الكولوديون. ولأن مذيب الكولوديون يتبخر ويُشكّل طبقة متينة، فإنه يُستخدم غالبًا في أغطية الزجاجات، وحماية الجروح، كما أنه أول مادة بلاستيكية من السيلولويد في التاريخ.

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

أسيتات السليلوز: تُعرف أيضاً باسم أسيتات السليلوز. في وجود عامل حفاز من حمض الكبريتيك، يتم أسيتات السليلوز بمزيج من حمض الأسيتيك والإيثانول، ثم يُضاف حمض الأسيتيك المخفف لتحليل المنتج إلى درجة الأسترة المطلوبة.

بالمقارنة مع النيتروسليلوز، يمكن استخدام أسيتات السليلوز في تركيب مواد لاصقة مذيبة لربط المنتجات البلاستيكية مثل الأكواب والألعاب. وبالمقارنة مع نترات السليلوز، يتميز أسيتات السليلوز بمقاومة ممتازة للزوجة ومتانة عالية، ولكنه ضعيف في مقاومة الأحماض والرطوبة والعوامل الجوية.

غراء بروتيني

اللاصق البروتيني نوع من اللاصقات الطبيعية، حيث تُعدّ المواد البروتينية المادة الخام الرئيسية. تُصنع هذه المواد اللاصقة من البروتين الحيواني والبروتين النباتي. وبحسب نوع البروتين المستخدم، تُصنّف إلى بروتين حيواني (مثل غراء فين، والجيلاتين، وغراء البروتين المركب، والألبومين) وبروتين نباتي (مثل صمغ الفاصوليا). تتميز هذه المواد عمومًا بقوة ربط عالية بعد الجفاف، وتُستخدم في صناعة الأثاث وإنتاج المنتجات الخشبية. مع ذلك، فإن مقاومتها للحرارة والماء ضعيفة، مما يجعل اللاصقات البروتينية الحيوانية أكثر أهمية.

غراء بروتين الصويا: لا يُعد البروتين النباتي مادة خام غذائية مهمة فحسب، بل له أيضًا تطبيقات واسعة في مجالات غير غذائية. وقد طُوِّرت مواد لاصقة من بروتين الصويا، وفي عام 1923، تقدم جونسون بطلب للحصول على براءة اختراع لهذه المواد.

في عام 1930، لم يتم استخدام مادة لاصقة الألواح المصنوعة من راتنج الفينول لبروتين فول الصويا (قسم دوبونت ماس) على نطاق واسع بسبب ضعف قوة الترابط وارتفاع تكلفة الإنتاج.

في العقود الأخيرة، وبسبب توسع سوق المواد اللاصقة، جذبت حموضة موارد النفط العالمية والتلوث البيئي الانتباه، مما جعل صناعة المواد اللاصقة تعيد النظر في المواد اللاصقة الطبيعية الجديدة، مما أدى إلى أن تصبح المواد اللاصقة المصنوعة من بروتين فول الصويا مرة أخرى نقطة ساخنة للبحث.

مادة لاصقة مصنوعة من فول الصويا غير سامة، عديمة الرائحة، سهلة الاستخدام، لكنها ضعيفة المقاومة للماء. يمكن تحسين مقاومة الماء بإضافة 0.1% إلى 1.0% (وزناً) من عوامل الربط المتشابك مثل الثيوريا، وثاني كبريتيد الكربون، وثلاثي كربوكسي ميثيل الكبريتيد، وغيرها، مما يجعلها مناسبة لربط الأخشاب وإنتاج الخشب الرقائقي.

المواد اللاصقة المصنوعة من البروتين الحيواني: تُستخدم المواد اللاصقة الحيوانية على نطاق واسع في صناعات الأثاث ومعالجة الأخشاب. وتشمل المنتجات الشائعة الاستخدام الأثاث مثل الكراسي والطاولات والخزائن والنماذج والألعاب والسلع الرياضية والألواح الخشبية.

تتضمن أنواع الغراء الحيواني السائل الحديثة، التي تتراوح نسبة المواد الصلبة فيها بين 50 و60%، نوعين: سريع الجفاف وبطيء الجفاف، وتُستخدم هذه الأنواع في لصق ألواح إطارات خزائن الخشب المضغوط، وتجميع المنازل المتنقلة، والصفائح المعقدة، وغيرها من المواد اللاصقة الحرارية الأقل تكلفة. كما تُستخدم هذه المواد اللاصقة في التطبيقات التي تتطلب مواد لاصقة صغيرة ومتوسطة الحجم.

يُعدّ الغراء الحيواني نوعًا أساسيًا من المواد اللاصقة المستخدمة في الأشرطة اللاصقة. ويمكن استخدام هذه الأشرطة لأكياس التسوق الخفيفة الشائعة، بالإضافة إلى الأشرطة شديدة التحمل مثل أشرطة إغلاق أو تغليف صناديق الألياف الصلبة والكرتون المموج للشحنات التي تتطلب عمليات ميكانيكية سريعة وقوة ربط عالية تدوم طويلًا.

في هذه المرحلة، تكون كمية غراء العظام كبيرة، وغالبًا ما يُستخدم غراء الجلد بمفرده أو مع غراء العظام. ووفقًا لموقع Coating Online، فإن المادة اللاصقة المستخدمة تُصنع عادةً بمحتوى صلب يبلغ حوالي 50%، ويمكن مزجها مع الدكسترين بنسبة تتراوح بين 10% و20% من كتلة الغراء الجاف، بالإضافة إلى كمية صغيرة من عامل الترطيب، والملدّن، ومثبط التجلط (عند الضرورة).

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

بالإضافة إلى ذلك، تشمل تطبيقات الغراء الحيواني صناعة ورق الصنفرة والشاش الكاشط، وتجهيز وتغليف المنسوجات والورق، وتجليد الكتب والمجلات.

مادة لاصقة من التانين

التانين مركب عضوي يحتوي على مجموعات بوليفينولية، ويتواجد بكثرة في سيقان النباتات ولحائها وجذورها وأوراقها وثمارها. يُستخلص بشكل رئيسي من مخلفات معالجة الأخشاب وبقايا لحاء النباتات الغنية بالتانين. يُخلط التانين مع الفورمالديهايد والماء ويُسخّن المزيج للحصول على راتنج التانين، ثم يُضاف عامل التصلب والحشو، ويُحضّر لاصق التانين بالتحريك المستمر.

يتميز اللاصق التانيني بمقاومة جيدة للحرارة والرطوبة، كما أن أداءه في لصق الخشب مشابه لأداء اللاصق الفينولي. ويُستخدم بشكل أساسي في لصق الخشب، وغيره.

مادة لاصقة من اللجنين

اللجنين أحد المكونات الرئيسية للخشب، حيث يشكل ما بين 20 و40% منه، ويأتي في المرتبة الثانية بعد السليلوز. يصعب استخلاص اللجنين مباشرة من الخشب، ومصدره الرئيسي هو سائل مخلفات اللب، الغني جداً بالموارد.

لا يُستخدم اللجنين كمادة لاصقة بمفرده، بل يُستخدم بوليمر راتنج فينولي مُستخلص من تفاعل مجموعة الفينول في اللجنين مع الفورمالديهايد. ولتحسين مقاومته للماء، يُمكن استخدامه مع مركبات أخرى مثل إيزوسيانات إيبوكسي الأيزوبروبان الحلقي، والفينول، والريزورسينول. تُستخدم مواد لاصقة اللجنين بشكل أساسي لربط الخشب الرقائقي والخشب المضغوط. ومع ذلك، فإن لزوجته العالية ولونه الداكن يمكّنان من توسيع نطاق استخدامه بعد تطويره.

الصمغ العربي

الصمغ العربي، المعروف أيضاً بصمغ الأكاسيا، هو مادة تُستخرج من شجرة الجراد البري. سُمّي بهذا الاسم لكثرة إنتاجه في الدول العربية. يتكون الصمغ العربي بشكل أساسي من عديدات السكاريد ذات الوزن الجزيئي المنخفض وبروتينات سكرية من الأكاسيا ذات الوزن الجزيئي العالي. بفضل ذوبانه الجيد في الماء، فإن تركيبه بسيط للغاية، ولا يتطلب حرارة أو مواد مُسرّعة. يجف الصمغ العربي بسرعة فائقة. يُمكن استخدامه في لصق العدسات البصرية، ولصق الطوابع، ولصق ملصقات العلامات التجارية، ولصق أغلفة المواد الغذائية، بالإضافة إلى استخدامه في الطباعة والصباغة.

لاصق غير عضوي

تُسمى المواد اللاصقة المُصنعة من مواد غير عضوية، مثل الفوسفات والكبريتات وأملاح البورون وأكاسيد المعادن، بالمواد اللاصقة غير العضوية. خصائصها:

(1) مقاومة عالية للحرارة، يمكنها تحمل درجة حرارة 1000 درجة مئوية أو أعلى:
(2) خصائص جيدة لمكافحة الشيخوخة:
(3) انكماش طفيف
(4) هشاشة شديدة. معامل المرونة أعلى بمقدار رتبة قدم من معامل المرونة للمواد اللاصقة العضوية:
(5) مقاومة الماء والأحماض والقلويات ضعيفة.

هل تعلم؟ للمواد اللاصقة استخدامات أخرى غير اللصق.

مقاومة التآكل: تُغطى أنابيب البخار في السفن في الغالب بسيليكات الألومنيوم والأسبستوس لتحقيق العزل الحراري، ولكن بسبب التسرب أو التناوب بين البرودة والحرارة، يتولد ماء التكثيف، والذي يتراكم على الجدار الخارجي لأنابيب البخار السفلية؛ وتتعرض أنابيب البخار لدرجات حرارة عالية لفترة طويلة، مما يؤدي إلى تآكل الجدار الخارجي بشكل خطير بسبب الأملاح الذائبة.

لتحقيق هذه الغاية، يمكن استخدام مواد لاصقة من سلسلة زجاج الماء كمواد طلاء على الطبقة السفلية من سيليكات الألومنيوم لتشكيل طبقة ذات بنية شبيهة بالمينا. في التركيبات الميكانيكية، غالبًا ما تُثبّت المكونات بمسامير. قد يؤدي التعرض طويل الأمد للهواء للأجهزة المثبتة بمسامير إلى تآكل الشقوق. أثناء العمل الميكانيكي، قد تنفك المسامير أحيانًا بسبب الاهتزازات الشديدة.

لحل هذه المشكلة، يمكن ربط المكونات المتصلة باستخدام مواد لاصقة غير عضوية في التركيب الميكانيكي، ثم تثبيتها بالمسامير. وهذا لا يساهم فقط في تعزيز المتانة، بل يساهم أيضاً في مقاومة التآكل.

الطب الحيوي: إن تركيبة مادة السيراميك الحيوي هيدروكسيباتيت قريبة من المكون غير العضوي للعظام البشرية، ولها توافق حيوي جيد، ويمكنها تكوين رابطة كيميائية قوية مع العظام، وهي مادة مثالية لاستبدال الأنسجة الصلبة.

مع ذلك، فإن معامل المرونة العام لغرسات هيدروكسي أباتيت المُحضّرة مرتفع، وقوتها منخفضة، ونشاطها غير مثالي. لذا، تم اختيار لاصق زجاجي فوسفاتي، حيث يتم ربط مسحوق هيدروكسي أباتيت الخام معًا عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة التلبيد التقليدية بفعل اللاصق، مما يقلل من معامل المرونة ويضمن نشاط المادة.

أعلنت شركة كوهيجن تكنولوجيز المحدودة عن تطويرها لمادة لاصقة تُدعى "كوسيل" تُستخدم في عمليات ربط القلب، وقد أثبتت نجاحها سريريًا. ومن خلال دراسة مقارنة شملت 21 حالة جراحة قلبية في أوروبا، تبيّن أن استخدام "كوسيل" في الجراحة يقلل بشكل ملحوظ من الالتصاقات الجراحية مقارنةً بالطرق الأخرى. وأظهرت دراسات سريرية أولية لاحقة أن لمادة "كوسيل" اللاصقة إمكانات كبيرة في جراحات القلب، وأمراض النساء، وجراحات البطن.

يُعدّ استخدام المواد اللاصقة في المجال الطبي نقطة نمو جديدة في صناعة المواد اللاصقة. وهي عبارة عن غراء هيكلي يتكون من راتنج الإيبوكسي أو البوليستر غير المشبع.

في مجال تكنولوجيا الدفاع: تُعدّ الغواصات الشبحية أحد رموز تحديث المعدات البحرية. ومن أهم أساليب التخفي في الغواصات وضع بلاطات عازلة للصوت على هيكلها. هذه البلاطات نوع من المطاط يتميز بخواص امتصاص الصوت.

لتحقيق التثبيت المحكم لبلاط كاتم الصوت مع الصفيحة الفولاذية لجدار القارب، من الضروري الاعتماد على مادة لاصقة. تُستخدم هذه المادة في المجال العسكري: صيانة الدبابات، وتجميع القوارب العسكرية، والطائرات العسكرية، والقاذفات الخفيفة، وربط طبقة الحماية الحرارية لرؤوس الصواريخ الحربية، وإعداد مواد التمويه، ومكافحة الإرهاب.

أليس هذا مذهلاً؟ لا تنظر إلى لاصقنا الصغير، فهو يحمل في طياته الكثير من المعرفة.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية للمادة اللاصقة

وقت التشغيل

أقصى فاصل زمني بين خلط المادة اللاصقة وربط الأجزاء المراد لصقها

وقت المعالجة الأولي

يُتيح الوقت اللازم لإزالة الأجزاء قوة كافية للتعامل مع الروابط، بما في ذلك تحريك الأجزاء من التركيبات.

وقت المعالجة الكامل

الوقت اللازم لتحقيق الخصائص الميكانيكية النهائية بعد خلط المادة اللاصقة

فترة التخزين

في ظل ظروف معينة، يمكن للمادة اللاصقة أن تحافظ على خصائصها في التعامل وفترة تخزينها بالقوة المحددة.

قوة الترابط

تحت تأثير قوة خارجية، يكون الإجهاد المطلوب لكسر السطح الفاصل بين المادة اللاصقة والمادة المراد لصقها في الجزء اللاصق أو في جواره

قوة القص

تشير قوة القص إلى قوة القص التي يمكن أن يتحملها سطح الربط عند تلف جزء الربط، ويتم التعبير عن وحدتها بوحدة ميجا باسكال (نيوتن/مم2).

قوة سحب غير متساوية

أقصى حمل يمكن أن يتحمله المفصل عند تعرضه لقوة سحب غير متساوية، لأن الحمل يتركز في الغالب على حافتين أو حافة واحدة من طبقة المادة اللاصقة، والقوة لكل وحدة طول وليست لكل وحدة مساحة، ووحدتها كيلو نيوتن/متر.

قوة الشد

قوة الشد، والمعروفة أيضًا باسم قوة السحب الموحدة وقوة الشد الإيجابية، تشير إلى قوة الشد لكل وحدة مساحة عندما تتضرر المادة اللاصقة بفعل القوة، ويتم التعبير عن الوحدة بوحدة ميجا باسكال (نيوتن/مم2).

قوة التقشير

قوة التقشير هي أقصى حمل لكل وحدة عرض يمكن تحمله عند فصل الأجزاء الملصقة في ظل ظروف التقشير المحددة، ووحدتها هي كيلو نيوتن/متر.