Selvklæbende, ethvert stof, der er i stand til at holde materialer sammen på en funktionel måde ved hjælp af overfladebinding, der modstår adskillelse. "Klæbende" som et generelt udtryk inkluderer cement, slim, lim og pasta - udtryk, der ofte bruges om hverandre til ethvert organisk materiale, der danner en klæbebinding. Uorganiske stoffer som portlandcement kan også betragtes som klæbemidler i den forstand, at de holder genstande som mursten og bjælker sammen gennem overfladefæstning, men denne artikel er begrænset til en diskussion af organiske klæbemidler, både naturlige og syntetiske.
Naturlige klæbemidler har været kendt siden antikken. Ægyptiske udskæringer, der stammer fra 3.300 år, viser limning af et tyndt stykke finer til det, der ser ud til at være en planke af sycamore. Papyrus, et tidligt ikke-vævet stof, indeholdt fibre af vådlignende planter bundet sammen med melpasta. Bitumen, træhældninger og bivoks blev brugt som fugemasser (beskyttende overtræk) og klæbemidler i antikken og middelalderen. Guldbladet med belyste manuskripter blev bundet til papir af æggehvide, og trægenstande blev bundet med lim fra fisk, horn og ost. Teknologien til dyre- og fiskelim, der blev avanceret i løbet af 1700-tallet, og i det 19. århundrede blev gummi- og nitrocellulosebaserede cement indført. Afgørende fremskridt inden for klæbenteknologi ventede imidlertid på det 20. århundrede, i hvilket tidsrum naturlige klæbemidler blev forbedret, og mange syntetiske stoffer kom ud af laboratoriet for at erstatte naturlige klæbemidler på markedet. Den hurtige vækst i fly- og rumfartsindustrien i anden halvdel af det 20. århundrede havde en dybtgående indflydelse på klæbemiddelteknologien. Efterspørgslen efter klæbemidler, der havde en høj grad af strukturel styrke og var modstandsdygtige over for både træthed og alvorlige miljøforhold, førte til udviklingen af materialer med høj ydeevne, som til sidst fandt vej ind i mange industrielle og indenlandske anvendelser.
Denne artikel begynder med en kort forklaring af vedhæftningsprincipperne og fortsætter derefter til en gennemgang af de vigtigste klasser af naturlige og syntetiske klæbemidler.
vedhæftning
Ved udførelse af klæbende samlinger er klæbemidlets fysiske og kemiske egenskaber de vigtigste faktorer. Også vigtigt for at bestemme, om klæbeforbindelsen vil fungere tilstrækkeligt, er typerne af klæbemiddel (det vil sige de komponenter, der er sammenføjet - f.eks. Metallegering, plast, kompositmateriale) og arten af overfladeforbehandlingen eller primeren. Disse tre faktorer - klæbende, klæbende og overflade - har indflydelse på levetiden for den bundne struktur. Den mekaniske opførsel af den bundne struktur påvirkes igen af detaljerne i samlingskonstruktionen og af den måde, hvorpå de påførte belastninger overføres fra den ene klæber til den anden.
Implicit i dannelsen af en acceptabel klæbebinding er klæbemidlets evne til at våde og sprede sig på de vedhæftede klæbemidler. Opnåelse af sådan grænseflademolekylær kontakt er et nødvendigt første trin i dannelsen af stærke og stabile klæbende samlinger. Når befugtning er opnået, genereres indre klæbekræfter på tværs af grænsefladen gennem et antal mekanismer. Disse mekanismers nøjagtige karakter har været genstand for fysisk og kemisk undersøgelse siden mindst 1960'erne, med det resultat, at der findes en række adhæsionsteorier. Den vigtigste vedhæftningsmekanisme forklares af adsorptionsteorien, der siger, at stoffer primært klæber på grund af intim intermolekylær kontakt. I klæbende samlinger opnås denne kontakt ved hjælp af intermolekylære eller valenskræfter, der udøves af molekyler i klæbemidlets overfladelag og klæber fast.
Foruden adsorption er fire andre mekanismer til vedhæftning blevet foreslået. Den første, mekaniske sammenlåsning, opstår, når klæbemiddel strømmer ind i porerne i den vedhæftede overflade eller omkring fremspring på overfladen. Det andet interdiffusion resulterer, når flydende klæbemiddel opløses og diffunderer til klæbende materialer. I den tredje mekanisme, adsorption og overfladeaktion, forekommer binding, når klæbende molekyler adsorberer på en fast overflade og kemisk reagerer med den. På grund af den kemiske reaktion adskiller denne proces sig i nogen grad fra simpel adsorption, der er beskrevet ovenfor, selvom nogle forskere betragter kemisk reaktion som en del af en total adsorptionsproces og ikke en separat vedhæftningsmekanisme. Endelig antyder den elektroniske eller elektrostatiske, tiltrækningsteori, at elektrostatiske kræfter udvikler sig ved en grænseflade mellem materialer med forskellige elektroniske båndstrukturer. Generelt spiller mere end en af disse mekanismer en rolle i opnåelsen af det ønskede niveau af vedhæftning for forskellige klæbetyper og klæbemidler.
Ved dannelsen af en klæbebinding opstår en overgangszone i grænsefladen mellem klæbemiddel og klæbemiddel. I denne zone, kaldet interfasen, kan klæbemidlets kemiske og fysiske egenskaber være væsentligt forskellige fra dem i de ikke-berørte dele. Det antages generelt, at interfasesammensætningen styrer holdbarheden og styrken af et klæbende led og primært er ansvarlig for overførslen af spænding fra en klæber til en anden. Interfaseområdet er ofte stedet for miljøangreb, hvilket fører til ledssvigt.
Styrken af klæbebindinger bestemmes sædvanligvis ved destruktive prøver, som måler spændingerne, der er opstillet ved prøvestykket eller brudlinjen. Der anvendes forskellige testmetoder, herunder skræl-, trækskydnings-, spaltnings- og træthedstest. Disse tests udføres over en lang række temperaturer og under forskellige miljøforhold. En alternativ metode til karakterisering af et klæbemiddelforbindelse er ved bestemmelse af energien, der bruges til at spalte et enhedsområde i interfasen. Konklusionerne afledt af sådanne energeberegninger er i princippet fuldstændigt ækvivalente med de, der stammer fra stressanalyse.
Selvklæbende materialer
Næsten alle syntetiske klæbemidler og visse naturlige klæbemidler er sammensat af polymerer, som er kæmpe molekyler eller makromolekyler, dannet ved sammenkobling af tusinder af enklere molekyler kendt som monomerer. Dannelsen af polymeren (en kemisk reaktion kendt som polymerisation) kan forekomme under et "hærdning" -trin, hvor polymerisation finder sted samtidig med dannelse af klæbende bindinger (som tilfældet er med epoxyharpikser og cyanoacrylater), eller polymeren kan være dannet inden materialet påføres som et klæbemiddel som med termoplastiske elastomerer, såsom styren-isopren-styren-blokcopolymerer. Polymerer bibringer styrke, fleksibilitet og evnen til at sprede og interagere på en vedhæftet overflade - egenskaber, der er nødvendige for dannelse af acceptable vedhæftningsniveauer.
Naturlige klæbemidler
Naturlige klæbemidler er primært af animalsk eller vegetabilsk oprindelse. Selvom efterspørgslen efter naturlige produkter er faldet siden midten af det 20. århundrede, bruges visse af dem fortsat med træ- og papirprodukter, især på bølgepap, kuverter, flaskeetiketter, bogbinding, kartoner, møbler og lamineret film og folier. På grund af forskellige miljøbestemmelser får naturlige klæbemidler, der stammer fra vedvarende ressourcer, fornyet opmærksomhed. De vigtigste naturlige produkter er beskrevet nedenfor.
Animal lim
Udtrykket animalsk lim er normalt begrænset til lim, der er fremstillet af pattedyrs kollagen, den vigtigste proteinkomponent i hud, knogler og muskler. Når det behandles med syrer, alkalier eller varmt vand, bliver det normalt uopløselige kollagen langsomt opløseligt. Hvis det originale protein er rent, og omdannelsesprocessen er mild, kaldes produktet med høj molekylvægt gelatine og kan bruges til fødevarer eller fotografiske produkter. Materialet med lavere molekylvægt produceret ved mere kraftig forarbejdning er normalt mindre rent og mørkere i farven og kaldes dyrelim.
Husdyrlim har traditionelt været anvendt til sammenføjning af træ, bogbindemaskine, fremstilling af sandpapir, tunge, klistrede bånd og lignende applikationer. På trods af sin fordel ved høj initial klæbning (klæbrighed), er meget animalsk lim blevet modificeret eller helt erstattet af syntetiske klæbemidler.
Kaseinlim
Dette produkt fremstilles ved at opløse kasein, et protein opnået fra mælk, i et vandigt alkalisk opløsningsmiddel. Graden og typen af alkali påvirker produktets adfærd. Ved træbinding er kaseinlim generelt overlegen end ægte dyrelim med fugtbestandighed og ældningskarakteristika. Kasein bruges også til at forbedre de vedhæftede egenskaber ved maling og belægning.
Blodalbumlim
Lim af denne type er fremstillet af serumalbumen, en blodkomponent, der kan fås fra enten frisk animalsk blod eller tørret opløseligt blodpulver, hvortil vand er tilsat. Tilsætning af alkali til blandinger af albumin-vand forbedrer klæbeegenskaber. En betydelig mængde limprodukter fra blod anvendes i krydsfinerindustrien.
Stivelse og dextrin
Stivelse og dextrin ekstraheres fra majs, hvede, kartofler eller ris. De udgør de vigtigste typer vegetabilske klæbemidler, som er opløselige eller dispergerbare i vand og er fremstillet fra plantekilder over hele verden. Stivelses- og dextrinlim anvendes i bølgepap og emballering og som tapetlim.
