Yapıştırıcı, ayrılmaya direnen yüzey eki ile malzemeleri fonksiyonel bir şekilde bir arada tutabilen herhangi bir madde. Genel bir terim olarak “yapışkan” çimento, zamk, tutkal ve macun - bir yapışkan bağ oluşturan herhangi bir organik malzeme için birbirinin yerine kullanılan terimleri içerir. Portland çimentosu gibi inorganik maddeler, tuğla ve kirişler gibi nesneleri yüzey eki yoluyla bir arada tuttukları için de yapıştırıcılar olarak kabul edilebilir, ancak bu makale hem doğal hem de sentetik organik yapıştırıcıların tartışılmasıyla sınırlıdır.
Antik yapıştırıcılardan beri antik yapıştırıcılar bilinmektedir. 3.300 yıl öncesine ait Mısır oymaları, ince bir kaplama parçasının bir çınar tahtası gibi görünen yapışma yapışmasını tasvir ediyor. Erken dokunmamış bir kumaş olan papirüs, un macunu ile birbirine bağlanmış kamış bitkilerin liflerini içeriyordu. Bitüm, ağaç sahaları ve balmumu, antik ve orta çağlarda sızdırmazlık malzemeleri (koruyucu kaplamalar) ve yapıştırıcılar olarak kullanılmıştır. Aydınlatılmış el yazmaları altın yaprağı yumurta akı ile kağıda yapıştırılmış ve ahşap nesneler balık, boynuz ve peynirden tutkallarla yapıştırılmıştır. Hayvan ve balık tutkallarının teknolojisi 18. yüzyılda ilerlemiş ve 19. yüzyılda kauçuk ve nitroselüloz esaslı çimentolar tanıtılmıştır. Bununla birlikte, yapıştırıcı teknolojisindeki kararlı ilerlemeler, 20. yüzyılda beklendi, bu süre zarfında doğal yapıştırıcılar geliştirildi ve piyasadaki doğal yapıştırıcıların yerini almak için birçok sentetik laboratuvardan çıktı. 20. yüzyılın ikinci yarısında uçak ve havacılık endüstrilerinin hızlı büyümesi, yapıştırıcı teknolojisi üzerinde derin bir etki yarattı. Yüksek derecede yapısal mukavemete sahip olan ve hem yorgunluğa hem de zorlu çevre koşullarına karşı dirençli olan yapıştırıcılara olan talep, sonunda birçok endüstriyel ve evsel uygulamada yol alan yüksek performanslı malzemelerin geliştirilmesine yol açmıştır.
Bu makale, yapışma ilkelerinin kısa bir açıklaması ile başlar ve daha sonra doğal ve sentetik yapıştırıcıların ana sınıflarının gözden geçirilmesine devam eder.
yapışma
Yapıştırıcı bağlantılarının performansında, yapıştırıcının fiziksel ve kimyasal özellikleri en önemli faktörlerdir. Yapışkan eklemin yeterli performans gösterip göstermeyeceğinin belirlenmesinde ayrıca yapışkan tipleri (yani birleştirilen bileşenler - örneğin metal alaşımı, plastik, kompozit malzeme) ve yüzey ön işleminin veya astarın doğası da önemlidir. Bu üç faktörün (yapıştırıcı, yapışma ve yüzey) bağlı yapının hizmet ömrü üzerinde etkisi vardır. Bağlı yapının mekanik davranışı, derz tasarımının detaylarından ve uygulanan yüklerin bir yapıştırıcıdan diğerine aktarılma yönteminden etkilenir.
Kabul edilebilir bir yapışkan bağ oluşumunda örtülü olan, yapıştırıcının birleştirme yapışmalarına ıslanma ve yayılma yeteneğidir. Bu tür arayüzey moleküler temasının sağlanması, güçlü ve kararlı yapışkan bağlantıların oluşmasında gerekli bir ilk adımdır. Islanma elde edildikten sonra, bir dizi mekanizma yoluyla arayüz boyunca kendinden yapışma kuvvetleri üretilir. Bu mekanizmaların kesin doğası, en azından 1960'lardan beri fiziksel ve kimyasal çalışmanın konusu olmuştur ve bunun sonucunda bir takım yapışma teorileri bulunmaktadır. Ana yapışma mekanizması, maddelerin esas olarak moleküller arası temas nedeniyle yapıştığını belirten adsorpsiyon teorisi ile açıklanmaktadır. Yapıştırıcı derzlerinde bu temas, yapıştırıcının yüzey katmanlarındaki moleküller tarafından uygulanan moleküller arası veya değerlik kuvvetleri ile sağlanır ve yapışır.
Adsorpsiyona ek olarak, diğer dört yapışma mekanizması önerilmiştir. İlk mekanik kilitleme, yapışkan yapışkan yüzeydeki gözeneklere veya yüzeydeki çıkıntıların etrafına aktığında meydana gelir. İkincisi, interdiffüzyon sıvı yapışkan eridiğinde ve yapışkan malzemelere difüze olduğunda ortaya çıkar. Üçüncü mekanizmada, adsorpsiyon ve yüzey reaksiyonunda, yapışma molekülleri katı bir yüzeye adsorbe edildiğinde ve bununla kimyasal olarak reaksiyona girdiğinde bağ oluşur. Kimyasal reaksiyon nedeniyle, bu işlem bir dereceye kadar yukarıda açıklanan basit adsorpsiyondan farklıdır, ancak bazı araştırmacılar kimyasal reaksiyonun ayrı bir yapışma mekanizması değil, toplam adsorpsiyon sürecinin bir parçası olduğunu düşünmektedir. Son olarak, elektronik veya elektrostatik çekim teorisi, elektrostatik kuvvetlerin farklı elektronik bant yapılarına sahip malzemeler arasındaki bir arayüzde geliştiğini düşündürmektedir. Genel olarak, bu mekanizmaların birden fazlası, çeşitli yapışkan ve yapıştırma türleri için istenen yapışma seviyesinin elde edilmesinde rol oynar.
Bir yapışkan bağ oluşumunda, yapışkan ile yapışkan arasındaki arayüzde bir geçiş bölgesi ortaya çıkar. İnterfaz adı verilen bu bölgede, yapıştırıcının kimyasal ve fiziksel özellikleri, temassız kısımlardan önemli ölçüde farklı olabilir. Genel olarak, fazlar arası bileşimin yapışkan bir eklemin dayanıklılığını ve mukavemetini kontrol ettiğine ve stresin bir yapıştırıcıdan diğerine aktarılmasından sorumlu olduğuna inanılmaktadır. Interfaz bölgesi sıklıkla çevresel saldırıya neden olur ve bu da eklem yetmezliğine yol açar.
Yapışkan bağların mukavemeti genellikle, test parçasının kırılma noktasında veya çizgisinde oluşan gerilimleri ölçen yıkıcı testlerle belirlenir. Soyma, çekme turu kesme, yarılma ve yorulma testleri dahil olmak üzere çeşitli test yöntemleri kullanılmaktadır. Bu testler geniş bir sıcaklık aralığında ve çeşitli çevre koşullarında gerçekleştirilir. Yapışkan bir eklemi karakterize etmek için alternatif bir yöntem, fazın bir birim alanını ayırmak için harcanan enerjinin belirlenmesidir. Bu tür enerji hesaplamalarından elde edilen sonuçlar, prensip olarak, stres analizinden elde edilen sonuçlara tamamen eşdeğerdir.
Yapışkan malzemeler
Neredeyse tüm sentetik yapıştırıcılar ve bazı doğal yapıştırıcılar, dev moleküller olan polimerlerden veya monomerler olarak bilinen binlerce daha basit molekülün birleştirilmesiyle oluşturulan makromoleküllerden oluşur. Polimer oluşumu (polimerizasyon olarak bilinen bir kimyasal reaksiyon), polimerizasyonun yapışkan-bağ oluşumu ile (epoksi reçineleri ve siyanoakrilatlarda olduğu gibi) eşzamanlı olarak gerçekleştiği bir "sertleştirme" basamağı sırasında meydana gelebilir veya polimer malzeme, stiren-izopren-stiren blok kopolimerleri gibi termoplastik elastomerlerde olduğu gibi bir yapıştırıcı olarak uygulanmadan önce oluşur. Polimerler mukavemet, esneklik ve yapışkan bir yüzeye yayılma ve etkileşime girme yeteneği kazandırır - kabul edilebilir yapışma seviyelerinin oluşumu için gerekli özellikler.
Doğal yapıştırıcılar
Doğal yapıştırıcılar öncelikle hayvansal veya bitkisel kökenlidir. Doğal ürünlere olan talep 20. yüzyılın ortalarından beri azalmış olsa da, bazıları özellikle oluklu mukavva, zarflar, şişe etiketleri, kitap ciltleri, kartonlar, mobilyalar ve lamine film ve folyolarda ahşap ve kağıt ürünleri ile kullanılmaya devam etmektedir.. Ayrıca, çeşitli çevre düzenlemeleri nedeniyle, yenilenebilir kaynaklardan elde edilen doğal yapıştırıcılar yenilenmiştir. En önemli doğal ürünler aşağıda açıklanmıştır.
Hayvan tutkalı
Hayvan tutkalı terimi genellikle cilt, kemik ve kasın temel protein bileşeni olan memeli kolajeninden hazırlanan tutkallarla sınırlıdır. Asitler, alkaliler veya sıcak su ile muamele edildiğinde, normalde çözünmeyen kollajen yavaşça çözünür hale gelir. Orijinal protein safsa ve dönüştürme işlemi hafifse, yüksek moleküler ağırlıklı ürün jelatin olarak adlandırılır ve gıda veya fotoğrafik ürünler için kullanılabilir. Daha kuvvetli işlemlerle üretilen düşük moleküler ağırlıklı malzeme normalde daha az saf ve daha koyu renklidir ve hayvan tutkalı olarak adlandırılır.
Hayvan tutkalı geleneksel olarak ahşap birleştirme, kitap ciltleme, zımpara üretimi, ağır yapışkan bantlar ve benzeri uygulamalarda kullanılmaktadır. Yüksek başlangıç yapışması (yapışkanlık) avantajına rağmen, birçok hayvan yapıştırıcısı değiştirilmiş veya tamamen sentetik yapıştırıcılar ile değiştirilmiştir.
Kazein tutkalı
Bu ürün sütten elde edilen bir protein olan kazeini sulu bir alkalin çözücü içinde eriterek yapılır. Alkali derecesi ve tipi ürün davranışını etkiler. Ahşap yapışmasında kazein tutkalları genellikle nem direnci ve yaşlanma özelliklerinde gerçek hayvan tutkallarından daha üstündür. Kazein ayrıca boya ve kaplamaların yapışma özelliklerini geliştirmek için kullanılır.
Kan albümin yapıştırıcısı
Bu tipte tutkal, taze hayvan kanından veya suya ilave edilen kurutulmuş çözünür kan tozundan elde edilebilen bir kan bileşeni olan serum albüminden yapılır. Albümin-su karışımlarına alkali ilavesi yapışkan özelliklerini geliştirir. Kontrplak endüstrisinde önemli miktarda kandan tutkal ürünleri kullanılmaktadır.
Nişasta ve dekstrin
Nişasta ve dekstrin mısır, buğday, patates veya pirinçten ekstrakte edilir. Suda çözünür veya dağılabilir olan ve dünyadaki bitki kaynaklarından elde edilen başlıca bitkisel yapıştırıcı tiplerini oluştururlar. Nişasta ve dekstrin yapıştırıcılar oluklu mukavva ve ambalajlarda ve duvar kağıdı yapıştırıcısı olarak kullanılır.
