|
درآمدی برعلم پلیمر
علم شیمی یک علم پرهیجان است و تعداد شاخه های آن بدون وقفه رو به افزایش است.علم شیمی ماکرومولکولها یکی از پرشور- ترین این شاخه ها می باشد.علم پلیمر که شاخه ای از شیمی آلی به شمار می آید، از علوم بسیار جوانی است که برای اولین بار توسط مطالعات و تحقیقات پرفسوراستادینگر(Stadinger.H) در بین دو جنگ جهانی اول و دوم پا به عرصه ی وجود گذاشت؛ ولی رشد و توسعه ی آن چنان سریع بوده است که آگاهی یافتن از آن ضروری به نظر می- رسد. پلیمرهای مصنوعی در زندگی روزمره ی ما مصرفی چشمگیر یافته و نیز کاربرد های صنعتی گوناگونی پیدا کرده اند.این مواد جانشین شیشه، فلزات، سرامیک، چوب و مقوا شده اند. در پی توسعه ی صنعتی این رشته، وجود مواد اولیه ی در کشورما(که یک کشور نفت خیز است) نیاز به متخصصان کارآزموده ی بسیاری حس می- شود.بسپارها،مولکولهای بسیار بزرگی هستند که از تعداد زیادی اتم تشکیل شده اند. شیمی پلیمرها شاخه ای از شیمی آلی است که به لحاظ ویژگی های خاص خود نسبت به سایر شاخه های آن از رشد بیشتری برخوردار بوده.ریز مولکولها عمدتا ًدارای وزن مولکولی کمی هستند و وزن آنها بین۵٠ تا ۲٥٠است ولی ماکرومولکولها(پلیمرها) محدودیتی برای وزن مولکولی ندارند و تا بیش از چند هزار و در مولکول های سه بعدی، تا بیش از چندین هزارتغییر می کند.واژه پلیمرازکلمات یونانی(Poly) به معنای " بسیار" و (Meros) به معنای " قسمت " گرفته شده است.همچنین در کلمه ی بسپار (بس) به معنای بسیار و (پار) به معنای واحد بسیار تکرار شونده، واژه ی بسپار را می سازند.طبیعت خیلی پیش از آنکه انسان بتواند بسپارهای سنتزی را بسازد، بسپارهایی مانند سلولز را ساخته بود. سلولز جزء اصلی تشکیل دهنده ی الیاف پنبه و چوب است. پروتئین ها، کائوچو و برخی رزین ها از این دسته بسپارها هستند. بدن ما نیز خود از بسپارها تشکیل شده. ماهیچه ها، پروتئین ها، ژن ها و کروموزوم ها همه از بسپار ساخته شده اند. لباسی که بر تن می کنیم از این مولکولهای بلند که به شکل لیف در آمده اند تشکیل شده است. ظروف آشپزخانه که هر روز مصرف می کنیم، لاستیک خودروها- که از الاستومر هستند- روکش کابل- های برق، شیشه ها، چسب ها، رنگ ها، پوشش ها، دریچه های- مصنوعی قلب، تاندون های- مصنوعی عضلات، کامپوزیت هایی که جهت پر کردن دندان به کار می روند، حتی دندان های- مصنوعی، محمل های دارویی، سرنگ های یکبار مصرف وتمام قطعات لاستیکی و پلاستیکی که در ماشین ها کاربرد دارند، همگی پلیمرهستند.به طور خلاصه می توان گفت، محصولات پلیمری در مقایسه با کل مواد مورد مصرف در جهان، از مواد غیر پلیمری (فلزات و استیل)، پیشی گرفته است. در واقع پلیمرها نه تنها جای خود را در میان مواد باز کرده اند، بلکه توانسته اند جایگزین آنها نیز بشوند.ü تاریخچه:انسان به قدمت عمر خود از پلیمرها استفاده کرده است. از گوشت و سبزی ها برای خوراک، چوب و نی برای خانه سازی، چرم و پنبه برای لباس و کاغذ برای ارتباطات استفاده کرده است، که همگی پلیمرهای طبیعی هستند. در دوران باستان(بیش از پنج هزار سال پیش)، سامری ها از آسفالت برای پوشش کف پیاده رو ها استفاده می کردند و در مصر باستان تابوت های حجاری شده را با پلیمرهای طبیعی (مانند وارنیشvarnish) جلا می دادند. این پلیمرها در قرون وسطی نیز برای حفاظت چوب و نقاشی ها
کاربرد داشتند. در ابتدای قرن هفدهم استفاده از ترشحات پلیمری کرم ابریشم آغاز شد و با کشف(چارلز گودیر Goodyear )در سال١٨۳٩ میلادی دوره ی موسوم به (عصر جدید) آغاز شد. این دانشمند به چگونگی تبدیل لاستیک به لاستیک ولکانیزه پی برد. لاستیک تقریباً صد سال پیش از آن ازطریق آمریکای جنوبی به اروپا معرفی شده بود و نام آن از اولین کاربردش که مداد پاک کن بود،(Rubber) گذاشته شد.در١٨٦٩ میلادی، سلولوئید از واکنش اسیدها با سلولز و تهیه ی سلولزنیترات حاصل شد. در این سال ها پلیمرها به شکل الیاف و دیگر اشکال تهیه شدند که بسیاری از آنها تا جنگ جهانی اول مورد استفاده قرار نگرفتند.اولین پلیمرهای مصنوعی تجاری پلاستیکهای فنول-فرمالدهید بودند که (آتو باکلند) آنها را در سال١٩٠٧ ساخت و باکلیت نام گرفتند. بسیاری از پلاستیکها در حین تحقیقات، وبسیاری به طور اتفاقی تهیه شده اند. یکی از معروف ترین این تحقیقات برای مواد جدید( که منجر به کشف نایلون شد) کارهای (کاروتز) بود. این کارها در سال١٩٣٩ به منظور تولید الیاف جدید صورت نگرفت، بلکه به هدف فرا گیری بیشتر در مورد پلیمرها انجام شد.
آشنایی با برخی تعاریف واصطلاحات پلیمر
واژگان پلیمر
مر(mer): قطعه، تکه
منومر(monomer): تکپار؛ به مولکولهایی که در ساخت پلیمر بکار گرفته می شود گویند. مثل:-( CH2-CH2)-
دیمر(Dimer): دوپار
تریمر(Trimer): سه پار
پلیمر(polymer): بسپار
پلیمریزاسیون(polymerization): بسپارش
ماکروملکول(Macromolecule): درشت مولکول، پلیمر
درجه پلیمریزاسیون(degree of polymerization DP): تعداد منومرهای موجود در زنجیر یک درشت مولکول یا تعداد مولکولهای به هم چسبیده را گویند.
الیگومر(oligomer): چندپار، مادی با جرم مولکولی کمتر از پلیمرها
هموپلیمر(homo polymer): پلیمری که تنها از یک نوع منومر بوجود آمده باشد را جورپلیمر گویند:
-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-
کوپلیمر(copolymer): پلیمری شامل دو نوع منومر را گویند:-A-B-A-B-A-B-B-A-A-A-A-B-B-
ترپلیمر(terpolymer): پلیمر شامل سه نوع منومر را گویند:-A-B-C-A-A-C-C-B-C-C-B-A-B-C-
هموپلیمر خطی(linear homopolymer): وقتی اتمهای یک منومر به صرت خطی دنبال یکدیگر قرار بگیرند، هموپلیمر خطی ایجاد می شود.
همو پلیمر شاخه ای(branch homopolymer): وقتی اتم های یک پلیمر به صورت شاخه ای قرار گیرند، هموپلیمر شاخه ای ایجاد می شود:
هموپلیمر مشبک یا سه بعدی (tridimentional homopolymer or cross linked homopolymer): پلیمری که در بین زنجیرهای آن اتصالات عرضی وجود دارد:
هموپلیمر زنجیری(homo chain polymer): اگر زنجیرهای پلیمر دارای اتم های یکسان باشند(کربن و هیدروژن) آنها را هموپلیمر زنجیری گویند:
هترو پلیمر زنجیری(hetro chain polymer): گاهی در زنجیر، اتمی غیر از اتم های اصلی(H,C) وجود دارد(مثل Si) اینگونه پلیمرها را هترو پلیمر زنجیری گویند. مانند ترکیبات سیلیکون(دی متیل سیلوکسان):
ترموپلاست(thermoplast): پلیمرهایی هستند که بر اثر گرما نرم می شوند ومی توان آنها را قالب گیری کرد؛ دارای ساختار دو بعدی اند و در حلال حل می شوند.
ترموست(thermoset): پلیمرهایی هستند که بر اثر گرما، نرم نمی شوند و قابلیت قالبگیری مجدد ندارند؛ دارای ساختار سه بعدی اند و در حلال حل نمی شوند.
الاستیسیته(elasticite): تغییر شکل موقتی و برگشت پذیر که بر اثر اعمال نیرو یا تنش بوجود می آید و پس از حذف آن، بازگشت به حالت اولیه صورت می گیرد.
پلاستیسیته(plasticite): تغییر شکل دائمی و بازگشت ناپذیر که بر اثر نیرو یا تنش بوجود می آید و پس از حذف آن، بازگشت به حالت اولیه صورت نمی گیرد.
پلاستومر(plastomer): بسپارهای دارای خاصیت پلاستیسیته
لاستومر(elastomer): بسپارهای دارای خاصیت الاستیسیته
توسعه ی كاربرد مواد كامپوزيتی در خودروکامپوزیت ها
تحقيق در مورد مواد كامپوزيتی برای ساخـت قطعـات و بـدنـه خودرو چنـديـن دهـه است كـه جريان دارد. در دهه ۱۹۳۰ بنا به درخـواسـت هـنـری فــورد، دانشمندان شركت "فورد موتور" شروع به جسـتجوی راه هـای توسعه قطعات ارگانيكی ( آلی) خودرو كردنـد. در سـال ۱۹۴۰ ماده مناسبی برای اين كار پيدا شد و آن روغن سويا بود.بنا به گفته دانشمندان، روغن سويامیتوانست در داخل پلاستيك تقويت شده با الياف، قالبگيری شود و به طور شگفتانگيزی استحكام داشته باشد. (مقاومت به ضربه آن ۱۰ برابر فولاد بود) و هنری فورد، خود با ضربه زدن با يك تبر به يك قطعه ساخته شده از روغن سويا آن را امتحان كرد. اما روغن سويا دارای دو مشكل عمده بود: زمان زيادی برای خشك شدن نياز داشت و براحتی قالبگيری نمیشد.امروزه تحقيقات برای مواد كامپوزيتی ايدهآل ادامه دارد. اما تمركز بر روی مواد بشرساختهای است كه قابليت قالبگيری و شكلدهی برای بدنههای سبك و آﺋروديناميك داشته باشند، زيرا اين مشخصهها برای خودروهای آينده ضروری به نظر میرسند.كامپوزيت های پيشـرفـته كـه امروزه توسعـه يافـتهاند، مـواد پليمری بشرساختهای هستند كه پس از تشكيل، محكمتروچقرمهتر (Tougher) و بسيار بادوامتر از هر دو ماده اوليه می شوند. اين مـواد جديد، تركـيبی از اليـاف محكم كـربن و الياف چقـرمـه "كِولار" با پلاستيكهای مقاوم در برابر خوردگی هستند كه با هم تشكيل كامـپوزيتی میدهند كـه بسيار بهتر از فولاد و آلومينيوم عمل می كند. اما اصولی كه در پس اين كامپوزيتهای پيشرفته وجود دارد، چيزی غير از آنچه كه هنری فورد در سال ۱۹۴۰ برای دستيابی به آن تلاش میكرد نيسـت. شايد كامـپوزيـتهـای پيشرفته بيشتر در كاربردهـای ويـژه نظامی نظيـر هواپيماهـا شـناختـه شـده باشـد، ولــی در بسياری از اشيای روزمره نظير بدنه قايقها، چوبهای ماهیگيری، اسنوبورد و راكتهای تنيس نيزمیتوان آنهارا بهكاربرد. كامپوزيتهای ساختاری، نوع ديگری از كامپوزيتها هستند كه دارای كارايی كمتری نسبت به كامپوزيتهای پيشرفته میباشند و در سـقف خـودرو و قسـمت داخـلی درهـای خـودروهـای امروزی استفاده میشوند. داشبوردهای ضد ضربهای كه بر روی ماشينهای كوپه، ونها و خودروهای چهاردر ديده میشوند، ازكامپوزيتهای ساختاری ساخته شدهاند كه نسبت به قطعات فولادی مشابه، دارای مقاومت در برابر ضربه و خوردگی بهتری می باشند. اگر چه مدلهای ويژهای نظير: "شورولت كوروت"، " ساترن" و"داجوايپر"، دارای داشبوردهای ساخته شده از كامپوزيتهای ساختاری میباشند، ولی برای استحكام بيشتر به وسيله يك چارچوب فولادی تقويت شدهاند.كامـپوزيتهـای پيشرفته تر كـه برای خودروها و كاميونهای آينده در حال توسعه هستند، نقشی بيشتـر از يك شـئ تـزئينـی در اتوميبلهای آينده خواهند داشت و آنقدر مستحكم خواهند شد كه كل خودرو از آن ساخته شود.ü استحكام بالا و وزن سبك کامپوزيتهای پيشرفتهكامپوزيتهای پيشرفته به اين خاطر در خودروهـای مسابقهای مورد استفاده قرار میگيرند كـه علاوه بر وزن بسـيار سـبك، در مقـابل فشار زيادی كـه در طول مسابقه خصوصاً هنگام تصادفات ايجاد می شود، مقاوم هستند.ازاوايل دهه ی۸۰ كامپوزيتهای پيشرفـته به طور مـتداول در اتاق سـرنشـين خودروهای مسابقـهای فرمـول يك، مورد اسـتفاده قـرار میگيرنـد و به گـونهای طـراحی شدهاند كه از جان راننده هنگام تصادفـات با سـرعتهـای بالای ۱۰۰ مايل در ساعت، محافـظت كنند.راه حـل كـليدی بـرای كـاهش مصرف سوخـت در خودروهـا، بـدون كـاهش فـضای داخـلی و كارايی خودرو استفاده از مواد سبك نظير كامپوزيتها می باشد. مصـرف سـوخت كـم ، شتـاب و كاركـرد بـالای ماشين هـمگی با كـاهش وزن آن قـابـل دسـتيـابـی است.
در سال ۱۹۹۱ جنرال موتورز خودروی به نام" اولترالايت" كه تماماً از كامپوزيتهای پيشرفته تشكيل شده بـود، سـاخت. اين ماشين تقـريباً ۵۰ درصد سبكـتر از خودروهای چهار سرنشين هماندازه خود بود كه به آن شتاب۸/۷ (برای صفر تا ۶۰ مايل) میبخشيد و مسافت طی شده، ۶۲ مايل به ازای هر گالن سوخت گازی بود.از زمان آزمايش هنری فورد در دهه ۱۹۳۰، سازندگان خودرو به گرانقيمت بودن قطعات خودرو كـامپوزيتی پی بـردهاند و تنهـا برای خـودروهای ويژهای نظير "كوروت" كه از سال ۱۹۵۳ با داشبوردهـای فايبرگـلاس توليد شدهاند ، از كامپوزيتها استفاده میكردند.با اين حال در طی اين سالها، روشهای توليد پيشرفت كردهاند و اكنون كامپوزيتهای ساختاری كه ارزانتـر از كامـپوزيتهـای پيشـرفته میباشند در خودروهای امـروزی بسـيار متداول شدهاند. روشهای ساخـت جديد ماننـد "RTM " (فوق پرسرعت) و "خشـك شـدن سـريع تـوسـط پرتوهای الكترونی" ، قيمتها را تا حدی پايين آورده است كه به زودی استفاده از كامپوزيتهای پيشرفته در خودروهای معمولی توجيه اقتصادی خواهد داشت. ü توسعه ی کاربرد كامپوزيتهای پيشرفته در خودروشركتهای خودروسازی نظير "جنرال موتورز" ، " فورد" و "دايملر- كرايسلر" ، تمام تلاش تحقيقاتی خود را بر روی توسعه كـامپوزيتهای پيشـرفته بـرای مصارف خودرو قرار دادهاند. كرايسـلر در تحـقيقات كامپوزيت پيشتاز است و برنامه تحقيقاتی را از سـال ۱۹۹۴ در دستـور كـار خود قرار داده و هدف آن توليد يك ماشين ارزانقيمت برای توليد در كشـورهـای در حـال توسعـه نظير چين بود. نتيجه اين برنامه توليد (CCV) يا (Composite Concept Vehicle) بود كه در سال ۱۹۹۷ در نمايشگاه خودرو، در فرانكفورت به نمايش درآمد. اگـرچـه اين خودرو هرگـز توليد نشد ولی ثابت كرد كـه قـطعـات بزرگ ساخته شده از كامپوزيت، مقاومت لازم در برابر فشارهای حاصل از رانندگی و تصادف را دارنـد. بدنـه سـاخـته شـده از كامپوزيت ساختاری در"CCV" در واقـع چهـار بخـش بـود كـه همگی از PET ( پلی اتيلن تری فتالات) تقـويت شـده با الـياف كوچـك شيشـه ساختـه شـده بـود.در حـال حاضـر تـلاشهـای "دايملر- كرايسلر" بر توسعه ی فرآيند ساخت قطعات مجزا، مانند سـقـفهای محكـم بـرای" جـيپ- رانگلر"، استوار شده است، به اين اميد كه روزی بدنه ی كامل يك خودرو را با يك قالب توليد نمايد.خودروهای تماماً ساخته شده از كامپوزيتهای پيشرفته نيز از اهداف مورد توجه شركتهای خودروسازی هستند. مدل فولكس واگن "Lupu" كه از كامپوزيتهای پيشرفته ساخته شده است، برای توليد در سال ۲۰۰۴ برنامهريزی شده است و ادعا میشود كه دارای مسافت طی شده ی ۲۳۵ مايل به ازای هر گالن سوخت ديزلی میباشد.در چند سال آينده ما شاهد توليد انبوه، اولين خودروهای ساخته شده از كامپوزيتهای پيشرفته خواهيم بود كه كارايی و مصرف سوخت بسيار بهتری خواهند داشت.
پليمرهای رسانای جريان الكتريسيته
مقدمه:به طور كلی محصولات ساخته شده از پليمرها نارسا نا بوده و مقاومت زيادی در برابر عبور جريان الكتريسيته از خود نشان می دهند. به همين دليل از مواد پليمری درصنعت الكترونيك و الكتروتكنيك استفاده مي شود برای مثال از پليمرها برای عايق كاری كابلهای انتقال الكتريسته، صفحات انتقال الكتريسيته و روكش باطريها استفاده مي شود، اما در بعضي موارد همين مقاومت زياد در مقابل عبور جريان الكتريسيته باعث ذخيره شدن الكتريسيته می گردد كه مجموعه ای از مشكلات ناخواسته را به دنبال دارد. مثلاً ايجاد الكتريسيته ساكن در خود تسمه ها و جعبه های حفاظ دستگاهای الكتريكی، كف پوشها، البسه وغيره كه باعث توليد جرقه الكتريكی می شود و در بعضی موارد ايجاد آتش سوزی می كند . در اين گونه موارد، هدايت الكتريسيته به محيط اطراف مورد نياز است. يكی از روشهای رسانا ساختن پليمرها امتزاج آنها با مواد رسانای الكتريسيته است. با توسعه وتوليد بيشتر اين نوع پليمرها در سالهای اخير استفاده از آنها در زمينه های گوناگون نيز افزايش يافته است برای مثال در دستگاهای استفاده از انرژی خورشيدی، تابلوهای برق، دستگاهای مصرف انرژی و موتورهای مكانيكی و قسمتهای الكتريكی اتومبيل ها از اين پليمرها استفاده می شود .موادی كه جهت امتزاج با موادپليمری مورد استفاده قرار می- گيرند عبارت اند از: دوده رسانا، پودر رسانا، پودر فلزات، الياف شيشه يا الياف فلز ( ۲ و۱) و... ميزان رسانندگی الكتريكی پليمرهايی كه از طريق امتزاج با مواد پيش گفته، رسانا شده اند حد ومرزی دارد كه بيش از آن امكان پذير نيست. علاوه بر آن مصرف بيش از حد اين مواد در پليمر باعث تخريب و تغييرات بسيار زياد خواص فيزيكی و مكا نيكی خود پليمر می گردد. از اين رو جهت رفع اين گونه نواقص، خواص رسانش الكتريكی را می توان به طور مستقيم در خود پليمرها به وجود آورد.اگر از يك زنجير پليمری دارای پيوند π كه لايه های والانس مولكولهايی آن تكميل شده است يك الکترون برداشته شود (اكسايش)، يا به آن يك الكترون اضافه گردد(كاهش )، در آن صورت با ايجاد يك آرايش مناسب شبيه به فلزات می توان خاصيت رسانش الكتريكی را در آن ايجاد كرد .پليمرهايی كه به اين ترتيب رسانای جريان الكتريسيته شده اند را فلزات آلی نيز می نامند. در دماهای معمولی نيز می توان توسط ايجاد حا لت های فضايی مناسب از ماكرومولكولها ابر- رسانا به وجود آورد. البته جهت اثبات اين نظر دليل آزمايشگاهی مورد نياز است.از لحاظ خواص فيزيكی، ساختار مولكولی و ويژگيهای فضايی در فرآيند رسانايی، رابطه نزديكی بين پليمرهای رسانای الكتريسيته و سراميك های ابر رسانا وجود دارد كه اين موضوع در فيزيك مورد بررسی زياد قرار گرفته است.- پليمرهای رسانای الكتريسيته :در اينجا سنتز پلی استيلن را كه يكی از مهمترين پليمرهای رساناست و در مراكز تحقيقاتی وعلمی جهان بيشتر مورد مطالعه وبررسی قرار گرفته است مطرح می كنيم .البته كارهای تحقيقاتی وسيع انجام شده در اين زمينه را می توان در كتب مرجع يافت. پلی استيلن برای اولين بار در اواخر سال ۱۹۵۰ در آزمايشگاه "ناتا" به طور مستقيم از پليمریزه شدن استيلن به دست آمد اما احتمالاً به علت حساسيت پودر سياه رنگ حاصل ، در مقابل اكسايش و نبود تكنو لوژی مناسب جهت بهره- برداری از آن آزمايش های بيشتر روی آن انجام نشد و حتی در اين مورد مطلبی هم نوشته نشد. اما چند سال بعد در سال ۱۹۷۰ در اثر يك اتفاق ساده يكی ازدانشجويان انستيتو تكنولوژی توكيو به نام "شيراكاوا" ، پلی استيلنی را به دست آورد، که حاصل تلاش مشترك " شيراكاوا ، مك دايارميد و هيگر" بر روی پليمر به دست آمده توسط عمل دوپه كردن بود. آنها توانستند برای اولين بار ميزان رسانندگی الكتريكی پلی- استيلن را تقريباً تا ۱۰میلیارد برابر حالت معمولی پليمر افزايش دهند .بعد از كشف اثر دوپه كردن درپلی- استيلن از سال ۱۹۷۷ به بعد توجه مؤسسات تحقيقاتی و مراكز علمی بسياری به اين نوع پليمرها معطوف گرديد و در اين زمينه پيشرف های بسزايی حاصل شد. برای مثال تعداد زيادی از پليمرهای حاوی پيوند های يگانه و دوگانه ی متناوب (سيستم مزدوج) كشف گرديد. از آن تاريختاكنون تعداد نا محدودیكارهاي نظري در اين زمينهصورت گرفته است ولي از نظرتكنولوژي هنوز مشكلات فراواني وجود دارد.- رابطه نظم فضايی وخواص فزيكی در پليمرهای رسانای الكتريسيته :هر جامدی الكترون دارد؛ مسئله مهم در رسانش الكتريكی چگونگی پاسخ الكترونها به ميدان ا لكتريكی اعمال شده است. ناحيه هايی ازانرژی كه برای آنها هيچ اوربيتالالكترونی موج گونه وجود ندارد، نوارهای والانس و رسانش را از هم جدا می كنند. چنين نواحی ممنوعی را شكافهای نواری می نامند. اين نواحی از بر هم كنش امواج الكترونهای رسانش با مغزهای يونی بلور، حاصل می شوند. در شكل۱ ، نوارهای انرژی مجاز و شكافهای انرژی (فاصله بين نوارهای والانس و رسانش) برای (ا لف) نارسانا (ب) نيمه رسانا و(ج) رسانا نشان داده شده است .اگر نوارهای ا نرژی مجاز كاملاً پر يا خالی باشند ماده مانند يك عايق رفتار می كند، زيرا در اين صورت هيچ الکترونی نمی- تواند درميدان الكتريكی حركت كند.اگر كسری مثلاً ۱۰تا ۹۰ درصد از يك يا چند نوار پر باشند، ماده مانند فلز رفتار می كند. ا گر تمام نوارها به استثنای يك يا دو نوار كه اندكی پر يا خالی اند، كاملاً پر باشند، ماده نيمه رسانا خواهد بود. همه پليمرهای رسانا مجموعه ای از واحدهای ساختاری مشابه دارند. جهت شناور ساختن الكترون در طول زنجير پليمر، احتياج به واحدهای ساختاری مناسب با شكاف انرژی كمتر می باشد. به عنوان مثال از پلي استيلن كه فقط دارای پيوندهای يگانه و دو گانه متناوب است و یا سیستم های آروماتيكي می توان نام برد.
ترانس پلی استیلن trans-polyacetyleneسیس پلی استیلن
polyacetylene cis-پلی ۱و۶- هپتا دی اِن poly 1,6- heptadieneپلی پارا فنیلن poly – p – phenyleneپلی بی تیوفن poly bithiopheneپلی۳- آلکیل تیوفن poly – 3 – alkyl thiopheneپلی پیرول poly pyrroleپلی ان آلکیل پیرول poly – N – alkyl pyrroleپلی وینیلن فنیلن poly vinylene phenyleneپلی بنزن تیول poly benzenethiolپلی آنیلین poly anilineپلی بنزوتیوفن poly benzothiopheneپلی ان متیل کربازول poly – N – methylcarbazol
قوی ترين الياف موجود در جهان
پروتئينی كه عنكبوت را قادر می سازد خود را آويزان كند و همچنين به شكار طعمه كمك می كند، نظر دانشمندان را به خود جلب كرده است . مولكول های اين پـروتئين بسيار كشسان و قـوی هستند ، تقريباً ۲۰ برابر از نايلون كشسان تر و ۹ برابر از فولاد در قطر مساوی قوی تر می- باشد .علاقـه به تـار عنكبوت در حالی است كه زمينه مـواد زيستی، مورد بسيـار قابل توجه و رو به رشــدی در زمينه پـژوهش های مــواد است .دليل توجه ارتش ايالات متحده به اين ماده استفاده از آن در ساخت جليقه های ضد گلوله و محافظ هاست. هدف عمده ی پژوهش های دانشمندان، درك چگونگی چين خوردن اين پروتئين و سازماندهی رشته تار عنكبوت است . پژوهشگران با استفاده از روش ميكروسكوپ نيروی اتمی و يك كشنده مولكولی، با تصويربرداری و كشش اين پروتئين، به سر نخ هائی دست يافته اند.اين مشاهدات به پژوهشگران كمك می كند تا آنچه را در هنگام تشكيل تار عنكبوت در غده تراوش تارعنكبوت رخ می دهد ، شبيه سازی كنند .آنها دريافته اند كه وقتی پروتئين باز می شود به صورت تكه تكه است . در ضمن اين پروتئين دارای پيوندهایی است كه هنگام افزايش بـار ، باز شده و تغيير شكل می دهند ، اين امر از الگوئی پيروی می كند كه در ديگر پروتئين های تحت بار كشف شده است .تار عنكبوت دارای بخش های كريستالی و بخش های شبه لاستيكی كشسانی است.پژوهشگران دريافته اند كه مولكول های منفرد دارای هر دو بخش هستند .پـژوهشگران بر اين باورنـد كه با مطالعه توانمندی عنكبوت ها در تنيدن تــار می توان به راز توليد مواد قوی تر و بهتر پی برد . آن ها بر اين باورند كه می توانند با تقليد از عنكبوت فر آيند طراحی مواد را بهبود بخشند .به اين ترتيب آن ها می توانند كارآیی محصولات گوناگون، از راكت تنيس گرفته تا بمب افكن استلث(stealth) بهبود بخشند .
آزمايش های انجام شده نشان می دهد كه تارعنكبوت در برابر تغيير خواص ، فوق العاده مقـاوم است و می توان آن را در هوا يا زير آب تنيد .الياف تار عنكبوت، با ظرافت بسیار (قطری در حدود ۰۲/۰ ميكرون) برتری های فراوانی دارند . ويژگی های ذاتی تار عنكبوت برای مهندسانی كه در حال طراحی مواد برای مشتريان وبازار صنعتی هستند، بسيار جذاب است .آنها می گويند:" بطورمعمول می توان موادی فوق العاده قوی ساخت ولی با اين كار چقـرمگی كاهش می يابد؛ هم چنين می توان موادی با چقرمگی فوق العاده بالا ساخت ولی استحكام كاهش خواهد يافت . تركيب اين دو ويژگی همان گونه كه در تار عنكبوت مشاهده می شود، هدف ماست.
تاریخچه
سابقه استفاده از چسب توسط انسان را میتوان در واقع از عصر سنگ و دوران غارنشینی در تهیه تیر و کمان و یا نقاشی حیوانات غول پیکر بر روی تخته سنگها با استفاده از رنگدانهها دانست. بدون شک ، خون نخستین مادهای بود که بشر از آن به عنوان چسب استفاده میکرد که البته کیفیت خوبی نداشت و متداول نشد. به تدریج بشر به وجود مواد چسب دار طبیعی پی برد و استفاده از آنها را آموخت.در واقع اولین ماده چسب دار که بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته بود، مواد نشاستهای ، قندی ، صمغها ، و شیرههای برخی از گیاهان بود.
مثلا رومیان از سقز (ماده چسبدار و صمغی که از درختان برگ سوزنی نظیر سرو و کاج و یا درخت صنوبر ترشح میشود) در صنعت کشتی سازی استفاده میکردند. به تدریج مواد دیگری مانند موم ، عسل و یا مواد ژله مانندی از ماهی ، شاخ حیوانات یا شیر و تخم مرغ بکار گرفته شده بعدها ، با پیشرفت صنایع و استخراج و پالایش نفت ، از قیر و قطران چوب و ... به عنوان چسب استفاده به عمل آمد. اگر چه کائوچوی طبیعی (شیوه لاتکس) از مدتها قبل شناخته شده بود، اما چون حلال مناسبی برای آن موجود نبود، کاربردی به عنوان ماده چسبی پیدا نکرد تا اینکه با دستیابی به روغنهای نفتی که کائوچو را در خود حل کرده و مایع چسبناکی را به وجود می آورند، کاربرد آن به عنوان ماده چسبی متداول شد.
کاربردهای متنوع چسب
از قرن نوزدهم بتدریج با پیدایش چسبهای سنتتیک ساخته شده در صنعت پلیمر ، چسبهای سنتی و گیاهی و حیوانی از صحنه خارج شده است. صنعت چسب به صورت گسترده ای در حال رشد میباشد و تعداد محدودی وسایل مدرن ساخت بشر وجود دارد که از چسب در آنها استفاده نشده است. در اتصالات اغلب وسایل از یک جعبه بسیار ساده غلات گرفته تا هواپیمای پیشرفته بوئینگ 747 از چسب استفاده شده است.
امکانات بشر میتواند بوسیله چسبها اصلاح گردد. این مطلب ، شامل استفاده از سیمانهای سخت شده توسط UV در دندانپزشکی و سیمانهای پیوند آکلریلیک در جراحی استخوان میباشد. پیشرفت جدیدی که اخیرا در کاربرد چسب حاصل گشت، اتصال ریلهای فولادی و تراموای جدید شهر منچستر بود. چسبها نه تنها برای موادی که بایستی چسبانده و بهم پیوسته شوند، بلکه در ایجاد چسبندگی برای موادی از قبیل جوهر تحریر ، رنگها و سایر سطوح پوششی ، وسایل بتونه کاری و وجوه میانی در مواد ترکیبی از قبیل فولاد یا بافت پارچه ، در تایرهای لاستیکی و شیشه یا الیاف در پلاستیکها ضروری هستند.
اجزای تشکیل دهنده چسبها
مواد پلیمری
چسبها ، همگی حاوی پلیمر هستند یا پلیمرها در حین سخت شدن چسبها بوسیله واکنش شیمیایی پلیمر شدن افزایشی یا پلیمر شدن تراکمی حاصل میشوند. پلیمرها به چسبها قدرت چسبندگی میدهند. میتوان آنها را به صورت رشتههایی از واحدهای شیمیایی همانند که بوسیله پیوند کووالانسی به هم متصل شدهاند، در نظر گرفت.
پلیمرها در دماهای بالا روان میگردند و در حلالهای مناسب حل میگردند. خاصیت روان شدن آنها در چسبهای حرارتی و خاصیت حل شوندگی آنها در چسبهای بر پایه حلال ، یک امر اساسی میباشد. پلیمرهای شبکهای در صورت گرم شدن جریان نمییابند، ممکن است در حلالها متورم گردند، ولی حل نمیشوند. تمامی چسبهای ساختمانی ، شبکهای هستند، زیرا این مورد خزش (تغییر شکل تحت بار ثابت) از بین میبرد. فزودنیهای دیگر
بسیاری از چسبها ، علاوه بر مواد پلیمری دارای افزودنیهایی هستند از قبیل:
مواد پایدار کننده در برابر تخریب توسط اکسیژن و UV.
مواد نرم کننده که قابلیت انعظاف را افزایش میدهد و دمای تبدیل شیشهای (Tg ) را کاهش میدهد.
مواد پر کننده معدنی که میزان انقباض در سخت شدن را کاهش میدهد و خواص روان شدن را قبل از سخت شدن تغییر میدهد و خواص مکانیکی نهایی را بهبود میبخشد.
مواد تغلیظ کننده.
معرف های جفت کننده سیلانی.
آماده سازی سطح برای چسبندگی
آماده سازی نامناسب یا نادرست سطح ، احتمالا دلیل عمده شکسته شدن اتصالات چسبی میباشد. آماده سازی سطح یک جسم با روشهای زیر انجام میگیرد: روش های سائیدگی ، استفاده از حلالها ، تخلیه شعله وکرونا ، حک کردن تفلون ، حک کردن فلزات ، آندی کردن فلزات ، استفاده از چند سازه ها.
انواع چسبها
چسبهایی که توسط واکنش شیمیایی سخت میشوند
چسبهای اپوکسیدی:
اپوکسیدها ، بهترین نوع چسبهای شناخته شده ساختمانی هستند و بیشترین کاربرد را دارند. رزین اپوکسی که اغلب در حالت معمول استفاده میشود، معمولا دی گیلیسریل اتراز بیس فنل DGEBA)A) نامیده میشود و بوسیله واکنش نمک سدیم از بیس فنل A با اپی کلروهیدرین ساخته میشود. آمینهای آروماتیک و آلیفاتیک به عنوان عامل سخت کننده استفاده میشوند. این چسبها به چوب ، فلزات ، شیشه ، بتن ، سرامیکها و پلاستیکهای سخت بخوبی میچسبند و در مقابل روغنها ، آب ، اسیدهای رقیق ، بازها و اکثر حلالها مقاوم هستند. بنابراین کاربرد بیشتری در چسباندن کفپوشهای وینیلی در سرویسها و مکانهای خیس و به سطوح فلزی دارند.
چسبهای فنولیک برای فلزات:
وقتی که فنل با مقدار اضافی فرمالدئید تحت شرایط بازی در محلول آبی واکنش کند، محصول که تحت عنوان رزول شناخته شده و الیگومری شامل فنلهای پلدار شده توسط اتروگرومتیلن روی حلقههای بنزن میباشد، بدست میآید. برای جلوگیری از تشکیل حفرههای پر شده از بخار ، اتصالات چسبهای فنولیک تحت فشار ، معمولا بین صفحات پهن فولادی گرم شده توسط پرس هیدرولیک سخت میشوند. بدلیل شکننده بودن فنولیکها ، پلیمرهایی از جمله پلی وینیل فرمال ، پلی وینیل بوتیرال ، اپوکسیدها و لاستیک نیتریل اضافه میشود تا سختتر گردند.
چسبهای تراکمی فرمالدئید برای چوب:
تعدادی از چسبهای مورد استفاده برای چوب نتیجه تراکم فرمالدئید با فنول و رزوسینول (1و3 دی هیدروکسی بنزن) هستند. بقیه با اوره یا ملامین متراکم میشوند.
چسبهای آکریلیک:
چسبهای ساختاری شامل منومرهای آکریلیک توسط افزایشی رادیکال آزاد در دمای محیط سخت میشوند. منومر اصلی ، متیل متاکریلات (MMA) میباشد، اما موارد دیگری از قبیل اسید متاکریلات برای بهبود چسبندگی به فلزات بوسیله تشکیل نمکهای کربوکسیلات و بهبود مقاومت گرمایی و اتیلن گلیکول دی متیل اکریلات برای شبکهای کردن نیز ممکن است مورد استفاده قرار گیرد.
کلروسولفونات پلی اتیلن ، یک عامل سخت کننده لاستیک است و کیومن هیدورپراکساید و N,N دی متیلن آنیلین ، اجزاء یک آغازگر اکسایشی- کاهشی هستند. پیوند دهنده هایی که برای اتصالات محکم مصنوعی به استخوانهای انسان و پوششهای چینی برای دندانها استفاده میشود نیز بر مبنای MMA هستند و بطورکلی برای جسباندن فلزات ، سرامیکها ، بیشتر پلاستیکها و لاستیکها استفاده میشود و اتصالات پرقدرتی را ایجاد میکنند.
چسبهای غیر هوازی:
چسبهای غیر هوازی در غیاب اکسیژن که یک بازدارنده پلیمر شدن است، سخت میگردد. این چسبها اغلب بر پایه دی متاکریلاتهایی از پلی اتیلن گلیکول هستند. کاربرد این چسبها ، اغلب در محل اتصال چرخ دنده ها ، تقویت اتصالات استوانهای و برای دزدگیری میباشد.
چسب های پلی سولفیدی:
پلی سولفیدها در ابتدا به عنوان دزدگیر استفاده میشدند و یک کاربرد مهم دزدگیری لبههای آینههای دوبل میباشد. هر دو برای اینکه واحدها را باهم نگه دارند و مانعی در برابر نفوذ رطوبت ایجاد کنند. آنها به وسیله بیس (2- کلرواتیل فرمال) با سدیم پلی سولفید تهیه میشوند و به منظور کاهش قیمت از پرکننده های معدنی استفاده میشود. به عنوان نرم کننده ، از فتالاتها و معرفهای جفت کننده سیلانی استفاده میشود و عامل سخت کننده آنها شامل دی اکسید منگنز و کرومات هستند.
سفت شدن لاستیکی چسبهای ساختمانی:
بسیاری از چسبهای ساختمانی ، پلیمرهای لاستیکی حل شده ای در خودشان دارند. وقتی که چسبها سخت میشوند، لاستیک به صورت قطراتی با قطر حدود 1µm رسوب میکند. لاستیکهای استفاده شده در این روش شامل پلی وینیل فرمال (pvf) و پلی وینیل بوتیرال (PVB) هستند که هر دو بوسیله واکنش آلدئید مناسب با پلی وینیل الکل ساخته میشوند.
سیلیکونها:
چسبهای یک جزئی سیلیکون اغلب به چسبهای ولکانیزه شونده در دمای اطاق (rtv) معروفند و شامل پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) با جرمهای مولکولی در محدود 1600-300 با گروههای انتهای استات ، کتوکسیم یا اتر هستند. این گروهها توسط رطوبت اتمسفر ، هیدرولیز شده ، گروههای هیدروکسیل تشکیل میدهند که بعدا با حذف آب متراکم میشوند.
چسبهای سیلیکونی نرم و مطلوب هستند و دارای مقاومت محیطی و شیمیایی خوبی هستند. این چسبها به عنوان بهترین پوشش برای استفاده در حمام شناخته شدهاند.
چسبهایی که بدون واکنش شیمیایی سخت میشوند
این چسبها شامل سه نوع زیر میباشند
چسبهایی که در اثر حذف حلال سخت میشوند:
چسبهای تماسی: چسبهای تماسی احتمالا از معروفترین چسبها بر پایه حلال هستند. اینها محلولهایی از پلیمر در حلال آلی هستند که در دو سطح بکار میروند تا متصل شوند. ماده اصلی این چسبها ، لاستیک پلی کلروپرن (پلی کروپرن ، پلی کلرو بوتادین) است و برای چسباندن روکشهای تزئینی و پلاستیکهای محکم دیگر مثل ABS , DVC به چوپ و محصولات فلزی و چسبهای تماسی DIY برای تخت کفش بکار میروند.
چسبهای پمادی: چسبهای بر پایه حلال مشهور که در ظروف پماد مانند به عموم فروخته میشوند، اغلب محلولهایی از لاستیک نیتریل (همیپلیمر یا بوتادین و آکریلونیتریل) در حلالهای آلی هستند.
چسبهایی که با از دست دادن آب سخت میشوند:
محلولهای آبی و خمیرها: نشاسته ، ذرت و غلات ، منابع عمده برای استفاده چسب هستند. موارد مصرف عمده برای چسباندن کاغذ ، مقوا و منسوجات میباشد. کاربردهای آن شامل صفحات موجدار ، پاکتهای کاغذی ، پنجرگیری تیوپ ، چسباندن کاغذ دیواری و چسبهای تر شدنی مجدد با آب میباشد. چسبهای تر شدنی توسط آب شامل پلی (وینیل الکل) (DVOH) که در تمبرهای پُستی مورد استفاده قرار میگیرند و از لاتکس صمغهای طبیعی (مثلا صمغی و دکسترین) و پلی وینیل استات (DVN) همراه با مقدار زیادی DVOH پایدار کننده تولید میشوند. DVOH تنها پلیمرمعروفی است که از منومر خودش ساخته نمیشود.
امولسیونهای آبی: اجزا ترکیبی برای پلیمریزه شدن امواسیونی عبارتند از: آب ، منومرها ، پایدار کننده ها و آغازگر. محصول پلیمر شدن امولسیونی ، شیرابه ای از ذرات پلیمر با پایدار کنندههای جذب شده میباشد. معروفترین مثال ، چسب چوب DIY است که شیرابه آن ، شامل پلیمر پلی وینیل استات (DVA) است و به میزان زیادی در کارهای کارگاهی و در چسباندن اتصالات تاق و زبانه برای درها ، پنجره ها و مبلمان در کارخانهها استفاده میشود و مثال دیگر در رنگهای امولسیونی بر پایه DVA هستند که برای پوشش سطح یا به عنوان چسب استفاده میشود.
چسبهایی که به وسیله سرد کردن سخت میشوند:
چسبهای ذوبی: ماده اولیه چسبهای ذوبی که از ابزار تفنگ شکلی خارج میشود، معمولا اتیلن وینیل استات (EVA) میباشد. کاربرد این چسبها شامل استفاده در جعبههای مقوایی ، صفحه کتاب ، اتصالات حرارتی و نئوپان میباشد. از دیگر چسبهای ذوبی میتوان چسبهای ذوبی پلی آمیدی ، پلی اورتان ، استرهای آلیفاتیک ، پلی استر اشاره کرد.
چسبهای حساس به فشار
چسبهای حساس به فشار ، دائما چسبناک باقی میمانند و به خاطر استفاده در نوار چسبها و برچسبها معروف هستند. این چسبها بطور عمده بر پایه لاستیک طبیعی ، همی پلیمر دستهای و تصادفی ، استیرن - بوتادین و آکریلیک هستند. PVC نرم شده و پلی اتیلن ، مواد نوار معمولی هستند. یک طرف نوار با یک آستری یا لایه زیری پوشیده شده است. به همین دلیل ، چسب دائما چسبناک میماند و طرف دیگر ، دارای پوشش آزاد کننده ای است که وقتی که نوار باز میشود، با چسب جدا میگردد. مواد آزاد کننده که اغلب استفاده میشود، همی پلیمری از وینیل الکل و وینیل اکتادسیل کاربامات است که در اثر واکنش با DVOH با اکتادسیل ایزوسیانات ساخته میشود.
معایب و مزایای چسبها
معایب
عموما چسبها بوسیله آب یا بخار آب سست میشوند.
محدوده رهایی کار آنها کمتر از چسبانندههای فلزی (مهره ها ،پیچ ها و بستهای آهنی و غیره) است.
چسبها توسط دمای تبدیل شیشه ای (Tg) و تخریب شیمیایی محدود شدهاند.
مزایا
اتصال مواد غیر مشابه و لایههای نازک از مواد
گسترش بار بر روی یک ناحیه وسیع
زیبایی و حالت آئرودینامیک آنها بر روی سطوح خارجی اتصال
کاربرد آنها با استفاده از ماشین روبات میباشد.
كلمات كليدي: توليد چسب، صنعت چسب، روش هاي توليد
چسبهای بسیاری برای متصل کردن اجسام مشابه یا غیر مشابه در دسترس هستند. امروزه تقریبا استفاده از چسبانندههای طبیعی مثل سریش بجز موارد استفاده خاصی منسوخ شده است. در عوض هر روز شاهد تولید و سنتز چسبهای جدیدی هستیم که منشأ پلیمری دارند. چسبها در اشل صنعتی به شیوههای گوناگونی تهیه میشوند که در این بحث برخی از مهمترین روشها را معرفی میکنیم.
پخت یا پروراندن رزین چسب به صورت یک جسم جامد
اپوکسیها معروفترین چسبهای این گروه هستند که با استفاده از رزینهای سیکلوآلیفاتیک ، طوری فرمولبندی میشوند که در دماهای بالا قابل استفاده باشند. برای سنتز چسبهای قوی و نیمه انعطافپذیر از رزینهای اپوکسی با عوامل پخت پلی آمین یا پلی آمید استفاده میشود و بیشتر اپوکسیها بدون استفاده از مواد افزودنی هم چسبندگی خوبی دارند. زمان پخت میتواند از ثانیهها تا روزها طول بکشد که این امر به کاتالیزورها و دما بستگی دارد.
اپوکسی فنولی با استفاده از این چسبها میتوان اتصالاتی پدید آورد که تا 315ºC پایدار هستند. این چسبها در دماهای بالا پرورده میشوند و از آنها برای پیوند ساختمانی و لانه زنبوری استفاده میشود. از دیگر چسبهای این گروه میتوان از پلی استرها (که ارزان قیمت و زودگیر و شکننده هستند)، سیلیکونها ، سیانوآکریلاتها و آکریلیها ، نام برد.
تبخیر حلال از محلول پلیمر گرمانرم
مواد پلیمری حل شده در حلالها میتوانند چسبهای مفیدی تشکیل دهند. با تبخیر حلال ، پلیمر گرمانرم جامدی حاصل میشود که به چسب حلال معروف است. از این گروه میتوان نیتروسلولز را نام برد که سالها محلول 10 تا 25 در صد آن به عنوان چسب هواپیما و یا برای مصارف خانگی استفاده میشد.
آکریلیها ، محلول رزینهای آکریلیک پرورده شده هستند و به چسبهای پلاستیک مشهورند و برای متصل کردن پلاستیکهای ABS ، پلی استیرن و آکریلی مؤثرند. سیمانهای لاستیکی هم جزو چسبهای حلال میباشند.
تبخیر آب از یک شیرابه پلیمری
شیرابهها از ذرات کوچک پلیمر پرورانده شده معلق در آب تشکیل شدهاند و در موقع تبخیر آب ، ذرات بوسیله نیروهای واندرواسی به یکدیگر متصل میشوند. رزین خشک شده ، دیگر در آب حل نمیشود. از این چسبها میتوان پلی وینیل استات را نام برد که برای اتصال قطعات چوبی بکار میرود و به صورت شیرابه (محلول در آب) عرضه میشود و به نام چسب سفید یا چسب چوب معروف است.
سرد کردن پلیمر گرمانرم ذوب شده
پلیمرهایی که در دمای مناسب ذوب میشوند و دارای نیروهای جاذبه زیادی میباشند، بعنوان چسب داغ ذوب شناخته میشوند. از انواع پلی استرهای گرمانرم ، پلی آمیدها و پلی اتیلنها ، بعنوان چسب داغ ذوب استفاده میشود. این چسبها به صورت لولههایی با ضخامت کم در بازار موجود میباشد. در اثر حرارت دادن ، لوله ذوب و جاری میشود و با مالیدن به سطح جسم و فشردن سطوح به همدیگر ، اتصال در ضمن سرد شدن انجام میشود.
عوامل اتصال دهنده
موادی که با شیمی دوگانه وجود دارند، میتوانند به چسبندگی کمک کنند. این ترکیبات دارای دو گروه عاملی متفاوت در دو انتها میباشند و معمولیترین آنها عوامل اتصال دهنده سیلان میباشند. یک انتهای این ترکیبات ، تولید چسبندگی با شیشه یا مواد معدنی دیگر میکند و انتهای دیگر از نظر شیمیایی فعال میباشد.
اخیرا ترکیباتی به نام تیتاناتها وارد بازار شدهاند که مانند سیلان دارای شیمی دوگانه هستند و شبیه آنها عمل میکنند، اما برتریهایی هم در برخی خواص نسبت به سیلانها دارند.
كلمات كليدي: چسب، چسب سازي، طبقه بندي، چسب گياهي، چسب حيواني، سرشيم، چسب سنتزي، نوار چسب، بتونه
هر چند از چسب در صنعت ، مخصوص آبنوس کاران و صحافان و بیشتر برای چسباندن قطعات چوبی و یا اشیای کاغذی بود. اما به تدریج دامنه کاربرد آن گسترش یافت. به طوری که امروزه به جای استفاده از میخ ، پیچ ، بست ، لولا و... برای اتصال قطعات فلزی ، چوبی ، کائوچویی ، ... از بخاری گرفته تا تهیه اسباب بازی , صنایع مونتاژ و حتی برخی از قسمتهای هواپیماهای مافوق صوت , از چسبهای گوناگون و ویژهای که به روش سنتزی تهیه میشوند , استفاده میشود.
طبقه بندی چسبها
چسب گیاهی
چسب نشاسته ، دکسترین ، سرشیم ، دکسترین و نشاسته که از چسبهای محلول در آباند و از آنها در چسبانیدن تمبر ، پاکت ، کاغذ ، مقوا ، چوب ، ... استفاده میشود.
صمغ عربی که از درختی به نام صمغ سنگالی بدست میآید، سفید رنگ و محلول در آب است و عمدتا شامل هیدراتهای کربن است.
چسب حیوانی
ژلاتین که از اعضای بدن حیوانات از جمله استخوان تهیه میشود و قدرت چسبانندگی آن از چسبهای گیاهی بیشتر است و بیشتر در تهیه فیلم عکاسی و پوشش کپسول موارد دارویی مصرف دارد.
سرشیم حیوانی که مانند ژلاتین است ولی درصد خلوص گلوبین آن کم است و از استخوان ، پوست و یا شیر حیوانات تهیه میشود. و در نجاری ، کارتن سازی ، کبریت سازی ، تهیه کاغذ سمباده و غیره مصرف دارد.
لاک که در نجاری برای جلای سطح اشیای چوبی مصرف دارد و از نوعی حشره به نام ترمزدانه که در کشور هند فراوان است، به دست میآید.
چسب کانی
مانند فسفاتها و سیلیکاتهای قلیایی که در اتصال اشیای سرامیکی ، کوارتزی و شیشهای کاربرد دارند. و بر خلاف چسب های گیاهی و حیوانی در مقابل گرما و آب مقاوماند. از این رو از آنها در ساختن اجاقهای برقی و گازی و آجرهای نسوز استفاده میشود.
چسب سنتزی
الاستومرها : که شامل چسبهای کائوچویی مصنوعی است و در صنعت کشتی سازی و صنایع هواپیما سازی کاربرد دارند. مانند چسب لاستیک که محلول کائوچو در بنزین است و یا چسب «اوهو» و مشابه آن که از مشتقات وینیلی در حلالهایی نظیر استون و اسید استواستیک حاصل می شود، این نوع چسبها قدرت چسبانندگی همه چیز (غیر از لاستیک) را دارند. از این رو ، کاربردهای گوناگون و مهمی در صنعت ، تجارت و منازل پیدا کرده اند.
ترموپلاستها : که شامل پلی اکریل و سیانواکریلاتهااند که به «چسب فوری» معروفاند و اتصال محکم بین قطعات مختلف ایجاد میکند. (در حد چسبهای اپوکسی). برخی معتقدند که سیانواکریلات یک منومر فعال است که در مجاورت مختصر رطوبت موجود در هوا بصورت پلیمر در میآید. از این رو ، برای محیطهای خشک مناسب نیست.
چسب اپوکسی : که از تراکم دی فنیلو پروپان و اپیکلرهیدرین حاصل میشود. نوعی از آن در تجارت به نام چسب دوقلو متداول است که شامل دو قسمت است، یک قسمت ماده چسبدار ، و قسمت دیگر یک ماده کاتالیزور است که موجب تغییر در ماده چسبدار و عمل چسبانندگی آن میشود. قدرت چسبانندگی چسب اپوکسی فوقالعاده زیاد است و در هواپیما سازی ، ساختن اطاق خودروها ، و پل سازی و ... کاربرد دارد.
نوار چسبها : جنس این نوع نوارها ممکن است از پارچه ، کاغذ ، طلق ، و یا پلاستیک پلی کلرید وینیل (p.v.c) باشد که به چسبهایی مانند چسبهای کائوچویی و سرشیم آغشته شدهاند.
چسب بتونهای
بتونهها ، خمیرهای نرم و چسبناکیاند که به کندی در هوا خشک میشوند و برای پرکردن شکافها و منافذ ، بویژه در بخاری مصرف میشود. مهمترین انواع بتونهها عبارت است از :
بتونه شیشه : که از مخلوط پودر کربنات کلسیم و روغن کتان تهیه میشود و در هوا نسبتا به سرعت خشک و سخت میشود. اما پس از سخت شدن ، دوباره در روغن کتان به صورت خمیر نرم و قابل استفاده در میآید.
بتونه آبی : که در تهیه آکواریم مصرف دارد و از مخلوط کردن پودر اکسید سرب (Pbo) با روغن کتان بدست میآیند.
بتونه گلسیرین و اکسید سرب : از اختلاط اکسید سرب و گلسیرین تهیه میشود و در مقابل آب ، اسید و قلیا مقاوم است و پس از 45 دقیقه سفت میشود و برای بتونه کردن چوب ، شیشه ، چینی ، سرامیک و اشیای سنگی مصرف دارد.
گرد بتونه : که به صورت آرد سفید رنگی شامل چهار قسمت گچ پخته و یک قسمت صمغ عربی است و در موقع استفاده ، آن را در آب و یا محلول اسید بوریک به صورت خمیر در میآورند و با آن اشیای ظریف ساخته شده از سنگ سفید ، چینی ، و شاخ سفید را بتونه میکنند.
كلمات كليدي: رنگ، توليد رنگ، رنگ روغن، رنگ پلاستيكي، رنگ دانه، رنگ اتومبيل
رنگ در دنیای امروز نقش بسیار مهمی در پرورش ذوق و قرایح بشری و ارضای نیازهای زیبا شناختی وی ایفا می کند. بدین جهت است که احساس رنگ را به تعبیری حس هفتم می گویند.
انسان در پهنه تولید تزئین خانه ها ، پوشاک و حتی نوشابه ها در هنر ، نقاشی ، صنایع کشتیرانی و امور ارتباطات محصولات مصرفی در صنایع فضایی و خلاصه در همه شئونات با رنگ سر و کار دارد . بطور کلی از رنگ علاوه بر ایجاد زیبایی محیط جهت حفاظت اشیا در مقابل عوامل طبیعی و غیره استفاده می شود .
تاریخچه
سابقه استفاده از مواد رنگی توسط انسان به دوران غارنشینی می رسد. اولین کاربرد واقعی و عملی مواد رنگی را می توان در ساختن کشتی نوح مربوط دانست که برای جلوگیری از نفوذ آب و پوسیدگی آن از مواد رنگی استفاده شده بود. بعدها از مواد رنگی برای حفاظت چوب از پوسیدگی در بناهای چوبی و زمانی که استفاده از وسایل آهنی متداول شد. برای جلوگیری از زنگ زدن آنها استفاده می شد .
اجزای تشکیل دهنده رنگ ها
هر رنگ اصولا از دو قسمت اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:
رنگ دانه :
که ماده رنگی نامحلول در آن است ( خاک رس ناخالص رنگی و پودر برف از سنگهای رنگی به عنوان اولین رنگ دانه ها مورد استفاده انسان قرار می گرفتند ).
محمل رنگها:
مایعی است که با رنگ دانه مخلوط شده کاربرد آنرا آسان می کند و در چسبیدن آن کمک می کند ( از سفیده تخم مرغ چسب عسل محلول قند به عنوان محمل های رنگ استفاده می شد. امروزه متداول ترین محمل های رنگ دانه ها را آب یا روغن تشکیل می دهد. از اینرو رنگ ها را به دو دسته رنگهای روغنی و رنگهای آلی تقسیم می کنند.
انواع رنگ دانه ها
اکسید ها :
لیمونیت ( Fe2O3.2H2O ) برای تهیه رنگ قرمز مصرف می شود و یکی از قدیمی ترین رنگ دانه هاست.
هماتیت ( Fe2O3 ) برای تهیه رنگ قرمز روشن بکار می رود.
دی اکسید تیتان ( TiO2 ) برای تهیه رنگ سفید روشن و بسیار مرغوب که در هوا تیره نمی شود به کار می رود. معمولا آن را با سولفات باریم مخلوط می کنند.
ZnO که از مهم ترین رنگ دانه های سفید است و از تجزیه کربنات روی و یا سوزاندن فلز روی در هوا حاصل می شود.
سرنج ( Pb2O3 ) که رنگ سرخ یا قرمز تیره دارد و بیشتر برای پوشانیدن سطح قطعات فو لادی به منظور حفاظت آن ها از زنگ زدن ، کاربرد دارد.
سولفید روی و لیتوپن :
سولفید روی برای تهیه رنگ سفید مات مصرف می شود و از مزایای آن این است که بر خلاف سفید اب سرب در هوا سیاه نمی شود. این رنگ دانه معمولا در تجارت بصورت مخلوطی از سولفید روی و سولفات باریم به نام لیتوپن مصرف دارد که رنگ سفید بسیار مرغوب است.
سفید اب سرب :
این رنگ دانه عمدتا شامل Pb(OH)2 , pbCO3 که از قرن ها پیش شناخته شده بود . قدرت پوشش آن ها زیاد است ولی در هوا به علت وجود H2O به مرور سیاه می شود . برای تبدیل مجدد آن به رنگ سفید می توان از تاثیر پر اکسید هیدروژن بر آن استفاده کرد.
دوده چراغ و زغال استخوان :
یکی از اجزایی رنگ سیاه و مرکب است و برای تغییر رنگ سفید به میزان دلخواه نیز مصرف می شود.
رنگ دانه های فلزی :
مانند پودر آلومینیم در روغن جلا که که از آن برای حفاظت وسایل آهنی و فولادی استفاده می شود.
برنز آلومینیم ( آلیاژ AL,CU) در روغن جلا که از آن برای ایجاد رنگ بسیار زیبای طلایی برای دور قاب ها و ... استفاده می شود.
رنگ دانه های الوان :
رنگ دانه های آبی :
مهم ترین این این رنگ دانه ها آبی پروس و آبی نیلی یا لاجورد است. آبی پتروس که یکی از مهم ترین رنگ های آبی است . لاجورد نیز یکی از رنگ های آبی مرغوب است که از حرارت دادن مخلوط کائولین ، کربنات سدیم ، گوگرد و زغال سنگ در غیاب هوا حاصل می شود.
رنگ دانه های زرد :
مهم ترین این رنگ دانه ها کرومات روی و کرومات سرب است . از قطران زغال سنگ نیز رنگ دانه های الوانی بصورت نمک های نامحلول فلزات به دست می آید که در هیدروکسید آلومینین بصورت ژله می بندد. این ژله را پس از خشک کردن به صورت پودر با رنگ دانه های نظیر کربنات کلسیم و سیلسس مخلوط می کنند و در انواع رنگ های مورد نیاز به کار می برند.
رنگهای روغنی
در این نوع رنگها ، رنگ دانه را در یک روغن خشک شونده که استر گلیسیرین با اسیدهای چرب نظیر اسیدهای اولیک و یا لینولنیک می باشد حل می کنند. این روغنها در هوا اکسیده شده و به ترکیبات سیر شده تبدیل می شوند و لایهای سخت مقاوم و محافظ تشکیل می دهند که از نفوذ آب در رنگ دانه جلوگیری می کنند.
رقیق کننده :
برای رقیق کردن و سهولت کاربرد رنگ به کار می رود و معمولا یک حلال هیدرو کربنی نظیر ترپنتین است که به روغن تربانتین شهرت دارد.
خشک کننده :
یکی از اجزای رنگهای روغنی است که در حقیقت نقش کاتالیزور در تسریع اکسیداسیون و خشک شدن رنگ ها را دارد و معمولا مخلوطی از اکسید های سرب ، منگنز و کبالت در ( روغن بزرک )بصورت استر مصرف می شود.
رنگهای پلاستیکی
با اضافه کردن رزین های سنتزی نظیر رزین حاصل از فنل و فرمالدئید که خاصیت پلاستیکی دارد در روغن جلا رنگ های پلاستیکی حاصل می شود. این نوع رنگ ها به خاطر دوام و قابل شستشو بودن اهمیت و کاربردهای زیادی دارد.
رنگهای لعابی یا مات
با اضافه کردن رنگ هایی نظیر TiO2 به روغن جلا آن را به صورت مات درآورده و بعد برای مات کردن هر نوع رنگی به کار می رود .
رنگ اتومبیل
این نوع رنگ ها باید این ویژگی را داشته باشند که به سرعت در هوا خشک شوند. برای این منظور رنگ دانه را در حلال های آلی بسیار فرار نظیر استات آمیل ، استات اتیل یا استات بوتیل حل می کنند . برای رنگهای متالیک ( فلزی ) از رنگ دانه های فلزی استفاده می شود .
رنگهای محلول در آب
این نوع رنگ ها از معلق کردن رنگ دانه ها در آب مخلوط با یک چسب محلول در آب تهیه می شوند. از رنگهای روغنی ارزانترند و قابل شستشو نمی باشند .
|
