Συγκολλητικό, κάθε ουσία που είναι ικανή να συγκρατεί υλικά μαζί με λειτουργικό τρόπο με επιφανειακή προσκόλληση που αντιστέκεται στο διαχωρισμό. Το "συγκολλητικό" ως γενικός όρος περιλαμβάνει τσιμέντο, βλεννώδες, κόλλα και πάστα - όρους που χρησιμοποιούνται συχνά εναλλακτικά για οποιοδήποτε οργανικό υλικό που σχηματίζει κολλητικό δεσμό. Ανόργανες ουσίες όπως το τσιμέντο portland μπορούν επίσης να θεωρηθούν συγκολλητικές ουσίες, με την έννοια ότι συγκρατούν αντικείμενα όπως τούβλα και δοκάρια μαζί μέσω επιφανειακής προσκόλλησης, αλλά αυτό το άρθρο περιορίζεται σε μια συζήτηση οργανικών συγκολλητικών, φυσικών και συνθετικών.
Τα φυσικά συγκολλητικά είναι γνωστά από την αρχαιότητα. Αιγυπτιακά γλυπτά που χρονολογούνται από 3.300 χρόνια απεικονίζουν την κόλληση ενός λεπτού κομματιού καπλαμά σε αυτό που φαίνεται να είναι σανίδα. Ο πάπυρος, ένα πρώιμο μη υφασμένο ύφασμα, περιείχε ίνες από καλαμιές φυτά που συνδέονται με πάστα αλευριού. Η πίσσα, τα βήματα των δέντρων και το κερί μέλισσας χρησιμοποιήθηκαν ως σφραγιστικά (προστατευτικά επιχρίσματα) και κόλλες στην αρχαία και μεσαιωνική εποχή. Το χρυσό φύλλο των φωτισμένων χειρογράφων συνδέθηκε με χαρτί από ασπράδι αυγού και τα ξύλινα αντικείμενα συνδέθηκαν με κόλλες από ψάρια, κέρατα και τυριά. Η τεχνολογία των κολλών ζώων και ψαριών προχώρησε τον 18ο αιώνα, και τον 19ο αιώνα εισήχθησαν τσιμέντα με βάση το καουτσούκ και τη νιτροκυτταρίνη. Ωστόσο, η αποφασιστική πρόοδος στην τεχνολογία των συγκολλητικών ουσιών περίμενε τον 20ο αιώνα, οπότε βελτιώθηκαν οι φυσικές κόλλες και πολλά συνθετικά βγήκαν από το εργαστήριο για να αντικαταστήσουν τις φυσικές κόλλες στην αγορά. Η ραγδαία ανάπτυξη των αεροσκαφών και της αεροδιαστημικής βιομηχανίας κατά το δεύτερο μισό του 20ού αιώνα είχε σημαντικό αντίκτυπο στην τεχνολογία κόλλας. Η ζήτηση για κόλλες που είχαν υψηλό βαθμό δομικής αντοχής και ήταν ανθεκτικές τόσο στην κόπωση όσο και στις σοβαρές περιβαλλοντικές συνθήκες οδήγησαν στην ανάπτυξη υλικών υψηλής απόδοσης, τα οποία τελικά εισήλθαν σε πολλές βιομηχανικές και οικιακές εφαρμογές.
Αυτό το άρθρο ξεκινά με μια σύντομη εξήγηση των αρχών της προσκόλλησης και στη συνέχεια προχωρά σε μια ανασκόπηση των κύριων κατηγοριών φυσικών και συνθετικών συγκολλητικών.
Προσκόλληση
Κατά την απόδοση των συγκολλητικών αρμών, οι φυσικές και χημικές ιδιότητες της κόλλας είναι οι πιο σημαντικοί παράγοντες. Επίσης σημαντικό για τον προσδιορισμό του κατά πόσον η κολλητική ένωση θα αποδίδει επαρκώς είναι οι τύποι προσκολλητικών (δηλαδή, τα συστατικά που ενώνονται - π.χ., κράμα μετάλλου, πλαστικό, σύνθετο υλικό) και η φύση της προεπεξεργασίας επιφανείας ή αστάρι. Αυτοί οι τρεις παράγοντες - κόλλα, προσκόλληση και επιφάνεια - έχουν αντίκτυπο στη διάρκεια ζωής της συνδεδεμένης δομής. Η μηχανική συμπεριφορά της συνδεδεμένης δομής με τη σειρά της επηρεάζεται από τις λεπτομέρειες του συνδέσμου και από τον τρόπο με τον οποίο τα εφαρμοζόμενα φορτία μεταφέρονται από το ένα προσκολλημένο στο άλλο.
Σημασία στον σχηματισμό ενός αποδεκτού συγκολλητικού δεσμού είναι η ικανότητα της κόλλας να διαβρέχεται και να απλώνεται στα προσκολλημένα μέρη. Η επίτευξη μιας τέτοιας διεπιφανειακής μοριακής επαφής είναι ένα απαραίτητο πρώτο βήμα για το σχηματισμό ισχυρών και σταθερών συγκολλητικών αρμών. Μόλις επιτευχθεί διαβροχή, δημιουργούνται εγγενείς δυνάμεις συγκολλητικού στην διεπαφή μέσω ενός αριθμού μηχανισμών. Η ακριβής φύση αυτών των μηχανισμών υπήρξε αντικείμενο φυσικής και χημικής μελέτης τουλάχιστον από τη δεκαετία του 1960, με αποτέλεσμα να υπάρχουν πολλές θεωρίες προσκόλλησης. Ο κύριος μηχανισμός προσκόλλησης εξηγείται από τη θεωρία προσρόφησης, η οποία δηλώνει ότι οι ουσίες κολλούν κυρίως λόγω της στενής διαμοριακής επαφής. Στις συγκολλητικές αρθρώσεις αυτή η επαφή επιτυγχάνεται με διαμοριακές δυνάμεις ή δυνάμεις σθένους που ασκούνται από μόρια στα επιφανειακά στρώματα της κόλλας και της προσκόλλησης.
Εκτός από την προσρόφηση, έχουν προταθεί τέσσερις άλλοι μηχανισμοί πρόσφυσης. Η πρώτη, μηχανική σύμπλεξη, συμβαίνει όταν η κόλλα ρέει σε πόρους στην προσκολλημένη επιφάνεια ή γύρω από προεξοχές στην επιφάνεια. Η δεύτερη, διάχυση, προκύπτει όταν η υγρή κόλλα διαλύεται και διαχέεται σε συγκολλητικά υλικά. Στον τρίτο μηχανισμό, την προσρόφηση και την επιφανειακή αντίδραση, η συγκόλληση συμβαίνει όταν τα συγκολλητικά μόρια προσροφώνται σε μια στερεή επιφάνεια και αντιδρούν χημικά με αυτήν. Λόγω της χημικής αντίδρασης, αυτή η διαδικασία διαφέρει σε κάποιο βαθμό από την απλή προσρόφηση, που περιγράφεται παραπάνω, αν και ορισμένοι ερευνητές θεωρούν ότι η χημική αντίδραση είναι μέρος μιας διαδικασίας ολικής προσρόφησης και όχι ενός ξεχωριστού μηχανισμού πρόσφυσης. Τέλος, η ηλεκτρονική ή ηλεκτροστατική θεωρία έλξης υποδηλώνει ότι οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις αναπτύσσονται σε μια διεπαφή μεταξύ υλικών με διαφορετικές δομές ηλεκτρονικής ζώνης. Γενικά, περισσότεροι από έναν από αυτούς τους μηχανισμούς παίζουν ρόλο στην επίτευξη του επιθυμητού επιπέδου πρόσφυσης για διάφορους τύπους κόλλας και προσκόλλησης.
Κατά το σχηματισμό ενός συγκολλητικού δεσμού, προκύπτει μια μεταβατική ζώνη στη διεπαφή μεταξύ προσκόλλησης και κόλλας. Σε αυτήν τη ζώνη, που ονομάζεται ενδιάμεση φάση, οι χημικές και φυσικές ιδιότητες του συγκολλητικού μπορεί να διαφέρουν σημαντικά από εκείνες στα τμήματα που δεν έρχονται σε επαφή. Πιστεύεται γενικά ότι η σύνθεση ενδιάμεσης φάσης ελέγχει την ανθεκτικότητα και την αντοχή μιας κολλητικής άρθρωσης και είναι πρωτίστως υπεύθυνη για τη μεταφορά πίεσης από το ένα κολλητό στο άλλο. Η ενδιάμεση περιοχή είναι συχνά ο τόπος περιβαλλοντικής επίθεσης, που οδηγεί σε αποτυχία των αρθρώσεων.
Η αντοχή των συγκολλητικών δεσμών καθορίζεται συνήθως από καταστρεπτικές δοκιμές, οι οποίες μετρούν τις τάσεις που δημιουργούνται στο σημείο ή τη γραμμή θραύσης του δοκιμίου. Χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι δοκιμής, συμπεριλαμβανομένων των δοκιμών φλούδας, διάτμησης, εφελκυσμού και κόπωσης. Αυτές οι δοκιμές πραγματοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και υπό διάφορες περιβαλλοντικές συνθήκες. Μια εναλλακτική μέθοδος χαρακτηρισμού μιας κολλητικής άρθρωσης είναι ο προσδιορισμός της ενέργειας που δαπανάται για τη διάσπαση μιας μονάδας περιοχής της ενδιάμεσης φάσης. Τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τέτοιους υπολογισμούς ενέργειας είναι, κατ 'αρχήν, ισοδύναμα με αυτά που προκύπτουν από την ανάλυση πίεσης.
Συγκολλητικά υλικά
Σχεδόν όλα τα συνθετικά συγκολλητικά και ορισμένα φυσικά συγκολλητικά αποτελούνται από πολυμερή, τα οποία είναι γιγαντιαία μόρια ή μακρομόρια, που σχηματίζονται από τη σύνδεση χιλιάδων απλούστερων μορίων γνωστών ως μονομερών. Ο σχηματισμός του πολυμερούς (μια χημική αντίδραση γνωστή ως πολυμερισμός) μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια ενός βήματος «σκλήρυνσης», στο οποίο ο πολυμερισμός λαμβάνει χώρα ταυτόχρονα με σχηματισμό κολλητικών δεσμών (όπως συμβαίνει με τις εποξικές ρητίνες και τα κυανοακρυλικά), ή το πολυμερές μπορεί να είναι σχηματίστηκε πριν το υλικό εφαρμοστεί ως συγκολλητικό, όπως και με θερμοπλαστικά ελαστομερή όπως συμπολυμερή στυρολίου-ισοπρενίου-στυρολίου. Τα πολυμερή προσδίδουν δύναμη, ευελιξία και ικανότητα εξάπλωσης και αλληλεπίδρασης σε μια προσκολλημένη επιφάνεια - ιδιότητες που απαιτούνται για το σχηματισμό αποδεκτών επιπέδων πρόσφυσης.
Φυσικές κόλλες
Τα φυσικά συγκολλητικά είναι κυρίως ζωικής ή φυτικής προέλευσης. Αν και η ζήτηση για φυσικά προϊόντα έχει μειωθεί από τα μέσα του 20ού αιώνα, ορισμένα από αυτά εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται με προϊόντα ξύλου και χαρτιού, ιδίως σε κυματοειδείς πίνακες, φακέλους, ετικέτες μπουκαλιών, βιβλιοδεσίες, χαρτοκιβώτια, έπιπλα και πλαστικοποιημένες μεμβράνες και φύλλα. Επιπλέον, λόγω διαφόρων περιβαλλοντικών κανονισμών, οι φυσικές κόλλες που προέρχονται από ανανεώσιμες πηγές λαμβάνουν νέα προσοχή. Τα πιο σημαντικά φυσικά προϊόντα περιγράφονται παρακάτω.
Κόλλα ζώων
Ο όρος ζωική κόλλα συνήθως περιορίζεται σε κόλλες που παρασκευάζονται από κολλαγόνο θηλαστικών, το κύριο συστατικό πρωτεΐνης του δέρματος, των οστών και των μυών. Όταν υποβάλλεται σε επεξεργασία με οξέα, αλκάλια ή ζεστό νερό, το κανονικά αδιάλυτο κολλαγόνο γίνεται αργά διαλυτό. Εάν η αρχική πρωτεΐνη είναι καθαρή και η διαδικασία μετατροπής είναι ήπια, το προϊόν υψηλού μοριακού βάρους ονομάζεται ζελατίνη και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τρόφιμα ή φωτογραφικά προϊόντα. Το υλικό χαμηλότερου μοριακού βάρους που παράγεται με πιο έντονη επεξεργασία είναι συνήθως λιγότερο καθαρό και πιο σκούρο χρώμα και ονομάζεται ζωική κόλλα.
Η κόλλα των ζώων παραδοσιακά έχει χρησιμοποιηθεί σε ξύλο, βιβλιοδεσία βιβλίων, κατασκευή γυαλόχαρτου, βαριές ταινίες και παρόμοιες εφαρμογές. Παρά το πλεονέκτημα της υψηλής αρχικής πρόσφυσης (κολλώδης), πολλή ζωική κόλλα έχει τροποποιηθεί ή αντικατασταθεί εξ ολοκλήρου από συνθετικές κόλλες.
Κόλλα καζεΐνης
Αυτό το προϊόν παρασκευάζεται με διάλυση της καζεΐνης, μιας πρωτεΐνης που λαμβάνεται από γάλα, σε έναν υδατικό αλκαλικό διαλύτη. Ο βαθμός και ο τύπος των αλκαλίων επηρεάζουν τη συμπεριφορά των προϊόντων. Στην συγκόλληση ξύλου, οι κόλλες καζεΐνης είναι γενικά ανώτερες από τις αληθινές ζωικές κόλλες στην αντοχή στην υγρασία και στα χαρακτηριστικά γήρανσης. Η καζεΐνη χρησιμοποιείται επίσης για να βελτιώσει τα προσκολλητικά χαρακτηριστικά των χρωμάτων και των επιχρισμάτων.
Κόλλα λευκώματος αίματος
Η κόλλα αυτού του τύπου κατασκευάζεται από αλβουμίνη ορού, ένα συστατικό αίματος που λαμβάνεται είτε από φρέσκο αίμα ζώου είτε από ξηρή διαλυτή σκόνη αίματος στην οποία έχει προστεθεί νερό. Η προσθήκη αλκαλίων σε μίγματα αλβουμίνης-νερού βελτιώνει τις συγκολλητικές ιδιότητες. Μια σημαντική ποσότητα προϊόντων κόλλας από αίμα χρησιμοποιείται στη βιομηχανία κόντρα πλακέ.
Άμυλο και δεξτρίνη
Το άμυλο και η δεξτρίνη εξάγονται από καλαμπόκι, σιτάρι, πατάτες ή ρύζι. Αποτελούν τους κύριους τύπους φυτικών συγκολλητικών, τα οποία είναι διαλυτά ή διασπειρόμενα στο νερό και λαμβάνονται από φυτικές πηγές σε όλο τον κόσμο. Κόλλες αμύλου και δεξτρίνης χρησιμοποιούνται σε κυματοειδές χαρτόνι και συσκευασία και ως κόλλα ταπετσαρίας.
