Lepidlo, jakákoli látka, která je schopna funkčně držet materiály pohromadě povrchovým připojením, které odolává separaci. „Adhezivum“ jako obecný termín zahrnuje cement, sliz, lepidlo a pastu - termíny, které se často používají zaměnitelně pro jakýkoli organický materiál, který tvoří adhezivní vazbu. Anorganické látky, jako je portlandský cement, lze také považovat za adheziva v tom smyslu, že drží povrchy jako cihly a nosníky pohromadě prostřednictvím povrchového připojení, ale tento článek je omezen na diskusi o organických adhezivech, přírodních i syntetických.
Přírodní adheziva jsou známá již od starověku. Egyptské řezby pocházející z 3 300 let zobrazují lepení tenkého kusu dýhy na to, co se zdá být prkna z javoru. Papyrus, raná netkaná textilie, obsahoval vlákna rostlin rákosů spojených s moukovou pastou. Asfalt, smola stromů a včelí vosk byly používány jako tmely (ochranné povlaky) a lepidla ve starověku a středověku. Zlatý list osvětlených rukopisů byl slepen k papíru vaječnou bílou a dřevěné předměty byly spojeny lepidly z ryb, rohoviny a sýra. Technologie živočišných a rybích lepidel pokročila v 18. století a v 19. století byly zavedeny cementy na bázi gumy a nitrocelulózy. Rozhodující pokroky v technologii lepidel však čekaly na 20. století, během kterého se zlepšila přírodní lepidla a z laboratoře vyšlo mnoho syntetických materiálů, které nahradily přírodní lepidla na trhu. Rychlý růst leteckého a leteckého průmyslu v druhé polovině 20. století měl výrazný dopad na technologii lepidel. Poptávka po lepidlech, která měla vysoký stupeň strukturální pevnosti a byla odolná vůči únavě i náročným podmínkám prostředí, vedla k vývoji vysoce výkonných materiálů, které nakonec našly cestu do mnoha průmyslových a domácích aplikací.
Tento článek začíná stručným vysvětlením principů přilnavosti a poté přehodnocuje hlavní třídy přírodních a syntetických lepidel.
Přilnavost
Při provádění lepených spojů jsou nejdůležitějšími faktory fyzikální a chemické vlastnosti lepidla. Při určování, zda bude adhezivní spoj přiměřeně fungovat, jsou také důležité typy přilnavosti (tj. Spojované součásti - např. Kovová slitina, plast, kompozitní materiál) a povaha předúpravy povrchu nebo základního nátěru. Tyto tři faktory - adhezivní, přilnavé a povrchové - mají vliv na životnost lepené struktury. Mechanické chování pojené struktury je zase ovlivněno detaily konstrukce spoje a způsobem, jakým jsou přenášená zatížení přenášena z jednoho na druhého.
Při tvorbě přijatelné adhezivní vazby je implicitně schopnost adheziva navlhčit a rozprostřít se na spojovaných spojích. Dosažení takového mezifázového molekulárního kontaktu je nezbytným prvním krokem při tvorbě silných a stabilních adhezních kloubů. Jakmile je dosaženo zvlhčení, jsou prostřednictvím rozhraní vytvořeny prostřednictvím rozhraní mechanismy vnitřní adhezivní síly. Přesná povaha těchto mechanismů je předmětem fyzikální a chemické studie od nejméně šedesátých let, což má za následek, že existuje řada teorií adheze. Hlavní mechanismus adheze je vysvětlen adsorpční teorií, která uvádí, že látky se drží především kvůli intimnímu mezimolekulárnímu kontaktu. V adhezivních spojích je tohoto kontaktu dosaženo mezimolekulárními nebo valenčními silami, které působí molekuly v povrchových vrstvách adheziva a ulpívají.
Kromě adsorpce byly navrženy další čtyři mechanismy adheze. První mechanické blokování nastává, když lepidlo proudí do pórů v přilnavém povrchu nebo kolem výstupků na povrchu. Druhá interdifúze vede k rozpuštění kapalného lepidla a jeho rozptýlení do přilnavých materiálů. Ve třetím mechanismu, adsorpci a povrchové reakci, dochází k vazbě, když se adhezivní molekuly adsorbují na pevný povrch a chemicky s ním reagují. Kvůli chemické reakci se tento proces do jisté míry liší od jednoduché adsorpce, jak je popsáno výše, ačkoli někteří vědci považují chemickou reakci za součást celkového adsorpčního procesu a nikoli za samostatný adhezivní mechanismus. Konečně, elektronická nebo elektrostatická teorie přitažlivosti naznačuje, že elektrostatické síly se vyvíjejí na rozhraní mezi materiály s odlišnými strukturami elektronických pásem. Obecně více než jeden z těchto mechanismů hraje roli při dosažení požadované úrovně adheze pro různé typy adheziv a adherendů.
Při vytváření adhezivní vazby vzniká přechodová zóna na rozhraní mezi adherendem a adhezivem. V této zóně, nazývané mezifáze, se chemické a fyzikální vlastnosti lepidla mohou výrazně lišit od vlastností v nekontaktních částech. Obecně se předpokládá, že mezifázová kompozice řídí trvanlivost a pevnost adhezivního spoje a je primárně zodpovědná za přenos napětí z jednoho adherendu na druhého. Interfázová oblast je často místem útoku na životní prostředí, což vede k selhání kloubů.
Pevnost lepených spojů se obvykle stanoví destruktivními zkouškami, které měří napětí vzniklá v bodě nebo linii lomu zkušebního kusu. Používají se různé testovací metody, včetně testů odlupování, tahu ve střihu, štěpení a únavy. Tyto zkoušky se provádějí v širokém rozmezí teplot a za různých okolních podmínek. Alternativní metoda charakterizace adhezivního kloubu je stanovením energie vynaložené při štěpení jednotky jednotky mezifáze. Závěry odvozené z těchto výpočtů energie jsou v zásadě zcela rovnocenné závěrům odvozeným z analýzy napětí.
Lepicí materiály
Prakticky všechna syntetická adheziva a určitá přírodní adheziva jsou složena z polymerů, což jsou obří molekuly nebo makromolekuly vytvořené spojením tisíců jednodušších molekul známých jako monomery. K tvorbě polymeru (chemická reakce známá jako polymerace) může dojít během „vytvrzovacího“ kroku, ve kterém polymerace probíhá současně s tvorbou adhezív-vazby (jako je tomu u epoxidových pryskyřic a kyanoakrylátů), nebo může být polymer vytvořený před nanesením materiálu jako adheziva, jako u termoplastických elastomerů, jako jsou blokové kopolymery styren-isopren-styren. Polymery propůjčují pevnost, flexibilitu a schopnost se šířit a interagovat na přilnavém povrchu - vlastnosti, které jsou potřebné pro vytvoření přijatelné úrovně adheze.
Přírodní lepidla
Přírodní lepidla jsou primárně živočišného nebo rostlinného původu. Ačkoli poptávka po přírodních produktech klesla od poloviny 20. století, některé z nich se nadále používají u výrobků ze dřeva a papíru, zejména u vlnité lepenky, obálek, etiket na láhve, knižních vazeb, kartonů, nábytku a laminovaných fólií a fólií. Kromě toho se díky různým předpisům v oblasti životního prostředí obnovená pozornost věnuje přírodním lepidlům získaným z obnovitelných zdrojů. Nejdůležitější přírodní produkty jsou popsány níže.
Živočišné lepidlo
Termín zvířecí lepidlo je obvykle omezeno na lepidla připravená z kolagenu savců, hlavní proteinové složky kůže, kosti a svalu. Při zpracování kyselinami, zásadami nebo horkou vodou se normálně nerozpustný kolagen pomalu stává rozpustným. Pokud je původní protein čistý a proces přeměny je mírný, produkt s vysokou molekulovou hmotností se nazývá želatina a může být použit pro potraviny nebo fotografické výrobky. Materiál s nižší molekulovou hmotností produkovaný intenzivnějším zpracováním je obvykle méně čistý a tmavší, a nazývá se zvířecí lepidlo.
Živočišné lepidlo se tradičně používá ve spojování dřeva, knihářství, výrobě brusného papíru, těžkých lepicích pásek a podobných aplikacích. Přes svou výhodu vysoké počáteční lepivosti (lepivosti) bylo mnoho živočišných lepidel modifikováno nebo zcela nahrazeno syntetickými lepidly.
Kaseinové lepidlo
Tento produkt se vyrábí rozpuštěním kaseinu, proteinu získaného z mléka, ve vodném alkalickém rozpouštědle. Stupeň a typ zásad ovlivňuje chování produktu. Při lepení dřeva jsou kaseinová lepidla obecně lepší než skutečná živočišná lepidla, pokud jde o odolnost proti vlhkosti a stárnutí. Kasein se také používá ke zlepšení přilnavosti barev a nátěrů.
Krevní albumenové lepidlo
Lepidlo tohoto typu je vyrobeno ze sérového albuminu, složky krve, kterou lze získat buď z čerstvé živočišné krve, nebo ze sušeného rozpustného krevního prášku, do kterého byla přidána voda. Přidání zásady do směsí albumen-voda zlepšuje adhezivní vlastnosti. V odvětví překližky se používá značné množství lepidlových produktů z krve.
Škrob a dextrin
Škrob a dextrin se extrahují z kukuřice, pšenice, brambor nebo rýže. Představují hlavní typy rostlinných lepidel, která jsou rozpustná nebo dispergovatelná ve vodě a získávají se z rostlinných zdrojů po celém světě. Klihy ze škrobu a dextrinu se používají v vlnité lepence a obalech a jako lepidlo na tapety.
