Ada bidang pengetahuan yang "tidak dapat diukur dengan arshin umum ...". Pada prinsipnya, di bidang "rumah" saya, kimia koloid, di bawah arahan ini, Anda dapat dengan aman meletakkan konsep dasar, baik itu adsorpsi (dengan adsorben) atau adhesi (dengan perekat). Jujur, saya tidak punya ide untuk menulis tentang lem. Tetapi ketika pembaca dalam setiap topik yang berkaitan dengan polimer mulai bertanya untuk bercerita tentang perekat - Anda akan tanpa sadar memikirkannya (ya, tentu saja, saya ingin menangkis "segala sesuatu harus dilem dengan superglue"). Adhesi dan perekat adalah topik yang sangat luas, jadi saya masih memutuskan untuk mengatasinya, tetapi memecah cerita menjadi beberapa bagian. Hari ini, bagian pertama adalah bagian informasi pengantar. Untuk mengetahui bagaimana lem merekat, perekat apa dan lem mana yang paling cocok untuk mengikat _____ (masukkan apa yang Anda butuhkan), kami biasanya memotongnya (dan meletakkannya di bookmark).
Sebelum memulai kisah saya, saya ingin membuat dedikasi-penyimpangan kecil:
Ahli Kimia Koloid MemoriKepala praktik kelulusan saya suka menanggapi serangan rekan-rekan saya "tidak ada siswa yang masuk akal sekarang ..." dengan ungkapan "tidak ada siswa yang buruk, ada seorang guru yang mengambil tempatnya sendiri". Semakin banyak, saya menemukan diri saya setuju dengan frasa ini. Siswa merasakan ketulusan dan penguasaan di bidang studi dan “memilih” dengan rasa hormat dan kehadiran.
Ilmu Belarusia, setelah jatuhnya Uni Soviet, umumnya menjadi sesuatu dalam dirinya sendiri, aneh dan kadang-kadang bahkan liar. Tidak mengherankan bahwa banyak akademisi Belarusia, sebagai suatu peraturan, "dikenal luas di kalangan sempit", orang-orang non-publik, dll. Meskipun pekerjaan itu menarik. Tetapi lebih sering, keringkan informasi biografi tentang beberapa tata letak buatan sendiri dari situs html institut bahkan tidak dapat memberi tahu siapa orang itu. Jadi dokter ilmu kimia, profesor
Thomas Fomich Mozheiko adalah seorang yang istimewa. Tanpa kesopanan palsu, kita dapat mengatakan bahwa seluruh Soligorsk Klondike dibangun dengan bantuan tangannya dan kepala yang cerah. Saya memiliki kesempatan untuk bertemu orang ini untuk pertama kalinya ketika melewati kandidat minimum dalam kimia koloid, setelah itu kami mulai berkomunikasi secara dekat, dengan ramah. Mengingat bahwa mahasiswa pascasarjana di lembaga penelitian kami menantang "tidak mungkin", ini mengesankan saya ... dan, mungkin, berkat pertemuan dengan kakek ini yang dapat menjelaskan secara singkat esensi dari proses yang paling rumit dan meyakinkan bahwa area umum kami - ratu kimia, saya sedang menulis artikel kimia tentang Habr sekarang, dan saya tidak menggosok celana saya untuk pengembangan atau pengujian ... Jadi, sejujurnya, semua artikel dari subjek koloid harus dengan komentar "untuk mengenang F.F. Mozheiko, ”karena lelaki inilah yang merupakan salah satu dari Guru saya. Memori yang cerah untuk Anda, F.F.!
Lem telah digunakan oleh manusia sejak zaman kuno, dapat dianggap bahwa begitu seorang pria primitif menempelkan ujung silikon tombaknya ke tiang dengan bitumen atau getah pinus, hitungan mundur praktik perekatan dimulai. Di zaman kuno, segala sesuatu yang datang ke tangan digunakan sebagai lem. Paling sering, produk-produk asal hewan digunakan yang memiliki sifat lengket pada awalnya (sisik ikan, urat hewan, dll. Zat, setelah perlakuan panas). Perlu dicatat bahwa ada area di mana perekat organik masih digunakan secara aktif. Lem joiner, lem kasein, pasta wallpaper. Terlepas dari banyaknya sintetis (= perekat kimia), opsi ini masih teratur dan dengan kuat menempati ceruk perekat ramah lingkungan dan murah. Omong-omong, banyak perekat modern disebut resin sintetis hanya untuk menghormati fakta bahwa resin (zat perekat yang ditemukan dalam pinus dan tanaman lain) adalah salah satu perekat yang banyak digunakan pertama kali.
Seluruh konsep ikatan bertumpu pada dua fenomena dasar kimia koloidal -
adhesi dan kohesi (oke, tiga, masih tegangan permukaan).
Adhesi (dari adhaesio - sticking Latin) dalam fisika adalah adhesi permukaan padatan dan / atau cairan yang berbeda. Adhesi disebabkan oleh interaksi antarmolekul pada lapisan permukaan dan ditandai dengan pekerjaan khusus yang diperlukan untuk memisahkan permukaan.
Terkait dengan bunyi dan makna adhesi adalah konsep kohesi, yang terkadang membingungkan sebagian orang.
Jangan bingung adhesi dengan kohesi... yang merupakan alasan keberadaan benda-benda dalam keadaan di mana kita terbiasa melihatnya (yaitu dalam bentuk potongan, tetesan, dll., dan tidak tersebar di seluruh molekul). Fenomena ini disebut
kohesi :
Kohesi (ind. Kohesi dari lat. Cohaesus - "terhubung", "terkait") - hubungan antara molekul yang sama (atom, ion) di dalam tubuh dalam fase yang sama. Kohesi mencirikan kekuatan tubuh dan kemampuannya untuk menahan pengaruh luar. Kohesi adalah suatu tindakan atau sifat saling tarik-menarik molekul identik. Ini adalah sifat internal suatu zat karena bentuk atau struktur molekulnya, menyebabkan perubahan dalam distribusi elektron molekul ketika mereka saling mendekati, menciptakan daya tarik listrik yang dapat membentuk struktur mikroskopis.
Perbedaan antara konsep-konsep dasar kimia koloid ini paling baik ditunjukkan oleh contoh tetesan air yang terbentuk pada panel jendela saat hujan.
Gambar tersebut menunjukkan konfrontasi "elemen-elemen", yang masing-masing terlibat dalam bisnisnya sendiri membentuk gambaran dunia kita yang biasa. Bentuk drop memberikan
tegangan permukaan . Gaya gravitasi (gravitasi) - menarik jatuh ke bawah, tiriskan dari kaca. Kekuatan yang tak terhindarkan ini diperjuangkan bersama oleh kekuatan adhesi dan kohesi. Kohesi adalah yang pertama memanifestasikan dirinya, karena sudah terjadi di setetes air. Molekul-molekul tetangga saling menempel dan membentuk tetesan air, yang kemudian digeserkan ke kaca. Kohesi mengikat molekul tunggal menjadi ansambel. Tapi adhesi menempelkan ansambel dalam bentuk tetesan ke kaca, membuat mereka memegang kaca, "menarik ke atas", memaksa mereka untuk menahan gerakan karena beratnya sendiri. Selain itu, kohesi lebih kuat dari adhesi, jika tidak tetes tidak akan bisa terbentuk, yaitu air hujan hanya akan menyebar merata di atas kaca, membentuk semacam lapisan minyak di atas air. Ngomong-ngomong, dengan hati-hati mengamati gelas selama hujan, Anda bisa melihat bahwa tetesan-tetesan itu bergulir di "jalur air" yang sudah ada. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa tetesan air yang jatuh karena kekuatan kohesi mencoba menempel pada air yang sudah ada, dan bukan ke gelas. By the way, jalur yang disebutkan terbentuk karena fakta bahwa ketika tetesan jatuh di jendela, molekul air terlepas dari tetesan yang lewat dan ditangkap oleh kaca.
Apa hubungannya semua ini dengan perekat? Dan yang paling langsung. Adhesi dan kohesi adalah faktor aktif utama dalam perekat. Misalkan Anda ingin menghubungkan dua potong kayu, A dan B, menggunakan lem B. Di sini Anda membutuhkan tiga gaya yang berbeda: gaya adhesi yang dapat menahan gaya adhesi A dan B + yang menahan gaya adhesi B dan B + yang menahan perekat B.
Jika semuanya jelas dengan dua kekuatan pertama, maka saya akan memberikan sedikit penjelasan tentang yang terakhir. Contoh terbaik adalah dua potong roti yang direkatkan dengan selai atau selai. Jam adalah lem alami klasik (saya akan mengatakan beberapa kata tentang itu nanti) yang terbuat dari gula dan air. Apalagi itu cukup efektif. Saat menggunakan roti (atau kerupuk) yang cukup kuat dan selai "ibu" yang tepat, cukup realistis untuk menyatukan dua potong, melumasi hanya satu sudut. Selai yang baik memiliki kekuatan kohesi internal yang cukup kuat (oleh karena itu, sulit untuk menariknya keluar dari kaleng, terutama pir), tetapi juga adhesi ke permukaan lain sangat baik. Oleh karena itu, sulit untuk memecahkan sandwich yang direkatkan tanpa merusak roti (ternyata roti paling sering jika Anda memindahkan lapisan ke samping, dan tidak menerapkan kekuatan secara tegak lurus). Tetapi jika selai “memiliki inti kohesif batiniah yang lemah”, maka tidak masalah seberapa baik selai itu menempel pada roti. Dua bagian tidak akan bisa bersatu dan akan berantakan di bawah pengaruh gravitasi.
Contoh antagonis lain: air dan sepotong besi. Baik itu dan objek lainnya - dalam kondisi normal sangat tidak cocok untuk menempel, tetapi karena berbagai alasan. Air - karena gaya rekat tinggi dan melekat dengan baik pada permukaan apa pun, tetapi karena gaya kohesif yang sangat lemah, permukaan ini tidak terikat dengan baik dan mudah dipisahkan. Dalam sepotong besi, sebaliknya, ada interaksi kohesif yang sangat kuat (bertanggung jawab untuk ikatan atom), apalagi, itu sangat "sesuatu dalam dirinya sendiri" sehingga hampir tidak mungkin untuk mencapai adhesi ke bahan eksternal lain dari itu. Tes untuk kekuatan kohesif internal mungkin kemungkinan membagi bahan menjadi beberapa bagian. "Sepotong" air dapat dengan mudah dipisahkan dari massa total dengan jari / sendok, dll., Dan mencoba untuk memisahkan sepotong besi cor dengan jari Anda :).
Dari uraian di atas, kesimpulannya adalah bahwa dalam sifat lem, kekuatan utama kohesi adalah yang utama, dan dalam sifat ikatan adalah kekuatan adhesi. Karena perekat, sebagai suatu peraturan, adalah zat yang agak spesifik, efektivitas banyak yang telah diuji oleh pengalaman banyak generasi, saya akan fokus pada fenomena adhesi (omong-omong, perekat, bisa juga disebut perekat). Sampai saat ini, beberapa teori bersaing / pelengkap yang berbeda telah dikembangkan yang mencoba menjelaskan penampilan fenomena adhesi:
Meskipun banyak peralatan, masih belum ada jawaban tunggal untuk pertanyaan "apa yang membuat lem menempel?" Tetapi ini tidak begitu mengejutkan ketika Anda mempertimbangkan berapa banyak jenis lem yang berbeda dan berapa banyak cara yang berbeda untuk menggunakannya. Dipercaya bahwa untuk setiap lem individu dan untuk setiap permukaan individu yang digunakan, ada kombinasi individu dari berbagai faktor yang menyatukan benda-benda ini. Proses mempelajari proses perekatan berlanjut hari ini, karena bahkan di abad ke-21, ketika "pesawat ruang angkasa berkerut ...", kita masih tidak sepenuhnya memahami apa yang menyebabkan zat saling menempel. Karena itu, kita harus beroperasi dengan asumsi dan generalisasi. Menimbang bahwa, ternyata ada empat mekanisme ikatan utama yang mungkin: melalui adsorpsi, chemisorpsi, perlekatan mekanis, dan difusi.
Adsorpsi adalah efek dari adhesi permukaan satu sama lain karena gaya tarik ultra-kecil (kekuatan Van der Waals (omong-omong, pembaca
cck7777 menyebutkan bahwa akan lebih tepat untuk mengatakan "fan der" seperti dalam
de Nederlandse taal ), nama yang umum untuk semua orang kekuatan antar molekul). Selain itu, gaya-gaya ini dibagi lagi menjadi gaya interaksi elektrostatik (
gaya Kizom yang timbul antara dipol molekul konstan), gaya polarisasi (
gaya intermolekuler Debye antara dipol konstan dan terinduksi) dan
gaya interaksi dispersi (
gaya London antara dipol yang diinduksi secara instan). Dipol = dua muatan, sama besarnya dan berlawanan dalam tanda, terletak pada jarak satu sama lain, sangat kecil dibandingkan jarak ke titik pengamatan. Nah, lalu "tertarik-berlawanan, dll.". Pada ini, semua elektrostatik bersandar (dan dengan itu semua perekat). Kekuatan interaksi antarmolekul muncul ketika partisipan (atom dan molekul) berada pada jarak yang sangat dekat (kurang dari 1 nm).
Saat mengoleskan lem, permukaan bagian yang akan dilem dibasahi dan benda saling menempel. Agar perekat dapat berfungsi, permukaan harus dikurangi sebanyak mungkin (agar perekat menyebar ke permukaan) dan perekat harus didistribusikan secara merata dengan lapisan tipis. Bahkan, proses ini mengingatkan pada kepatuhan jutaan magnet mikroskopis (yang termasuk molekul perekat dan molekul bahan yang akan diikat).
Sebuah komentar kecil pada permukaan yang sangat halusArtefak perekat yang menarik dapat dianggap sebagai
tokek . Ini adalah kadal yang dapat dengan mudah bergerak di berbagai permukaan vertikal (dalam istilah luar biasa "seperti manusia laba-laba"). Bahkan Aristoteles menikmati pikiran kosong tentang penyebab fenomena ini. Ilmuwan modern telah mempelajari masalah ini sejak lama, secara bertahap membuang teori vakum (= tongkat karena perbedaan tekanan), teori lem biologis (= melepaskan zat perekat), dll. Akibatnya, kami memutuskan pada interaksi elektrostatik (disebabkan oleh elektrifikasi kontak), dan bukan pada van der Waals atau kekuatan kapiler. Penyebab dari fenomena ini adalah
bulu , yang mencakup jutaan kaki masing-masing. Panjang setiap bulu sekitar 0,1 mm (dua ketebalan rambut manusia). Untuk setiap milimeter, cakar persegi terhitung hingga 14400 setae (~ 1,5 juta per cm
2 ). Setiap ujung bulu menyimpang menjadi 400-1000 cabang dan setiap cabang berakhir di ujung dengan lebar pelat 0,2 mikrometer. Yaitu Kaki tokek dengan luas sekitar satu sentimeter persegi bersentuhan dengan permukaan sekitar dua miliar ujung.
B. Foto bulu tokek. B. Foto satu bulu tokek. D. Foto cabang di ujung bulu.
Studi terbaru menunjukkan bahwa justru geometri kaki ini dan gaya elektrostatik yang terkait (dikalikan dengan miliaran ujung) yang menambah hasil yang dapat menahan berat tokek di langit-langit.
Pembaca Rikkitik :
Tentang materi yang meniru kaki tokek, inilah
artikel 2016. Singkatnya - yang paling penasaran bukan bagaimana tetap, tetapi bagaimana merobek tanpa kehilangan fungsionalitas, yaitu, untuk mencapai usabilitas koneksi.
Tampaknya persyaratan yang saling eksklusif dikenakan pada vili - peneliti menemukan ini pada awal abad ke-21. Vili harus tipis untuk menembus celah dan lubang terkecil, dan pada saat yang sama kuat, agar tidak keluar dari sol pada setiap langkah. Mereka harus fleksibel dan relatif mudah direnggangkan untuk mencapai tonjolan permukaan kasar yang kompleks, dan pada saat yang sama tidak terlalu mudah untuk terpisah dari permukaan ini, dan tidak mencapai di belakang sol seperti permen karet.
Struktur artifisial dari vili semacam itu harus se-stabil mungkin, tidak mencabik-cabik kaki dan menahan sejumlah besar (hingga sejuta) siklus pelekatan yang menempel. Ruang di antara vili tidak boleh terlalu terkontaminasi dengan debu yang dikumpulkan dari permukaan, dan vili itu sendiri tidak boleh saling menempel, karena keduanya secara tajam mengurangi kemampuan mereka untuk beradaptasi dengan permukaan yang kompleks.
Akan mengejutkan jika militer tidak mengambil keuntungan dari semua ini. Pada Mei 2014, DARPA memamerkan pengembangan
Geckskin (proyek Z-Man), perangkat genggam yang memungkinkan pergerakan pada permukaan vertikal.
Benar, lima tahun telah berlalu, tetapi karena alasan tertentu tidak ada yang terdengar tentang Geckskin. Mungkin karena itu diklasifikasikan, dan mungkin karena tidak ada hasil.
Tokek dan Darpa semuanya ada di luar sana bersama mereka. Dan di sini, permukaan yang sempurna bisa menjadi ilustrasi terbaik dari kekuatan interaksi antar molekul. Setiap operator mesin pemutar dan penggilingan harus tahu tentang hal seperti ubin Johanson, atau
ukuran panjang bidang-paralel . Ubin ini dipoles dan digiling sedemikian rupa sehingga saling menempel dengan kuat jika ditempatkan dengan tepi yang halus satu sama lain. Dalam gambar, tiga puluh enam ubin disatukan oleh tekanan atmosfer
dan pasukan Van der Waals bersama-sama:
Bagi mereka yang tidak percaya bahwa ini mungkin - Saya sarankan menonton demonstrasi visual (dapat diklik):
Adsorpsi tanpa henti diikuti oleh kemisorpsi, tetapi terlepas dari kesamaan nama, esensi dari fenomena ini sangat berbeda. Chemisorpsi - adhesi dilakukan karena pembentukan ikatan kimia antara bahan perekat dan bahan perekat. Bahkan, ikatan menghasilkan bahan kimia baru. Selama difusi, ikatan terjadi karena saling penetrasi molekul material satu sama lain. Molekul lem bercampur dengan molekul permukaan yang direkatkan dan membentuk ikatan yang kuat. Dan akhirnya, adhesi mekanis terjadi ketika lem menembus ke dalam microcracks dan rongga material dan retensi fisik selanjutnya. Untuk tujuan ilustrasi, nilai numerik dari energi untuk berbagai gaya yang terjadi selama ikatan ditunjukkan pada gambar.
Jelas, adhesi terbaik terbentuk dalam kasus interaksi kemisorpsi antara zat-zat yang dilem, meskipun hal ini tidak selalu mungkin untuk dicapai (tetapi diperlukan upaya keras).
Varietas perekat
Dari semua hal di atas, maka setiap lem akan mengeksploitasi satu atau prinsip lain yang dijelaskan di atas. Selain itu, dalam hal perekat, seperti halnya tokek, para peneliti juga biasanya tidak memiliki pendapat yang sama. Tetapi ini, pada prinsipnya, tidak begitu penting, karena pengalaman praktis yang cukup serius telah diakumulasikan yang memungkinkan Anda untuk dengan mudah memilih perekat dan perekat optimal untuk seluruh jenis material. Ada banyak divisi zat perekat, saya akan memberikan yang paling sederhana, berdasarkan sifat kimianya:
Terlebih lagi, saya ingin mencatat fakta bahwa sampai hari ini kita terutama secara aktif mengeksploitasi perkembangan hampir seratus tahun yang lalu. Nilailah diri Anda dengan kronologi singkat:
1920-an : perekat berdasarkan ester selulosa, resin alkid, karet siklisasi, polikloroprena (neoprena), perekat kedelai1930-an : urea-formaldehida yang ditemukan, pita perekat peka tekanan, perekat film berbasis resin fenolik, perekat polivinil asetat (PVA) ) perekat untuk kayupada tahun 1940 th tahun: disintesis nitrilfenol, karet diklorinasi, melamin formaldehid, akrilik poliuretan vinylphenol dan1950 th tahun: epoxies disajikan, cyanoacrylates, perekat anaerobik1960 th tahun: polyimides disajikan, polibenzimid sol, polyquinoxalines1970 tahun -e: perekat akrilik hadiah generasi kedua akrilik tekanan-sensitif poliuretan struktural1980 tahun -e: pengental pengembangan aktif untuk thermosetting resin diwakili oleh perekat resin epoxy yang larut dalam air, dan dibentuk berbusa panas meleleh perekat1990 -e tahun: acara dimodifikasi epoxy polyurethane, bahan termoplastik dapat disembuhkan diusulkan UV perekat dapat disembuhkan dan terlihat cahaya2000 -e tahun : disintesis perekat berbasis air, secara aktif mengembangkan komponen tunggal dan perekat dua komponen tidak mengandung pelarutsebagai perekat sintetis, dalam banyak kasus Gunakan polimer, jadi saya sarankan untuk membaca sepanjang jalan saya dua tematik tutorial artikel ( Surat kimia 3D-printmaker. Pelarut untuk plastik dan perlindungan terhadap mereka +Kami mengembalikan unggas perempuan atau RTFM dengan definisi plastik di rumah ), setidaknya untuk membiasakan diri dengan terminologi "polimer" dan melihat informasi dasar tentang polimer.Saat ini, pengembangan utama komposisi perekat "khusus" adalah pada jalan untuk meningkatkan keramahan lingkungan (seringkali, dengan cara, merusak kekuatan ikatan). Senyawa struktural dan industri tidak terlalu rentan terhadap hal ini, tetapi secara umum, opsi tradisional yang telah teruji waktu masih digunakan di sana. Jadi, kita lihat tabel di bawah ini untuk bahan penyambung dan ingat jenis lem yang kita butuhkan.Bonus - ulasan perbandingan karakteristik kekuatan berbagai jenis perekat. Terkadang bermanfaat :)Perbandingan yang jelas tentang karakteristik kekuatan senyawa yang diperoleh dengan menggunakan berbagai jenis perekat
Tanda tangan: CA cyanoacrylates, perekat MS berbasis silana yang dimodifikasi, perekat poliuretan PU, perekat metil metakrilat MMA, perekat UV yang dapat disembuhkan Mengenai hal ini, bagian pengantar selesai, berikut ini - kami akan melanjutkan untuk mempertimbangkan jenis lem tertentu dan kondisi / bahan optimal untuk penggunaannya. Tanyakan dalam komentar pertanyaan-pertanyaan yang menjadi perhatian Anda - maka di bagian selanjutnya probabilitas kemunculan jawaban tinggi.NB Kelanjutan tema:Opus tentang Yang Mulia Clay. Bagian Dua - Viva, Cyanoacrylate! Viva, lem superOpusa tentang Yang Mulia Clay. Bagian Tiga - Polyurethane vs Space ColdOpusa tentang Yang Mulia Clay. Bagian Empat - SilikonAkankah artikel selanjutnya tergantung pada komunitas Habr, untuk
subj .
Penting!Semua pembaruan dan catatan sementara yang darinya artikel-artikel habr terbentuk dengan lancar sekarang dapat dilihat di lab66 saluran telegram saya . Berlangganan agar tidak mengharapkan artikel selanjutnya, tetapi untuk segera di ketahui tentang semua penelitian :)
Literatur bekasHandbook of Rubber Bonding, Ed., B. Crowther, Rapra Technology Ltd, Shrewsbury, UK, 2000.
DE Packham, Handbook of Adhesion, Longman Scientific & Technical, Harlow, UK, 1992.
DJ Dunn, Engineering and Structural Adhesives, Rapra Review Report No.169, Rapra Technology Ltd, Shrewsbury, UK, 2004.
Skiest, I. The Handbook of Adhesives, 3rd ed., Van Nostrand Reinhold, New York, 1990.
Satas, D. The Handbook of Pressure Sensitive Adhesives, 2nd ed., Van Nostrand Reinhold, New York, 1989.
Petrie, EM, Handbook of Adhesives and Sealants, McGraw-Hill, New York, 2000.