เคมีกาว

กาวสารใด ๆ ที่มีความสามารถในการจับยึดวัสดุเข้าด้วยกันในลักษณะการทำงานโดยการแนบพื้นผิวที่ต่อต้านการแยก “ กาว” เป็นคำทั่วไปรวมถึงซีเมนต์, เมือก, กาวและแปะ - คำที่มักใช้แทนกันสำหรับวัสดุอินทรีย์ใด ๆ ที่ก่อให้เกิดพันธะกาว สารอนินทรีย์เช่นปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ก็ถือได้ว่าเป็นกาวในแง่ที่ว่าพวกเขาถือวัตถุเช่นอิฐและคานเข้าด้วยกันผ่านทางพื้นผิว แต่บทความนี้ จำกัด การอภิปรายของกาวอินทรีย์ทั้งธรรมชาติและสังเคราะห์

กาวธรรมชาติเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ งานแกะสลักของอียิปต์ย้อนหลังไปกว่า 3,300 ปีแสดงให้เห็นถึงการติดกาวของแผ่นไม้อัดบาง ๆ กับสิ่งที่ดูเหมือนว่าเป็นแผ่นไม้มะเดื่อ Papyrus ผ้านอนวูฟเวนต้นมีเส้นใยของพืชเหมือน reedlike ผูกติดกับแป้งวาง บิทูเมนต้นไม้และขี้ผึ้งถูกใช้เป็นยาแนว (เคลือบป้องกัน) และกาวในสมัยโบราณและยุคกลาง แผ่นทองคำเปลวของแสงต้นฉบับถูกผูกมัดกับกระดาษโดยไข่ขาวและวัตถุที่ทำจากไม้ถูกผูกมัดด้วยกาวจากปลาเขาและชีส เทคโนโลยีของกาวสัตว์และปลาที่ก้าวหน้าในช่วงศตวรรษที่ 18 และในซีเมนต์ที่ใช้ยางและไนโตรเซลลูโลสในศตวรรษที่ 19 ได้ถูกนำเสนอ อย่างไรก็ตามความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของกาวในศตวรรษที่ 20 ยังคงมีอยู่ในช่วงเวลาที่กาวธรรมชาติได้รับการปรับปรุงและสารสังเคราะห์จำนวนมากออกมาจากห้องปฏิบัติการเพื่อแทนที่กาวธรรมชาติในตลาด การเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอากาศยานและการบินในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 มีผลกระทบอย่างมากต่อเทคโนโลยีกาว ความต้องการของกาวที่มีความแข็งแรงของโครงสร้างสูงและทนต่อความเหนื่อยล้าและสภาพแวดล้อมที่รุนแรงนำไปสู่การพัฒนาวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งในที่สุดก็พบว่ามีการใช้งานในอุตสาหกรรมและในประเทศมากมาย

บทความนี้เริ่มต้นด้วยคำอธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับหลักการของการยึดเกาะและจากนั้นทำการทบทวนคลาสที่สำคัญของกาวธรรมชาติและสังเคราะห์

ความศรัทธา

ในการทำงานของรอยต่อกาวคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของกาวเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด สิ่งสำคัญในการพิจารณาว่าข้อต่อกาวจะทำงานได้อย่างเพียงพอหรือไม่คือประเภทของการยึดติด (นั่นคือส่วนประกอบที่เข้าร่วม - เช่นโลหะผสมโลหะพลาสติกวัสดุผสม) และธรรมชาติของการปรับสภาพพื้นผิวหรือสีรองพื้น ปัจจัยทั้งสามนี้ - กาวยึดติดและพื้นผิว - มีผลกระทบต่ออายุการใช้งานของโครงสร้างที่ถูกผูกมัด พฤติกรรมทางกลของโครงสร้างที่ถูกผูกมัดในทางกลับกันนั้นได้รับอิทธิพลจากรายละเอียดของการออกแบบข้อต่อและวิธีการที่โหลดที่ใช้จะถูกถ่ายโอนจากหนึ่งยึดติดกับอื่น ๆ

โดยนัยในการก่อตัวของกาวติดที่ยอมรับได้คือความสามารถของกาวในการเปียกและแพร่กระจายในการยึดติดที่เข้าร่วม การประสบความสำเร็จในการสัมผัสกับโมเลกุลในระดับโมเลกุลเป็นขั้นตอนแรกที่จำเป็นในการก่อตัวของข้อต่อกาวที่แข็งแรงและมั่นคง เมื่อทำการทำให้เปียกเสร็จแล้วแรงยึดเกาะที่แท้จริงจะถูกสร้างขึ้นผ่านส่วนต่อประสานผ่านกลไกจำนวนหนึ่ง ธรรมชาติที่แม่นยำของกลไกเหล่านี้เป็นเป้าหมายของการศึกษาทางกายภาพและเคมีมาตั้งแต่อย่างน้อยในช่วงทศวรรษที่ 1960 โดยมีผลให้มีทฤษฎีการยึดเกาะจำนวนมาก กลไกหลักของการยึดเกาะถูกอธิบายโดยทฤษฎีการดูดซับซึ่งระบุว่าสารยึดติดเป็นหลักเนื่องจากการสัมผัสระหว่างโมเลกุลใกล้ชิด ในข้อต่อกาวการสัมผัสนี้จะเกิดขึ้นโดยแรงระหว่างโมเลกุลหรือวาเลนซ์ที่กระทำโดยโมเลกุลในชั้นผิวของกาวและยึดติด

นอกเหนือจากการดูดซับแล้วยังมีการเสนอกลไกการยึดเกาะอีก 4 วิธี ครั้งแรกที่เกิดการประสานทางกลเกิดขึ้นเมื่อกาวไหลเข้าไปในรูขุมขนในพื้นผิวที่ยึดติดหรือรอบที่ฉายบนพื้นผิว ประการที่สองการกระจายตัวเป็นผลมาจากเมื่อกาวเหลวละลายและแพร่กระจายเป็นวัสดุยึดติด ในกลไกที่สามนั้นการดูดซับและปฏิกิริยาพื้นผิวจะเกิดพันธะเมื่อโมเลกุลของกาวดูดซับลงบนพื้นผิวที่เป็นของแข็งและทำปฏิกิริยาทางเคมีกับมัน เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีกระบวนการนี้แตกต่างในระดับหนึ่งจากการดูดซับอย่างง่ายที่อธิบายข้างต้นแม้ว่านักวิจัยบางคนคิดว่าปฏิกิริยาเคมีเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการดูดซับทั้งหมดและไม่ใช่กลไกการยึดเกาะที่แยกจากกัน ในที่สุดทฤษฎีดึงดูดทางอิเล็กทรอนิกส์หรือไฟฟ้าสถิตแสดงให้เห็นว่ากองกำลังไฟฟ้าสถิตพัฒนาที่ส่วนต่อประสานระหว่างวัสดุที่มีโครงสร้างแถบอิเล็กทรอนิกต่างกัน โดยทั่วไปแล้วกลไกเหล่านี้มากกว่าหนึ่งมีบทบาทในการบรรลุระดับการยึดติดที่ต้องการสำหรับกาวชนิดต่าง ๆ และปฏิบัติตาม

ในการก่อตัวของพันธะกาวเขตการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในการเชื่อมต่อระหว่างยึดและกาว ในโซนนี้เรียกว่าเฟสเฟสคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของกาวอาจแตกต่างจากในส่วนที่ไม่ได้รับการติดต่อ เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าองค์ประกอบระหว่างเฟสจะควบคุมความทนทานและความแข็งแรงของข้อต่อแบบยึดติดและมีหน้าที่หลักในการถ่ายโอนความเครียดจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ภูมิภาคระหว่างเฟสมักเป็นที่ตั้งของการโจมตีทางสิ่งแวดล้อมซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวของข้อต่อ

ความแข็งแรงของกาวยึดติดมักถูกกำหนดโดยการทดสอบแบบทำลายซึ่งวัดความเค้นที่จุดหรือเส้นของการแตกหักของชิ้นทดสอบ มีการใช้วิธีการทดสอบต่าง ๆ รวมถึงการปอกเปลือกการทดสอบแรงดึงแรงดึงการแตกและการทดสอบความล้า การทดสอบเหล่านี้ดำเนินการในช่วงอุณหภูมิที่กว้างและภายใต้สภาพแวดล้อมที่หลากหลาย วิธีการอื่นในการอธิบายลักษณะของข้อต่อติดด้วยกาวคือการหาพลังงานที่ใช้ในการแยกพื้นที่หน่วยของเฟส ข้อสรุปที่ได้จากการคำนวณพลังงานนั้นโดยหลักการแล้วเทียบเท่ากับที่ได้จากการวิเคราะห์ความเครียด

วัสดุกาว

กาวสังเคราะห์ทั้งหมดและกาวธรรมชาติบางชนิดประกอบด้วยโพลีเมอร์ซึ่งเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่หรือโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เกิดจากการเชื่อมโยงของโมเลกุลที่ง่ายกว่าหลายพันรู้จักกันในชื่อโมโนเมอร์ การก่อตัวของพอลิเมอร์ (ปฏิกิริยาทางเคมีที่รู้จักกันในชื่อพอลิเมอไรเซชัน) สามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างขั้นตอน "การรักษา" ซึ่งในการเกิดพอลิเมอไรเซชั่นเกิดขึ้นพร้อมกันกับการก่อพันธะกาว ก่อนที่วัสดุจะถูกนำไปใช้เป็นกาวเช่นเดียวกับเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์เช่นสไตรีน - ไอโซพรี - สไตรีนบล็อกโคพอลิเมอร์ โพลีเมอร์ให้ความแข็งแรงความยืดหยุ่นและความสามารถในการแพร่กระจายและการมีปฏิสัมพันธ์บนพื้นผิวยึดมั่น - คุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของระดับการยึดเกาะที่ยอมรับได้

กาวธรรมชาติ

กาวธรรมชาตินั้นส่วนใหญ่มาจากสัตว์หรือพืชผัก แม้ว่าความต้องการผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจะลดลงตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 20 แต่ก็ยังมีบางอย่างที่ยังคงใช้กับผลิตภัณฑ์ไม้และกระดาษโดยเฉพาะในกล่องกระดาษลูกฟูกซองจดหมายฉลากขวดฉลากผูกหนังสือกล่องเฟอร์นิเจอร์ฟิล์มลามิเนตและฟอยล์. นอกจากนี้เนื่องจากกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมต่างๆกาวธรรมชาติที่ได้จากแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้รับความสนใจมากขึ้น ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่สำคัญที่สุดมีการอธิบายไว้ด้านล่าง

กาวสัตว์

คำว่ากาวสัตว์มักจะ จำกัด อยู่ที่กาวที่เตรียมจากคอลลาเจนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมส่วนประกอบโปรตีนหลักของผิวหนังกระดูกและกล้ามเนื้อ เมื่อรับการรักษาด้วยกรด, ด่างหรือน้ำร้อน, คอลลาเจนที่ไม่ละลายน้ำตามปกติจะค่อยๆละลายได้ หากโปรตีนดั้งเดิมนั้นบริสุทธิ์และกระบวนการแปลงอ่อนผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเรียกว่าเจลาตินและอาจใช้สำหรับอาหารหรือผลิตภัณฑ์ถ่ายภาพ วัสดุที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำที่ผลิตโดยกระบวนการที่มีความแข็งแรงมากกว่าปกติจะบริสุทธิ์น้อยลงและเข้มขึ้นในสีและเรียกว่ากาวสัตว์

กาวจากสัตว์มักใช้ในงานไม้การผูกหนังสือการผลิตกระดาษทรายเทปกาวหนักและการใช้งานที่คล้ายกัน แม้จะมีข้อได้เปรียบจากการยึดติดเริ่มต้นสูง (เหนียว) กาวสัตว์มากได้รับการแก้ไขหรือแทนที่ทั้งหมดด้วยกาวสังเคราะห์

กาวเคซีน

ผลิตภัณฑ์นี้ทำขึ้นโดยการละลายเคซีนซึ่งเป็นโปรตีนที่ได้จากนมในตัวทำละลายน้ำอัลคาไลน์ ระดับและประเภทของด่างมีผลต่อพฤติกรรมของผลิตภัณฑ์ ในพันธะไม้กาวเคซีนโดยทั่วไปจะดีกว่ากาวสัตว์จริงในความต้านทานความชื้นและลักษณะริ้วรอย เคซีนยังใช้เพื่อปรับปรุงลักษณะการยึดติดของสีและสารเคลือบ

กาวเลือดขาว

กาวชนิดนี้ทำจากเซรั่มไข่ขาวซึ่งเป็นส่วนประกอบของเลือดที่ได้จากเลือดสัตว์สดหรือผงเลือดที่ละลายน้ำได้ที่เติมน้ำ การเติมส่วนผสมของอัลคาไลลงในน้ำแบบอัลคาไลน์ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของกาว มีการใช้ผลิตภัณฑ์กาวจากเลือดจำนวนมากในอุตสาหกรรมไม้อัด

แป้งและเดกซ์ทริน

แป้งและเดกซ์ทรินสกัดจากข้าวโพดข้าวสาลีมันฝรั่งหรือข้าว พวกมันประกอบไปด้วยกาวผักชนิดหลักซึ่งละลายได้หรือกระจายตัวในน้ำและได้มาจากแหล่งพืชทั่วโลก กาวแป้งและเดกซ์ทรินใช้ในกระดาษลูกฟูกและบรรจุภัณฑ์และใช้เป็นกาววอลล์เปเปอร์