چسب‌های ذوب داغ: اصول، فرمول‌ها و کاربردها: مقاله مروری حیاتی

چکیده

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) : چسب‌های ذوب داغ[1] (HMAها) معمولاً در کاربردهایی استفاده می‌شوند که در آن آب‌بندی فوری به شدت مورد نیاز است. HMAها عموماً برای آن دسته از کاربردهایی که سرعت پردازش در آنها حیاتی است ترجیح داده می‌شوند. این مواد به طور گسترده در کاربردهای مهندسی مختلف، عمدتاً به عنوان درزگیر در نشت و پرکردن ترک دیوارها و سقف‌ها استفاده می‌شوند. استفاده صنعتی از HMAها در وسایل شیشه‌ای و اتومبیل برای چسباندن شیشه در ساختمان‌ها و چسباندن قطعات سنگین موتور رایج است. فرمول HMAها حاوی پلیمری با ماهیت مناسب است که پایه‌ اساسی چسب قوی می‌باشد و برای افزایش زمان گیرش چسب[2]، موم‌هایی به آن اضافه می‌شود. چسبنده[3]ها برای رقیق کردن پلیمر برای تنظیم دمای انتقال شیشه (T_g) و کاهش ویسکوزیته برای جریان مناسب مذاب-داغ استفاده می‌شوند. این بررسی قصد دارد به طور جامع در مورد آماده‌سازی و فرمولاسیون HMA با استفاده از قالب‌های پلیمری مختلف، همراه با کاربردها و مکانیک آنها بحث نماید. طراحی HMAهای دوست‌دار محیط زیست در مقالات مورد بحث قرار گرفته است و به دلیل عملکرد آنها بدون ترکیبات آلی فرار[4] (VOCs) نسبت به HMAهای مبتنی بر حلال مرسوم ترویج شده است. اقدامات، چالش‌ها و راهکارهای مختلف برای ساخت HMA‌های بدون خطر در بررسی حاضر مورد بحث قرار گرفته‌اند.

چالش‌های کنونی و هدف آینده HMAها

HMAها برای مدت طولانی در کاربردهای مختلف مهندسی و صنعتی مورد استفاده قرار گرفته اند. بسیاری از مهمترین کاربردهای HMAها در مواد غیربافتی (پوشک و نوار بهداشتی)، مواد بسته بندی (بسته بندی جعبه و کارتن)، برچسب زدن بطری‌ها، صحافی کتاب و نوارها و فیلم‌های حساس به فشار است. HMAها تقریباً تمام بخش‌های صنعتی مبتنی بر کالاها و خدمات مصرفی را پوشش می‌دهند. از نظر الکترونیکی، مشکل متورم شدن در مدارهای الکترونیکی و مخابرات، مشکل EMI[5] (تداخل الکترومغناطیسی) را تشدید نموده است. EMI به یک نگرانی در عملکرد الکترونیک تبدیل می‌شود که می‌تواند منجر به عملکرد نامناسب یا خرابی کل سیستم شود. این مشکل را می‌توان با استفاده از HMAهای یک مولفه پلیمری مناسب برطرف نمود. HMAهای ذاتی رسانایی خاص (IC-HMA[6]ها) بر اساس پلی‌پیرول توسط پامپوزو و همکاران برای کاربردهای الکتریکی و مخابراتی برای روکشی EMI توسعه داده شدند. این IC-HMAهای پیشرفته طراحی شده‌اند تا اثرات محافظتی قابل توجه EMI بدون از دست دادن خواص HMAهای معمولی اولیه از خود نشان دهند. HMAها همچنین دارای برخی مسائل زیست محیطی هستند که باید در هنگام تهیه آنها در نظر گرفته شوند. به‌عنوان مثال، حلال‌هایی مانند TCE[7] (تری کلرواتیلن) ​​و تولوئن اساساً VOC هستند، اما در HMAهای مختلف به‌عنوان یک سیال حامل استفاده می‌شوند که محیط زیست را به چالش می‌کشد. نیاز به تولید HMAهای سازگار با محیط زیست با استفاده از اجزای قابل بازیافت مانند PUR-HMA وجود دارد که می‌توانند به راحتی در فرآیند بازیافت از الیاف کاغذ جدا شوند.

استراتژی‌های کاری باید در جهت استفاده از مواد خام برای توسعه HMAهای جدید بدون خطر باشد. اجزای خاص باید پس از ارزیابی مناسب برای کاربردهای مختلف مهندسی و صنعتی پیشنهاد شوند. به‌عنوان مثال، ویلجانما و همکاران [1] یک کوپلیمر PLLA-PCL با پایداری حرارتی بالا ایجاد کردند که ثابت کرد HMA مناسبی برای بسیاری از کاربردهای لایه‌گذاری و فیلم‌های پلی‌لاکتیدی صنعتی است. تلاش‌های فوق‌العاده‌ای برای توسعه مواد خام دوست‌دار محیط زیست انجام شده است که می‌توانند جایگزین‌هایی برای ترکیبات HMA باشند، اما در طول ۲۰ سال گذشته، HMA دوست‌دار محیط زیست در بازار اعلام نشده است. نمونه‌ای از ترکیبات دوست‌دار محیط زیست HMA حاوی چسبنده‌های مبتنی بر ترپن هستند که از گیاهان برای استفاده به‌عنوان جایگزینی برای HMAهای مبتنی بر نفت به دست می آیند [2]. جدای از این، پلیمرهای مشتق شده بیوشیمیایی مختلف با استفاده از عصاره‌های گیاهی تولید شده و به HMA تغییر یافته است. اما همچنان نیاز به انتقال این تحقیقات از آزمایشگاه‌ها به صنایع وجود دارد. تحقیقات قابل توجه مختلفی در زمینه HMA وجود دارد که برای اجرای صنعتی گسترده‌تر باید انجام شود. برووس و همکاران [3] یک HMA جدید برای پیوند بافتی و غیر بافتی کاغذ، کارتن، فیلم و لیوان با استفاده از پلی‌استرها و پلی‌آمیدها با عملکرد اسید دی‌کربوکسیلیک توسعه دادند. یکی دیگر از نمونه‌های این دسته، ساخت یک پلیمر مبتنی بر اسید لاکتیک است که ادعا می‌شود یک جزء بالقوه عالی برای آماده‌سازی HMA برای پوشش‌های ذوب-داغ، الیاف، فیلم‌ها و مذاب‌های دمیدنی غیر بافتی توسعه‌یافته توسط لوئیس و تیمش است [4]. چنین HMAهایی به دلیل هزینه بالای مواد، پایداری حرارتی ضعیف و با بوی بد به بازار معرفی نشده‌اند. کارهای بیشتری باید بر روی عوامل کاهش هزینه و سازگاری با محیط زیست برای HMAهای تازه انجام گیرد. تهدیدات زیست محیطی استفاده از HMAها همراه با هزینه، به دلیل مواد و افزودنی‌های آنها است، زیرا بیشتر آنها از اجزای شیمیایی نفتی تولید می‌شوند که عمدتاً غیرقابل تجزیه زیستی هستند. بنابراین، لازمه یک محیط زیست سالم، زیست تخریب پذیری مواد خام است و حذف این HMAهای مبتنی بر مواد نفتی ضروری است.

خلاصه

یک HMA باید به گونه‌ای طراحی شود که خاصیت پیوند آن اثر منفی نداشته باشد. برای این کار، نیاز به تعادل همه عوامل درگیر مانند شرایط محیطی، خواص سطحی، ترکیب پلیمری HMA، مکانیک شکست و غیره وجود دارد. یک HMA ایده‌آل باید بدون VOC  و مبتنی بر ترکیبات دوست‌دار محیط زیست باشد. با این حال، HMAهای مبتنی بر حلال، چسب‌های مهم‌تری نسبت به HMAهای مبتنی بر پلیمر هستند، اما HMAهای مبتنی بر پلیمر را می‌توان با استفاده از روش‌های دوست دار محیط زیست، در حالی که مبتنی بر حلال نمی‌توانند اینگونه باشند، تهیه نمود. HMAهای پلیمری جدید می‌توانند با حذف خطر VOCها جایگزین این HMAهای مبتنی بر حلال شوند. این بررسی برای بحث در مورد مبانی، فرمول‌بندی‌ها، اصول، آزمایش‌های مکانیکی و کاربردهای HMA در نظر گرفته شده است. مکانیک شکست مورد بحث قرار گرفته است، زیرا ابزار بسیار مهمی برای تعیین دوام و پیوند یک چسب به یک چسبنده دیگر است.

بسیاری از جدیدترین و بدیع‌ترین آماده سازی‌های HMA در این بررسی با روش‌های فرمولاسیون آنها مورد بحث قرار گرفته است. آخرین چالش‌ها همراه با راه حل‌ها و اهداف آینده آنها معرفی شده‌اند که می‌توانند HMAها را در مقیاس صنعتی با ساخت HMAهای سازگار با محیط زیست گسترش دهند.

[1] hot melt

[2] setting time

[3] tackifier

[4] Volatile organic compound

[5] Electromagnetic Interference

[6] Intrinsic HMAs

[7] Trichloroethylene

Reference :

K.L. Mittal (ed.) Progress in Adhesion and Adhesives, Volume 6, (1–28) © 2021 Scrivener Publishing LLC. .(مرجع اصلی)

1- M. Viljanmaa, A. Södergård, and P. Törmälä, The use of lactic acid-based hot melt adhesive in the industrial lamination process, Int. J. Adhesion Adhesives 23, 151–154 (2003).

2- W. Li, L. Bouzidi, and S.S. Narine, Current research and development status and prospect of hot-melt adhesives: A review, Ind. Eng. Chem. Res. 47, 7524–7532 (2008).

3- R. Broos, R.J. Koopmans, and R. Wevers, Polyester-amide based hot melt adhesives, United States Patent 200635201, Assigned to Dow Global Technologies LLC (2008).

4- Jane Janssen, William E. Kelly, David Neal Lewis, Gerrit Schutte, and Henk Westerhof Environmentally degradable polymeric compounds, their preparation and use as hot melt adhesive, EP 1236753, Assigned to Tate and Lyle PLC (2008).

ترجمه و ویرایش : دکتر غلامحسین ظهوری