Šajā emuāra ierakstā mēs izpētīsim principus, kas pamato līmvielu materiālu savienošanu, un aplūkosim, kā tās tiek izmantotas dažādās nozarēs un ikdienas dzīvē.
Ikdienā mēs izmantojam daudzus instrumentus. Mēs izmantojam šķēres, lai grieztu lietas, rakstāmpiederumus, lai rakstītu, un līmi, lai salabotu jaunu, atdalījušos matadatu. Šķēres un rakstāmpiederumi ir instrumenti, ko esam izmantojuši gadsimtiem ilgi, ar relatīvi vienkāršām funkcijām un darbības principiem. Tomēr līme un līmvielas ir relatīvi jauns tehnoloģiskais sasniegums, kas sniedz ievērojamas ērtības mūsu dzīvē. Izmantojot līmi vai līmvielu, lai kaut ko salīmētu, mēs nedomājam tikai par divu objektu savienošanu; mēs domājam arī par to, cik stipra ir šī saite un cik ilgi tā var saglabāties. Šajās ikdienas darbībās – griešanas, rakstīšanas un līmēšanas darbībās – ir paslēpti neskaitāmi zinātniski principi. Šī raksta mērķis ir izskaidrot līmvielu principu, kas ir viens no daudzajiem instrumentiem, ko bieži izmanto ikdienas dzīvē.
Jūs droši vien vismaz reizi esat domājuši par to, kā līmes salīmē divus materiālus. Pirms iedziļināties līmju principos, definēsim adhēziju. Adhēzija ir stāvoklis, kurā divi materiāli tiek integrēti, izmantojot ķīmiskus, fiziskus spēkus vai abus. Vienkārši sakot, starpmolekulārie spēki starp līmes polimēriem nodrošina adhēziju. Lai izprastu šo procesu, ir svarīgi izprast molekulāro struktūru un mijiedarbību. Polimēri burtiski ir molekulas ar augstu molekulmasu, kas nozīmē, ka tās ir garas atomu ķēdes. Starpmolekulārie spēki attiecas uz mijiedarbību starp blakus esošajām molekulām, kas atšķiras no spēkiem (ķīmiskajām saitēm), kas veido atomus molekulās. Šīs mijiedarbības būtība ir elektrostatiskais spēks, kas ir spēcīgāks, ja molekulas ir lielākas un ja attālums starp tām ir mazāks. Tāpēc lielmolekulārie polimēri ir galvenās līmēs izmantotās sastāvdaļas.
Parastās līmes tiek izmantotas izšķīdinātā stāvoklī šķīdinātājā, kur vairumā gadījumu kā šķīdinātājs darbojas ūdens. Ūdens darbojas kā nesējs polimēriem, transportējot tos un ļaujot tiem iesūkties substrāta materiāla struktūrā. Kad mitrums līmē iztvaiko, tajā esošie polimēri izmanto savus savstarpējos pievilkšanās spēkus, lai stingri savienotu abus materiālus kopā. Tomēr, uzklājot pārāk daudz līmes, polimēri sāk viens otru grūstīties, novēršot pareizu starpmolekulāro pievilkšanos. Pārāk bieza līmes kārta arī kavē šķīdinātāja (ūdens) iztvaikošanu. Pārāk bieza līmes kārta faktiski samazina adhēzijas efektivitāti. Tas ir tāpēc, ka līmes savienošanas princips balstās uz starpmolekulāro mijiedarbību, nevis uz līmes raksturīgo viskozitāti.
Lai izprastu līmju daudzveidīgo pielietojumu, ir svarīgi dziļāk izprast to darbības mehānismu. Piemēram, līmes veiktspēju var būtiski ietekmēt tādi vides faktori kā temperatūra un mitrums. Lietojot līmes, rūpīgi jāņem vērā apkārtējie vides apstākļi, un konkrētās situācijās var būt nepieciešamas specializētas līmes. Tā kā piemēroti lietošanas apstākļi atšķiras atkarībā no līmes veida, tiek izstrādātas dažādas līmes, lai izpildītu šīs īpašās prasības.
Tas pats princips izskaidro, kāpēc līme trauka iekšpusē nelīp pati pie sevis vai trauka sienām. Polimēri trauka iekšpusē ir izšķīdināti šķīdinātājos, tostarp ūdenī. Šajā brīdī polimēri atrodas tālu viens no otra. Kā paskaidrots iepriekš, starpmolekulārie spēki ir spēcīgāki, ja attālums starp molekulām ir mazāks. Tāpēc, ja starp polimēriem ir iesprostots ūdens, starpmolekulārie spēki vājinās. Turklāt līmēs parasti polimērus neizmanto tieši. Zema molekulmasa viela, kas izšķīdināta šķīdinātājā, spontāni nonāk kondensācijas reakcijā, nonākot saskarē ar skābekli gaisā, pārvēršoties par polimēru, lai panāktu adhēziju. Šeit kondensācijas reakcija attiecas uz reakciju, kurā zema molekulmasa viela veido augstas molekulmasas vielu. Tāpēc, uzglabājot līmes, tām pievieno vielu, kas kavē kondensācijas reakciju, lai novērstu pašlīmēšanu. Vecās līmēs šis kondensācijas inhibitors iztvaiko, izraisot līmes sacietēšanu un bojāšanos.
Līmes var plaši iedalīt trīs veidos. Pirmkārt, ir līmes, kurās polimērus izmanto kā šķīdumus, piemēram, cietes pastu un gumijas pastu. Otrkārt, ir līmes, kas sākotnēji ir zemas molekulmasas šķidrumi, bet pēc uzklāšanas polimerizējas polimēros. Visbeidzot, ir līmes, kurās cietie polimēri tiek karsēti, lai tos izkausētu savienošanai. Šī līmju daudzveidība izriet no to unikālajām ķīmiskajām īpašībām. Katrs veids ir pielāgots dažādiem pielietojumiem, un daži kļūst par neaizstājamiem elementiem konkrētās nozarēs.
Epoksīdsveķi, ko plaši izmanto ikdienas dzīvē un rūpnieciskajā ražošanā, pieder pie otrā veida. Kā sintētisko sveķu veids, epoksīdsveķi aptver plašu produktu klāstu, sākot no šķidriem līdz cietiem agregātstāvokļiem, kas atšķiras pēc kušanas temperatūras. Visvairāk komerciāli izmantotie epoksīdsveķi ir ētera tipa sveķi, kas iegūti ECH un BPA kondensācijas reakcijā, plaši pazīstami kā DPP. Vienkārši sakot, zemas molekulmasas vielas ECH un BPA reaģē nātrija hidroksīda apstākļos, veidojot polimēru, kas spēj uzrādīt līmējošas īpašības. Šie epoksīdsveķi nodrošina spēcīgu saķeri un izturību, tāpēc tos plaši izmanto augsto tehnoloģiju jomās, piemēram, automobiļu un lidmašīnu detaļās, būvmateriālos un citur.
Līmes tiek plaši izmantotas. Piemēram, tikai epoksīdsveķu gada ražošanas vērtība ir aptuveni 15 miljardi ASV dolāru. Ražošana, pusvadītāju procesi un militārie pielietojumi prasa arī plašu līmēšanu, katrai situācijai izvēloties īpašas līmes. Līmju nozares ilgtspējīga izaugsme ir cieši saistīta ar jaunu materiālu izstrādi. Parādoties jauniem materiāliem, aktīvi attīstās līmju pētniecība un izstrāde, lai tos efektīvi savienotu. Līmes paplašina savu potenciālo pielietojumu ārpus tradicionālajiem lietojumiem dažādās jaunās jomās.
Līmes tiek izmantotas ne tikai tradicionālai līmēšanai, bet arī atjautīgi pielietotas jaunās jomās. Kuģu tvaika dzinēji cieš no smagas korozijas ilgstošas iegremdēšanas augstas temperatūras sāls šķīdumos dēļ. Turklāt detaļas, kas nostiprinātas ar skrūvēm, paātrina koroziju spēcīgas vibrācijas ietekmē. Šādos gadījumos piemērotas līmes uzklāšana starp komponentiem pirms nostiprināšanas ar skrūvēm rada stabilāku saiti un novērš koroziju. Turklāt biolaukā ir ievērojami palielinājusies tādu līmju kā plāksteri izmantošana. No plāksteriem, ko cilvēki parasti lieto pret pinnēm, jaunākie izgudrojumi ietver līmes, kas piemērotas sirds līmēšanai. Šādas līmes ir daudzsološas izmantošanai sirds ķirurģijā, dzemdniecībā un ginekoloģijā, kā arī vēdera dobuma ķirurģijā. Šīs biolīmes sastāv no vielām, kas ir nekaitīgas cilvēka ķermenim, un tām ir izšķiroša nozīme atveseļošanās laika saīsināšanā un infekciju novēršanā ķirurģiskajās vietās. Mūsdienu medicīnā līmes ir pārsniegušas savu lomu kā vienkārši rūpnieciski instrumenti, kļūstot par būtiskiem instrumentiem biotehnoloģijā.
