V tej objavi na blogu bomo raziskali načela, na katerih temelji lepljenje materialov, in preučili, kako se uporabljajo v različnih panogah in vsakdanjem življenju.
V vsakdanjem življenju uporabljamo veliko orodij. Škarje uporabljamo za rezanje, pisalne pripomočke za pisanje in lepilo za popravljanje nove lasnice, ki se je zrahljala. Škarje in pisalne pripomočke uporabljamo že stoletja, z relativno preprostimi vlogami in načeli delovanja. Vendar pa sta lepilo in lepila relativno nov tehnološki razvoj, ki v našem življenju prinašata veliko udobja. Ko za lepljenje nečesa uporabljamo lepilo ali lepilo, ne razmišljamo le o spajanju dveh predmetov; razmišljamo tudi o tem, kako močna je ta vez in kako dolgo lahko traja. V teh vsakodnevnih dejanjih rezanja, pisanja in lepljenja se skriva nešteto znanstvenih načel. Namen tega članka je razložiti načelo delovanja lepil, enega od mnogih orodij, ki se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju.
Verjetno ste se vsaj enkrat vprašali, kako lepila zlepijo dva materiala. Preden se poglobimo v načela lepil, definirajmo adhezijo. Adhezija je stanje, v katerem se dva materiala združita s kemičnimi, fizikalnimi silami ali obojim. Preprosto povedano, medmolekularne sile med polimeri v lepilu dosežejo adhezijo. Za razumevanje tega procesa je bistveno osnovno razumevanje molekularne strukture in interakcij. Polimeri so dobesedno molekule z visoko molekulsko maso – kar pomeni, da so dolge verige atomov. Medmolekularne sile se nanašajo na interakcije med sosednjimi molekulami, ki se razlikujejo od sil (kemičnih vezi), ki tvorijo atome v molekule. Bistvo teh interakcij je elektrostatična sila, ki je močnejša, ko so molekule večje in ko je razdalja med njimi krajša. Zato so polimeri z velikimi molekulami glavne sestavine, ki se uporabljajo v lepilih.
Običajna lepila se uporabljajo v raztopljenem stanju v topilu, pri čemer v večini primerov služi kot topilo voda. Voda deluje kot nosilec za polimere, jih prenaša in jim omogoča, da prodrejo v strukturo substrata. Ko vlaga v lepilu izhlapi, polimeri v njem uporabijo svoje medsebojne privlačne sile, da trdno povežejo oba materiala skupaj. Vendar pa nanos preveč lepila povzroči, da se polimeri v notranjosti treseta drug ob drugega, kar preprečuje pravilno medmolekularno privlačnost. Prekomerna količina lepila ovira tudi izhlapevanje topila (vode). Preveč debel nanos lepila dejansko zmanjša učinkovitost oprijema. To je zato, ker načelo lepljenja temelji na medmolekularnih interakcijah in ne na inherentni viskoznosti lepila.
Za razumevanje raznolikih načinov uporabe lepil je ključnega pomena, da globlje razumemo njihov mehanizem delovanja. Na primer, na delovanje lepila lahko pomembno vplivajo okoljski dejavniki, kot sta temperatura in vlažnost. Pri uporabi lepil je treba skrbno upoštevati okoljske pogoje, specifične situacije pa lahko zahtevajo specializirana lepila. Ker se primerni pogoji uporabe razlikujejo glede na vrsto lepila, se razvijajo različna lepila, ki izpolnjujejo te specifične zahteve.
Isto načelo pojasnjuje, zakaj se lepilo v posodi ne prime samo nase ali na stene posode. Polimeri v posodi so raztopljeni v topilih, vključno z vodo. Na tej točki so polimeri daleč drug od drugega. Kot je pojasnjeno zgoraj, so medmolekulske sile močnejše, ko je razdalja med molekulami krajša. Če je torej med polimeri ujeta voda, medmolekulske sile oslabijo. Poleg tega lepila običajno ne uporabljajo polimerov neposredno. Snov z nizko molekulsko maso, raztopljena v topilu, ob stiku s kisikom v zraku spontano preide v kondenzacijsko reakcijo, pri kateri se pretvori v polimer, da se doseže adhezija. Tukaj se kondenzacijska reakcija nanaša na reakcijo, pri kateri snov z nizko molekulsko maso tvori snov z visoko molekulsko maso. Zato se pri shranjevanju lepil doda snov, ki zavira kondenzacijsko reakcijo, da se prepreči samolepljenje. V starih lepilih ta zaviralec kondenzacije izhlapi, zaradi česar se lepilo strdi in poslabša.
Lepila lahko na splošno razdelimo v tri vrste. Prvič, obstajajo lepila, ki uporabljajo polimere kot raztopine, kot sta škrobna pasta in gumijasta pasta. Drugič, obstajajo lepila, ki se začnejo kot tekočine z nizko molekulsko maso, vendar se po nanosu polimerizirajo v polimere. Nazadnje obstajajo lepila, ki vključujejo segrevanje trdnih polimerov, da se stopijo za lepljenje. Ta raznolikost lepil izhaja iz njihovih edinstvenih kemijskih lastnosti. Vsaka vrsta je prilagojena različnim aplikacijam, nekatera pa postanejo nepogrešljivi elementi v določenih panogah.
Epoksidna smola, ki se pogosto uporablja v vsakdanjem življenju in industrijski proizvodnji, spada v drugo vrsto. Kot vrsta sintetične smole epoksidna smola zajema široko paleto izdelkov, od tekočih do trdnih agregatnih stanj, ki se razlikujejo glede na tališče. Najbolj komercialno uporabljena epoksidna smola je etrska vrsta, ki nastane s kondenzacijsko reakcijo ECH in BPA, splošno znana kot DPP. Preprosto povedano, snovi z nizko molekulsko maso ECH in BPA reagirata pod pogoji natrijevega hidroksida in tvorita polimer, ki ima adhezivne lastnosti. Ta epoksidna smola zagotavlja močno adhezijo in vzdržljivost, zaradi česar se pogosto uporablja na visokotehnoloških področjih, kot so avtomobilske in letalske komponente, gradbeni materiali in drugo.
Lepila se pogosto uporabljajo. Samo epoksi smola ima na primer letno proizvodno vrednost približno 15 milijard dolarjev. Proizvodnja, polprevodniški procesi in vojaške aplikacije prav tako zahtevajo obsežno lepljenje, pri čemer se za vsako situacijo izberejo posebna lepila. Trajna rast industrije lepil je tesno povezana z razvojem novih materialov. Z nastankom novih materialov aktivno napredujejo raziskave in razvoj lepil za njihovo učinkovito lepljenje. Lepila širijo svojo potencialno uporabo onkraj tradicionalne uporabe na različna nova področja.
Lepila se ne uporabljajo le za tradicionalno lepljenje, temveč se domiselno uporabljajo tudi na novih področjih. Ladijski parni stroji so zaradi dolgotrajne potopitve v visokotemperaturne solne raztopine močno izpostavljeni koroziji. Poleg tega deli, pritrjeni z vijaki, pospešijo korozijo pri močnih vibracijah. V takih primerih nanos ustreznega lepila med komponente pred pritrditvijo z vijaki ustvari močnejšo vez in prepreči korozijo. Poleg tega se je uporaba lepil, kot so obliži, v biopolju znatno povečala. Od obližev, ki jih ljudje običajno uporabljajo za akne, nedavni izumi vključujejo lepila, primerna za lepljenje srca. Takšna lepila so obetavna za uporabo v srčni kirurgiji, porodništvu in ginekologiji ter abdominalni kirurgiji. Ta biolepila so sestavljena iz snovi, ki so neškodljive za človeško telo, in igrajo ključno vlogo pri skrajšanju časa okrevanja in preprečevanju okužb na mestih kirurškega posega. V sodobni medicini so lepila presegla svojo vlogo preprostih industrijskih orodij in postala bistveni instrumenti v biotehnologiji.
