پلیمرهای زیستی به عنوان چسب های زیستی پایدار برای فلزات
1. مقدمه
در طول دهه ی گذشته، تاکید زیادی بر بهبود پایداری محصولات و فرآیندهای شیمیایی صنعتی شده است. مواد زیست پایه به دلیل این که در طبیعت به وفور وجود دارند، جذاب هستند. این موضوع در مورد چسب‌ها نیز مانند هر دسته دیگر از مواد صادق است. چسب‌ها معمولاً حاوی پلیمری هستند که یا به صورت کووالانسی به مواد متصل میشوند و یا از نیروهای جاذبه ی فیزیکی-شیمیایی برای اتصال استفاده می‌کنند. اغلب چسب ها در محلول به کار برده میشوند و در حین یا بعد از تبخیر حلال، اتصال چسب ایجاد میشود.
به عنوان مثال، مواد اپوکسی-دیامین در کاربردهای مختلف از جمله چسب های فلزی و رنگ استفاده میشود. مونومرهای مایع، یا گروههای اپوکسید واکنش نداده در پلیمرها، میتوانند با گروه های اکسید/هیدروکسید سطح فلز واکنش دهند و در حین پخت، پیوندهای شیمیایی بین پلیمر و سطح ایجاد کنند، که باعث افزایش چسبندگی میشود. زبر شدن سطح فلز، مانند عملیات پلاسما یا عملیات اسیدی، باعث تولید لایه ی اکسید فلزی روی سطح فلز میشود که برهمکنش کووالانسی و غیرکووالانسی با چسب پلیمری را افزایش می‌دهد. این امر به خوبی توسط Yoshida و Ishida در بررسی رفتار پخت رزین اپوکسی Epon 828 ( متشکل از اپی کلروهیدرین حاوی اتر دی گلیسیدال و بیس فنول A روی سطوح مس، فولاد و آلومینیوم نشان داده شد. پلی یورتانها دسته ی مهم دیگری از چسبهای فلزی را تشکیل میدهند.
تغییر از حلال های آلی به چسب های محلول در آب یا چسب هایی با درصد جامد بالا از تبخیر مخرب در فرآیند تولید جلوگیری میکند ، طول عمر را حفظ میکند و هزینه های دفع و مشکلات زیست-محیطی را به حداقل میرساند. محصولات طبیعی منبع متنوعی از مواد محلول در آب هستند که میتوانند به عنوان چسب عمل کنند. مثال های معروف عبارتند از دکسترین، ژلاتین، کازئین و نشاسته. به عنوان مثال، Imam و همکاران. یک جایگزین برای رزین فنل فرمالدئید با استفاده از نشاسته، پلی وینیل الکل و هگزامتوکسی متیل ملامین فرموله کردند که از اسید سیتریک به عنوان کاتالیزور استفاده شد. از مزایای این سیستم میتوان به ماهیت بدون فرمالدئید، هزینه ی کم و فقدان ردپای محیطی آن اشاره کرد، زیرا نشاسته را میتوان به مقدار زیاد از محصولات کشاورزی به دست آورد. از نمونه های دیگر مواد چسبنده ی زیستی محلول در آب میتوان به کلاژن اسکلروپروتئینی اشاره کرد که از بافت حیوانی جمع آوری میشود و هزاران سال است که مورد استفاده قرار گرفته است.
در این تحقیق، ما روی آلژینات ها به عنوان یک پلی ساکارید آنیونی زیست-سازگار، ارزان قیمت و زیست-تخریب پذیر که سمیت کمی دارد تمرکز میکنیم. آلژینات به طور گسترده ای به عنوان افزودنی غذایی و همچنین برای مواد عایق ساختمانی (بر پایه ی کامپوزیت چوب و الیاف پنبه ای) استفاده میشود. از افزودنی ها نیز برای بهبود مقاومت چسبندگی چسب پلی آمید و کپسوله سازی سلول در چسب های هیدروژل استفاده میشود.
با الهام از این گزارش‌ها و با توجه به عدم آزمایش آلژینات ساده، ما آلژینات سدیم را به عنوان ماده چسبنده برای چندین فلز و پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) بررسی کردیم. آزمایش‌های ساده ی کشش و لایه‌برداری (شکل 1) با دیسک‌های مختلف انجام شد که در این آزمایشها از متغیرهای مختلف مانند مقدار محلول آلژینات اعمال‌شده، زمان خشک‌کردن، دمای خشک‌کردن، مساحت سطح و مواد چسبنده استفاده شد.
شکل 1. تصویر اندازه گیری استحکام چسب توسط تست کشش (a) و تست لایه برداری (b)
2 . بخش تجربی
آماده سازی سطح و نمونه
سطح فلز با کاغذ سنباده اکسید آلومینیوم (120 و سپس 180 گریت) برای حذف آلودگی های سطحی به طور مختصر سمباده زده شد، در H2SO4 غلیظ به مدت 1 دقیقه قرار گرفت و سپس با آب، اتانول و استون تمیز شد. محلول های آلژینات قبل از استفاده در آب مقطر آماده شدند. غلظت های مختلف محلول آلژینات به یکی از دو سطح اعمال شد، بلافاصله در تماس با سطح دیگر قرار گرفت و سپس مواد برای مدت زمان مقرری خشک شدند. تست بارِ شکست، در دو حالت (آزمایش کشش و تست لایه برداری °90، شکل 1) انجام شد به این صورت که وزنه ها به مدت 1.5 دقیقه از قلاب آویزان می شدند و وزن وزنه ها ، از 1 به 28.5 کیلوگرم به صورت پله پله (هر بار 2.5 کیلوگرم) اضافه میشد.
3. نتیجه گیری
آزمایش ها نشان میدهند که محلول‌های ساده آلژینات سدیم به‌عنوان چسبهای مؤثر برای سطوح مختلف فلزی عمل می‌کنند و با این که تا حدودی قدرت کمتری دارند، همچنان چسبهای قابل توجهی برای پلی اتیلن هستند و با توجه به دانش ما، برای توصیف چنین پدیده ای، میتوان گفت که آلژینات حاوی گروه های عاملی زیادی است که میتوانند به صورت غیرکووالانسی با سطوح اکسید شده یا اسید شویی شده تعامل داشته باشند. چسبندگی نیاز به خشک شدن دارد که یا در دمای اتاق به آرامی و یا در دمای بالا سریعتر اتفاق میافتد. همینطور برهمکنش چسب میتواند توسط آب مختل شود. آلژینات ها مستلزم مطالعات بیشتری هستند زیرا آنها چسب های فلزی ارزان و قوی ای هستند که میتوانند زمان پخت طولانی را تحمل کنند.