Лепило, всяко вещество, което е способно да държи материалите по функционален начин чрез повърхностно закрепване, което издържа на разделянето. „Лепило“ като общ термин включва цимент, слуз, лепило и паста - термини, които често се използват взаимозаменяемо за всеки органичен материал, който образува адхезивна връзка. Неорганични вещества като портланд цимент също могат да се считат за лепила, в смисъл, че те държат предмети като тухли и греди заедно чрез повърхностно закрепване, но тази статия е ограничена до дискусия за органични лепила, естествени и синтетични.
Естествените лепила са известни още от древността. Египетските дърворезби, датиращи от 3 300 години, изобразяват залепването на тънко парче фурнир към това, което изглежда като дъска на явор. Папирус, ранен нетъкан текстил, съдържаше влакна от тръстикови растения, свързани заедно с брашна паста. Битумът, ямите на дърветата и пчелният восък са били използвани като уплътнители (защитни покрития) и лепила в древни и средновековни времена. Златният лист на осветени ръкописи беше свързан с хартия от яйчен белтък, а дървените предмети бяха залепени с лепила от риба, рог и сирене. Технологията на лепила за животни и риба напредна през 18-ти век, а през 19-ти век бяха въведени цименти на базата на каучук и нитроцелулоза. Решаващият напредък в технологиите за лепила обаче очаква 20-ти век, през което време се подобряват естествените лепила и много синтетика излиза от лабораторията, за да замени естествените лепила на пазара. Бързият растеж на въздухоплавателната и космическата промишленост през втората половина на 20 век оказа дълбоко влияние върху лепилната технология. Търсенето на лепила, които имаха висока степен на здравина на конструкцията и бяха устойчиви както на умора, така и на тежки условия на околната среда, доведоха до разработването на високоефективни материали, които в крайна сметка намериха своето приложение в много промишлени и битови приложения.
Тази статия започва с кратко обяснение на принципите на адхезия и след това преминава към преглед на основните класове естествени и синтетични лепила.
адхезия
При изпълнението на лепилните фуги най-важните фактори са физичните и химичните свойства на лепилото. Също така важни за определянето дали адхезивната фуга ще изпълнява адекватно са видовете залепване (тоест компонентите, които се съединяват - например метална сплав, пластмаса, композитен материал) и естеството на предварителната обработка на повърхността или грунд. Тези три фактора - лепило, залепване и повърхност - оказват влияние върху експлоатационния живот на свързаната структура. Механичното поведение на свързаната конструкция от своя страна се влияе от детайлите на конструкцията на фугата и от начина, по който приложените товари се прехвърлят от едната страна на другата.
Подразбиращо се при образуването на приемлива адхезивна връзка е способността на лепилото да се намокри и да се разпространи върху съединените прилепени части. Постигането на такъв междуфазен молекулен контакт е необходима първа стъпка във формирането на силни и стабилни адхезивни стави. След постигане на намокряне се създават присъщи сили на адхезия през интерфейса чрез редица механизми. Точният характер на тези механизми е обект на физическо и химическо проучване поне от 60-те години на миналия век, в резултат на което съществуват редица теории за адхезия. Основният механизъм на адхезия се обяснява с адсорбционната теория, която гласи, че веществата се придържат предимно поради интимния междумолекулен контакт. В адхезивните фуги този контакт се постига от междумолекулни или валентни сили, упражнявани от молекули в повърхностните слоеве на адхезива и прилепват.
В допълнение към адсорбцията са предложени четири други механизма на адхезия. Първото, механично блокиране, се случва, когато лепилото се влива в порите в прилежащата повърхност или около издатините на повърхността. Втората, интердифузия, се получава, когато течното лепило се разтваря и дифундира в прилепнали материали. В третия механизъм, адсорбция и повърхностна реакция, свързването възниква, когато адхезивните молекули адсорбират върху твърда повърхност и химически реагират с нея. Поради химическата реакция този процес се различава в известна степен от простата адсорбция, описана по-горе, въпреки че някои изследователи смятат химическата реакция за част от цялостния адсорбционен процес, а не като отделен адхезивен механизъм. И накрая, електронната или електростатичната теория на привличане предполага, че електростатичните сили се развиват в интерфейс между материали с различни електронни лентови структури. Като цяло повече от един от тези механизми играят роля за постигане на желаното ниво на сцепление за различни видове лепило и адхезив.
При образуването на адхезивна връзка възниква преходна зона в интерфейса между залепване и адхезив. В тази зона, наречена интерфаза, химичните и физичните свойства на лепилото могат да бъдат значително различни от тези в безконтактните части. Обикновено се смята, че интерфазният състав контролира трайността и здравината на адхезивната става и е отговорен преди всичко за пренасянето на напрежението от едно прилепване към друго. Интерфазният регион често е мястото на атака на околната среда, което води до ставна недостатъчност.
Силата на адхезивните връзки обикновено се определя от разрушителни тестове, които измерват напреженията, създадени в точката или линията на счупване на пробата. Използват се различни методи за изпитване, включително тестове за обелване, срязване на опън, разцепване и умора. Тези изпитвания се извършват при широк диапазон от температури и при различни условия на околната среда. Алтернативен метод за характеризиране на адхезивна става е чрез определяне на изразходваната енергия при разцепване на отделна площ от интерфазата. Изводите, получени от такива енергийни изчисления, по принцип са напълно еквивалентни на тези, получени от анализа на стреса.
Лепилни материали
На практика всички синтетични лепила и някои естествени лепила са съставени от полимери, които са гигантски молекули, или макромолекули, образувани от свързването на хиляди по-прости молекули, известни като мономери. Образуването на полимера (химична реакция, известна като полимеризация) може да се случи по време на етап "втвърдяване", при който полимеризацията се извършва едновременно с образуването на адхезивна връзка (какъвто е случаят с епоксидни смоли и цианоакрилати), или полимерът може да бъде образувани преди материала да се приложи като лепило, както при термопластичните еластомери, като блокови кополимери стирен-изопрен-стирен. Полимерите придават сила, гъвкавост и способност да се разпространяват и взаимодействат върху прилепнала повърхност - свойства, необходими за формирането на приемливи нива на адхезия.
Естествени лепила
Естествените лепила са предимно от животински или растителен произход. Въпреки че търсенето на натурални продукти намалява от средата на 20 век, някои от тях продължават да се използват с изделия от дърво и хартия, особено в гофрирана дъска, пликове, етикети на бутилки, подвързване на книги, картонени опаковки, мебели и ламинирано фолио и фолиа, Освен това, поради различни екологични разпоредби, естествените лепила, получени от възобновяеми ресурси, получават ново внимание. Най-важните натурални продукти са описани по-долу.
Животно лепило
Терминът животинско лепило обикновено се ограничава до лепила, приготвени от колаген от бозайници, основният протеинов компонент на кожата, костите и мускулите. Когато се третира с киселини, основи или гореща вода, нормално неразтворимият колаген бавно става разтворим. Ако първоначалният протеин е чист и процесът на превръщане е мек, продуктът с високо молекулно тегло се нарича желатин и може да се използва за храна или фотографски продукти. Материалът с по-ниско молекулно тегло, получен при по-енергична обработка, обикновено е по-малко чист и по-тъмен на цвят и се нарича животинско лепило.
Животинското лепило традиционно се използва при свързването на дърво, в производството на книги, в производството на шкурка, в тежки ленти с гуми и други подобни приложения. Въпреки предимството си на висок начален залепване (лепкавост), много животински лепило е модифицирано или изцяло заменено със синтетични лепила.
Казеиново лепило
Този продукт се получава чрез разтваряне на казеин, протеин, получен от мляко, във воден алкален разтворител. Степента и видът на алкала влияе върху поведението на продукта. При свързването с дърво казеиновите лепила обикновено превъзхождат истинските животински лепила по устойчивост на влага и характеристики на стареене. Казеинът също се използва за подобряване на прилепващите характеристики на боите и покритията.
Лепило за кръвен албум
Лепилото от този тип се произвежда от серумен албум, кръвен компонент, който може да се получи или от прясна животинска кръв, или от изсушена разтворима кръв на прах, към която е добавена вода. Добавянето на алкал към смеси от албум-вода подобрява адхезивните свойства. Значително количество лепилни продукти от кръв се използват в шперплатната промишленост.
Нишесте и декстрин
Нишестето и декстринът се извличат от царевица, пшеница, картофи или ориз. Те представляват основните видове растителни лепила, които са разтворими или диспергиращи се във вода и се получават от растителни източници по целия свят. Нишестето и декстриновите лепила се използват в велпапе и опаковки и като лепило за тапети.
