Lepilo, katera koli snov, ki lahko na površini pritrdi materiale na površini, ki preprečuje ločitev. "Lepilo" kot splošni izraz vključuje cement, sluz, lepilo in pasto - izrazi, ki se pogosto zamenljivo uporabljajo za kateri koli organski material, ki tvori adhezivno vez. Tudi anorganske snovi, kot je portlandski cement, se lahko štejejo za lepila, v smislu, da med površino držijo predmete, kot so opeka in tramovi, vendar je ta članek omejen na razpravo o naravnih in sintetičnih organskih lepilih.
Naravna lepila so znana že od antike. Egiptovske rezbarije, stare 3.300 let, prikazujejo lepljenje tankega kosa furnirja, na katerega je videti, da je plošča soma. Papirus, zgodnja netkana tkanina, je vseboval vlakna rastlin, podobnih trstičici, zlepljenih z moko. Bitumen, drevesne jame in čebelji vosek so v antičnih in srednjeveških časih uporabljali kot tesnilne mase (zaščitne prevleke) in lepila. Zlati list osvetljenih rokopisov je bil na papir zlepljen z jajčnim beljakom, leseni predmeti pa so bili lepljeni z lepilom iz rib, rogov in sira. Tehnologija lepil za živali in ribe je v 18. stoletju napredovala, v 19. stoletju pa so uvedli cemente na osnovi gume in nitroceluloze. Odločen napredek tehnologije lepil pa je dočakal 20. stoletje, v tem času pa so se izboljšala naravna lepila in iz laboratorija je prišlo veliko sintetike, ki bi nadomestila naravna lepila na trgu. Hitra rast letal in vesoljske industrije v drugi polovici 20. stoletja je močno vplivala na tehnologijo lepil. Povpraševanje po lepilih, ki so imeli visoko strukturno trdnost in so bili odporni tako na utrujenost kot v težkih okoljskih pogojih, je privedlo do razvoja visokozmogljivih materialov, ki so se sčasoma znašli v številnih industrijskih in domačih aplikacijah.
Ta članek se začne s kratko razlago načel adhezije in nato nadaljuje pregled glavnih razredov naravnih in sintetičnih lepil.
Lepljenje
Pri izvedbi lepilnih spojev so fizikalne in kemijske lastnosti lepila najpomembnejši dejavniki. Pri določanju, ali bo lepilni spoj pravilno deloval, so pomembne tudi vrste lepljenja (to je sestavnih delov - npr. Kovinske zlitine, plastike, kompozitnih materialov) in narava obdelave površine ali temeljnega premaza. Ti trije dejavniki - lepilo, lepilo in površina - vplivajo na življenjsko dobo vezane konstrukcije. Na mehansko obnašanje vezane konstrukcije vplivajo podrobnosti konstrukcije spoja in način prenosa uporabljenih obremenitev z enega na drugega.
Implicitna tvorba sprejemljive adhezivne vezi je sposobnost lepila, da se zmoči in razširi na spojene vezi. Doseganje takšnega medfaznega molekularnega stika je nujen prvi korak pri oblikovanju močnih in stabilnih adhezivnih sklepov. Ko je močenje doseženo, se skozi vmesnik prek številnih mehanizmov ustvarijo notranje lepilne sile. Natančna narava teh mehanizmov je bila predmet fizikalnih in kemijskih preučevanj že vsaj od šestdesetih let prejšnjega stoletja, zaradi česar obstajajo številne teorije adhezije. Glavni mehanizem oprijema razlaga adsorpcijska teorija, ki pravi, da se snovi držijo predvsem zaradi intimnega medmolekulskega stika. V lepilnih sklepih ta stik dosežemo z medmolekulskimi ali valenčnimi silami, ki jih imajo molekule v površinskih plasteh lepila in lepijo.
Poleg adsorpcije so bili predlagani še štirje mehanizmi adhezije. Prvo, mehansko zaklepanje, se pojavi, ko lepilo teče v pore na pripadajoči površini ali okoli izboklin na površini. Druga, interdifuzijska, nastane, ko se tekoče lepilo raztopi in razprši v oprijemljive materiale. V tretjem mehanizmu se adsorpcija in površinska reakcija vežejo, ko se adhezivne molekule adsorbirajo na trdno površino in kemično reagirajo z njo. Zaradi kemijske reakcije se ta postopek do neke mere razlikuje od preproste adsorpcije, opisane zgoraj, čeprav nekateri raziskovalci menijo, da je kemijska reakcija del celotnega adsorpcijskega procesa in ne ločen adhezijski mehanizem. Končno teorija elektronske ali elektrostatične privlačnosti kaže, da se elektrostatične sile razvijejo na vmesniku med materiali z različnimi strukturami elektronskih pasov. Na splošno ima več kot eden od teh mehanizmov vlogo pri doseganju želene stopnje oprijema za različne vrste lepila in lepila.
Pri tvorbi adhezivne vezi nastane prehodna cona v vmesniku med lepilom in lepilom. V tej coni, imenovani interfaza, se lahko kemične in fizikalne lastnosti lepila znatno razlikujejo od tistih v brezkontaktnih delih. Na splošno velja, da medfazni sestavek nadzira vzdržljivost in trdnost lepilnega sklepa in je v prvi vrsti odgovoren za prenos napetosti z enega na drugega. Medfazno območje je pogosto prizorišče okoljskih napadov, kar vodi do okvare sklepov.
Moč adhezivnih vezi običajno določimo z destruktivnimi preskusi, ki merijo napetosti, postavljene na točki ali liniji loma preskušanca. Uporabljajo se različne preskusne metode, vključno s preskusi lupljenja, nateznega striženja, cepitve in preskusa utrujenosti. Ti testi se izvajajo pri najrazličnejših temperaturah in v različnih okoljskih pogojih. Nadomestna metoda za karakterizacijo lepilnega sklepa je z določitvijo porabljene energije pri cepljenju narazen površinske enote medfaze. Zaključki, ki izhajajo iz takšnih izračunov energije, so načeloma popolnoma enakovredni tistim, ki izhajajo iz analize stresa.
Lepilni materiali
Skoraj vsa sintetična lepila in nekatera naravna lepila so sestavljena iz polimerov, ki so orjaške molekule, ali makromolekule, ki nastanejo s povezovanjem na tisoče enostavnejših molekul, znanih kot monomeri. Tvorba polimera (kemična reakcija, znana kot polimerizacija) se lahko zgodi med korakom "strjevanja", v katerem polimerizacija poteka hkrati s tvorbo adhezivne vezi (kot je to primer z epoksi smolami in cianoakrilati), ali pa je polimer lahko tvorjen pred nanašanjem materiala kot lepilo, kot pri termoplastičnih elastomerih, kot so blok-kopolimeri stiren-izoprena-stirena. Polimeri dajejo moč, prožnost in zmožnost širjenja in medsebojnega delovanja na sosednji površini - lastnosti, ki so potrebne za oblikovanje sprejemljivih ravni adhezije.
Naravna lepila
Naravna lepila so predvsem živalskega ali rastlinskega izvora. Čeprav se povpraševanje po naravnih izdelkih zmanjšuje od sredine 20. stoletja, nekatere od njih še naprej uporabljamo z izdelki iz lesa in papirja, zlasti v valoviti plošči, ovojnicah, nalepkah na steklenicah, vezavah knjig, škatlah, pohištvu ter laminirani film in folije. Poleg tega se zaradi različnih okoljskih predpisov naravna lepila, pridobljena iz obnovljivih virov, ponovno posvečajo pozornosti. Spodaj so opisani najpomembnejši naravni proizvodi.
Živalsko lepilo
Izraz živalsko lepilo je običajno omejeno na lepila, pripravljena iz kolagena sesalcev, glavnega sestavina beljakovin iz kože, kosti in mišic. Ob zdravljenju s kislinami, alkalijami ali vročo vodo običajno netopni kolagen počasi postane topen. Če je originalni protein čist in je postopek pretvorbe blag, se izdelek z visoko molekularno maso imenuje želatina in se lahko uporablja za hrano ali fotografske izdelke. Material z nižjo molekulsko maso, ki nastane z intenzivnejšo obdelavo, je običajno manj čiste in temnejše barve in se imenuje živalsko lepilo.
Živalsko lepilo se že tradicionalno uporablja pri spajanju lesa, vezavi knjig, izdelavi brusnega papirja, težkih gumiranih trakov in podobnih aplikacijah. Kljub temu, da ima prednost začetno lepljivost (lepljivost), je bilo veliko živalskega lepila spremenjeno ali v celoti nadomeščeno s sintetičnimi lepili.
Lepilo kazein
Ta izdelek je narejen z raztapljanjem kazeina, beljakovine, pridobljene iz mleka, v vodnem alkalnem topilu. Stopnja in vrsta alkalij vplivata na obnašanje izdelka. Pri lepljenju lesa so kazeinska lepila v primerjavi z resničnimi živalskimi lepili v lastnostih odpornosti proti vlagi in staranju. Kazein se uporablja tudi za izboljšanje oprijemljivih lastnosti barv in premazov.
Lepilo za krvni album
Tovrstno lepilo je narejeno iz serumskih albuminov, krvnih sestavin, ki jih je mogoče dobiti iz sveže živalske krvi ali iz posušenega topnega krvnega praška, ki so mu dodali vodo. Dodajanje alkalije mešanicam albuminov in vode izboljša lastnosti lepila. V industriji vezanega lesa se uporablja velika količina lepilnih izdelkov iz krvi.
Škrob in dekstrin
Škrob in dekstrin se ekstrahirata iz koruze, pšenice, krompirja ali riža. Predstavljajo glavne vrste rastlinskih lepil, ki so topna ali disperzijska v vodi in jih pridobivajo iz rastlinskih virov po vsem svetu. Škrobna in dekstrinska lepila se uporabljajo v valoviti plošči in embalaži ter kot lepilo za tapete.
