ترشوندگی و چسبندگی در رنگ ها و چسب ها

کشش سطحی عامل مؤثر بر برهم کنش های فصل مشترک است. برخلاف مولکولهای گاز، مولکولهای مایعات و جامدات حجم مشخصی را اشغال می کنند که به دلیل نیروهای بین مولکولی قوی تر در جامدات و مایعات است. اثر این نیروهای بین مولکولی را پیوستگی میگویند. همچنین، بر سطح مایعات و جامدات، نیروهای پیوستگی در حضور مولکولهای وجود ندارد. در عوض، در این مواد میزان برهم کنش با مولکولهای مجاور بیشتر است. کشش سطحی دلیل تشکیل قطرات توسط مایعات است. آب دارای کشش سطحی نسبتا ً بالایی است که باعث حرکت برخی حشرات بر روی سطح آب می شود. در اصل، کشش سطحی انرژی بینابین ویژه ای بین مایعات و هوا می باشد. بین مایعات و جامدات نیز برهم کنش وجود دارد. این برهم کنش ها مسئول تر شوندگی نیروهای مویینگی می باشند. کشش سطحی مایعات دلیل اصلی تشکیل قطراتی با شکل های مختلف بر روی سطح می باشند. زاویه تماس قطرات مختلف معیاری از کشش سطحی می باشد. مایعاتی با کشش سطحی کم قطراتی مسطح با زاویه تماس کم ایجاد می کنند. افزایش کشش سطحی ایجاد قطراتی با زوایای ترشوندگی بالا می کند تا زمانی که تقریبا ً نیم دایره ای با زاویه تر شوندگی 90 درجه ایجاد شود. مایعاتی با کشش سطحی بسیار بالا قطراتی با زوایای تر شوندگی بیشتر از 90 درجه ایجاد می کنند. در نتیجه مساحتی از مایع که در تماس با زیرآیند است کوچکتر خواهد شد.

اولین شرط یک مایع برای تر کردن سطح زیرین خود کشش سطحی پایین در فصل مشترک آن با هوا می باشد. به علاوه، ترکنندگی بستگی به برهمکنش سطح مایع با سطح شیء نیز دارد (کشش بین سطحی). اساس کشش بین سطحی مشابه حلالیت می باشد. مواد با ساختار مولکولی مشابه، با هر قطبیتی، برهمکنش سطوح بیشتری دارند. بنابراین، راندمان ترکنندگی وابسته به برهمکنش سطح است. ساختار سطح هم اثر مؤثری یر روی خواص ترکنندگی دارد. سطحی با تمایل زیاد نسبت به مایع و زبری بالا خیلی بیشتر از یک سطح صاف و صیقلی تر میشود.

چسبندگی به شدت وابسته به خاصیت ترکنندگی است. مقدار چسبندگی از طریق اندازه گیری نیرو بر واحد سطحی که لازم است تا لایه ای از فیلم از زیرایند جدا شود تعریف میشود. پس از اعمال پوشرنگ و تر شدن زیرایند، تشکیل فیلم با تبخیر حلال ها یا عوامل پراکنش و در بیشتر مواقع، با واکنش های شبکه ای شدن اتفاق می افتد. این دو مرحله می توانند حجم و چگالی پوشرنگ را تغییر دهند. این گونه به نظر می رسد که عمل تر کنندگی در واقع تشکیل اتصالات فیزیکی بین پوشرنگ و زیرایند است. برای رسیدن به میزان چسبندگی بهینه لازم است که برهمکنش های فیزیکی در حین تشکیل فیلم حتی اگر چگالی نیز تغییر کند، پایدار و مداوم باشند. همچنین این امکان وجود دارد که برهمکنش های فیزیکی با انواع دیگری از اتصالات فیزیکی جایگزین شوند.

مناظره های زیادی بر روی یافتن تعریف طبیعت ویژه برهمکنش های فیزیکی که برای چسبندگی لازم است صورت گرفته است. بسیاری بر این عقیده هستند که گروههای قطبی در ماتریس پوشش، برای مثال گروه های کربونیل، می توانند با ترکیب الکترون دوست سطح زیرایند مانند کاتیون های فلز برهم کنش فیزیکی داشته باشند. این برهم کنش های فیزیکی می توانند تقریبی از اتصالات شیمیایی پیچیده باشند. سایر گروه های قطبی مانند هیدروکسیل، اتر، کربوکسیل، آمید و گروه های یورتان امکان ایجاد پیوند فیزیکی با گروه های مناسب موجود بر روی زیرایند را دارند. تمامی این اتصالات فیزیکی در مجموع چیزی است که ما آن را چسبندگی می نامیم. اگرچه این یک تعریف قابل قبول از چسبندگی است، اما این تعریف قابلیت توجیح تمامی اثرات چسبندگی را ندارد. بر روی سطوح غیر قطبی مواد خاصی نیاز است تا بتوانند ایجاد چسبندگی مناسب کنند. برای مثال پلاستیک های پلی پروپیلن را می توان در نظر گرفت. بجز یک استثناء، هیچ پوشرنگ پلیمری ای قابلیت ایجاد چسبندگی مناسب بر روی سطح پلی پروپیلن اصلاح نشده را ندارد. یک ماده استثنایی که قابلیت چسبندگی بر سطح اصلاح نشده پلی پروپیلن را دارد، پلی اولفین بشدت کلرینه شده می باشد. اینگونه به نظر می رسد که مهمترین علت این چسبندگی نزدیک شدن مولکولی و در نتیجه ایجاد نیروهای جذبی واندروالس است که نقش بسیار مهمی را در چسبندگی ایفا می کنند و تمامی اثرات گروه های قطبی و سایر گروه ها فقط جزئی از این پدیده کلی می باشند. برای این منظور، اثر شبکه ای شدن بر روی چسبندگی مورد بررسی قرار گرفت. اگر لایه ای از فیلمی دارای چگالی شبکه ای بسیار بالایی باشد، چسبندگی آن به لایه بعدی بسیار کم خواهد بود. زیرا طی فرایند اعمال، پوشرنگ باید تا حدی بتواند در لایه قبلی نفوذ کنند تا بتوانند چسبندگی را افزایش دهند. در این حین ممکن است که کمی تورم در لایه زیرین رخ دهد، اما اگر این لایه چگالی شبکه ای بالایی داشته باشد تورم در آن رخ نخواهد داد و در نتیجه بر هم کنش مولکولی نخواهیم داشت. در این حالت بهتر است که از حلال های بسیار قوی در فیلم دوم استفاده کرد تا بتوانند در لایه زیرین نفوذ کنند و باعث تورم آن شوند. همچنین گزارش شده است که چسبندگی عالی به لایه اولی زمانی حاصل میشود که پوشش دوم بطور مطلوبی شبکه ای شود. در اینجا مدلی را برای توجیه این پدیده ارائه خواهیم کرد. از آنجایی که عامل اصلی چسبندگی بر همکنش های فیزیکی بین گروه های مولکولی خاص بر روی لایه دوم با سطح زیرایند می باشد، نوع شبکه موجود بین این گروه ها نیز بسیار مهم می باشد. اگر شبکه ای شدن نسبتا ً متراکم باشد، اما شبکه مولکولی بزرگ نباشد، تعداد گروه های چسبندگی بر سطح مولکولی پایین خواهد بود. این گونه شبکه هایی به خوبی چسبیده نمیشوند، و از طرفی بسیار شکننده هستند. زمانی که شبکه های مولکولی در مناطق بزرگی گسترده شوند، این مناطق از شبکه با گروه های چسبیده بیشتری ارتباط متصل خواهند شد و درنتیجه چسبندگی بهینه خواهد شد. شبکه های بزرگ نیز دارای مزایای دیگری مانند کشسانی، مقاومت به حلال ها و مواد شیمیایی بیشتر نیز می باشد.

برخی از محققان اظهار داشته اند که بهترین چسبندگی بین لایه ای زمانی رخ می دهد که بین دو لایه اتصالات کووالانس وجود داشته باشد. قابل ذکر است که شبکه های مولکولی شبکه ای شده برخی گروه های عاملی آزاد و مولکولهای شبکه ای نشده که جرم مولکولی آنها کمتر از مقدار میانگین است را نیز شامل می شوند. اینکه این گروه های عاملی آزاد و یا اجزاء مولکولی می توانند به طور شیمیایی با گروه های متناظر در لایه بعدی پوشش واکنش دهند، مورد سوال است. زیرا برخی دلایل سینتیکی این فرضیه را رد می کند. حتی اگر برخی اتصالات شیمیایی بین سطحی تشکیل شوند، آنها هیچ گونه دخالتی در چسبندگی بین لایه ای نخواهند داشت زیرا تشکیل چنین پیوندهایی تقریبا ً غیر ممکن است. در این راستا، قابل ذکر است که فیلم هایی که توسط حلال، آب و یا مواد شیمیایی متورم نشده اند عموما ً دارای چسبندگی کمتری بوده اند. اینگونه به نظر می رسد که فیلم های متورم شونده نسبت به صدمات مکانیکی بسیار حساس بوده و شبکه ی مولکولی آنها خیلی راحت تر تخریب می شود. این مطلب می تواند عامل کاهش چسبندگی باشد. چسبندگیبا اعمال نیروهای مکانیکی به لایه پوششی مورد بررسی قرار می گیرد که این فرایند ممکن است منجربه تخریب و تغییر فرم شود. اگر که تورم ماتریس پوشش نیز در نظر گرفته شود، آزمون های چسبندگی به آزمون های چسبندگی تر تبدیل می شود.

چسبندگی بین لایه ای فیلم های رویه و آستری صافگر می تواند با انتخاب رنگدانه های خاصی بهبود یابد. رنگدانه هایی که به خوبی پراکنده شده یا ساختار صفحه ای دارند، می توانند چسبندگی را بهبود دهند. این نوع رنگدانه ها می توانند رئولوژی، همترازی و ساختارهای سطحی خاصی ایجاد کنند که این عوامل می توانند باعث افزایش چسبندگی لایه بعدی شوند. همچنین این احتمال وجود دارد که قسمت هایی از این رنگدانه ها از سطح فیلم خارج شده و بتوانند نقش یک لنگر یا تکیه گاه را برای لایه بعدی ایفا کنند. محدودیت هایی نیز استفاده از این نوع رنگدانه ها در فرمولاسیون وجود دارد، از جمله اینکه حضور و مقدار آنها نباید بر روی خواص همواری، قدرت پرکنندگی، برداشت روپوشه و براقیت اثر سوء داشته باشد.

انجام آزمونهای فیزیکی دقیق برای اندازه گیری میزان چسبندگی فیلم دشوار و گران قیمت می باشند. برای مثال، آزمون چسبندگی کششی که در آن مجموعه دو لایه به صورت یک فیلم آزاد از روی سطح کشیده میشوند تا زمانی که جدا شود، این روش بسیار دشوار است. اولا ً تهیه نمونه های آزاد بسیار مشکل است. ثانیا ً، چسب های موجود بر روی پانچ ها نیز ممکن است که بر روی خواص فیلم اثر بگذارد و یا اینکه این چسب  دارای قدرت چسبندگی کمتری نسبت به چسبندگی فیلم ما باشد. بنابراین، روش های عملی تری برای اندازه گیری چسبندگی استفاده می شود. بهترین این روش ها آزمون برش متقاطع می باشد که در آن چندین برش موازی با فواصل 1 تا 2 میلی متر که این فاصله ها بستگی به ضخامت فیلم دارد، کنار هم ایجاد می شوند و سپس به همان تعداد برش به صورت عمود بر برشهای اولیه ایجاد می شود. این برش های منجر به ایجاد مربع های کوچکی می شود. سپس ناحیه برش داده شده با دقت تمام توسط چسب مخصوص پوشانده شده، که بعدا ً به سرعت از روی سطح جدا می شود. مقدار چسبندگی بر اساس مقدار نواحی آسیب دیده در مربع های ایجاد شده گزارش می شود. تعداد مربع جدا شده از فبلم را به صورت درصد گزارش می دهند. قابل ذکر است که نتایج بدست آمده از آزمون برش متقاطع نه تنها بستگی به چسبندگی پوشش دارد بلکه وابسته به انعطاف پذیری فیلم نیز می باشد.