คิดสูตรกาวไม่ออกเหรอ ใส่ผงสิ!

การพัฒนาสูตรกาวอาจเป็นเรื่องท้าทายอย่างยิ่ง ปัญหาหลักอยู่ที่ความต้องการสูตรที่ตรงเป้าหมาย วัตถุดิบที่เหมาะสมจำนวนมากจะต้องผสมกันเพื่อให้ได้คุณสมบัติที่ต้องการ ซึ่งต้องอาศัยการลองผิดลองถูกอย่างต่อเนื่องเพื่อแก้ไขข้อขัดแย้งโดยธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องเผชิญกับคอขวด การแนะนำตัวเลือกเพิ่มเติมอีกหนึ่งตัวเลือกอาจนำไปสู่การพัฒนาที่สำคัญ

ความยากลำบากหลักในการพัฒนาสูตรกาว

ความท้าทายในการสร้างสูตรกาวสามารถเข้าใจได้ดีขึ้นผ่านตัวอย่างในทางปฏิบัติ Tang Long และคณะได้ศึกษาแนวทางการพัฒนาสูตรใหม่สำหรับส่วนประกอบโพลีออลในกาวโพลียูรีเทนสองส่วนประกอบโดยเฉพาะ แนวทางของพวกเขามุ่งเป้าไปที่การสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการทำงานที่มีความแข็งต่ำและความแข็งแรงในการยึดติดสูง

การเพิ่มประสิทธิภาพวัตถุดิบ

ผู้เขียนเริ่มต้นด้วยการใช้การออกแบบการทดลองแบบตั้งฉากเพื่อปรับประเภทของวัตถุดิบที่ใช้ให้เหมาะสม ขั้นตอนนี้มีความสำคัญต่อการระบุส่วนประกอบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสูตรกาว

อัตราส่วนการปรับแต่งอย่างละเอียด

หลังจากนั้น พวกเขาได้ใช้การออกแบบการทดลองที่ปรับแต่งโดย JMP เพื่อปรับอัตราส่วนของวัตถุดิบที่เลือกให้เหมาะสมที่สุด วิธีนี้ช่วยหลีกเลี่ยงความท้าทายทั่วไปในการจัดการกับทั้งประเภทและอัตราส่วนของวัสดุพร้อมกันในการพัฒนาสูตรแบบเดิมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ผลการศึกษาของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าวิธีการใหม่นี้สามารถตอบโจทย์ความต้องการที่ขัดแย้งกันของกาวที่มีความแข็งต่ำและความแข็งแรงในการยึดติดสูงได้สำเร็จ พวกเขาประสบความสำเร็จในการผลิตกาวโพลียูรีเทนที่มีลักษณะเฉพาะดังนี้:

• ความแข็งของคอลลอยด์: 40D
• ความแข็งแรงแรงเฉือนแรงดึง: 11.34 MPa (แผ่นอลูมิเนียมต่อแผ่นอลูมิเนียม)
• ความแข็งแรงของพันธะ: 283.5 kPa/D ต่อหน่วยความแข็ง

การทดลองพัฒนาเสร็จสมบูรณ์หรือยัง? ยังไม่ค่อยสมบูรณ์ ผู้เขียนสังเกตว่ายังมี "ปัญหา" อยู่หลายประการ ซึ่งเน้นย้ำถึงความยากลำบากในการพัฒนาสูตรกาวที่ยังคงดำเนินอยู่ ความท้าทายเหล่านี้มักเป็นอุปสรรคสำคัญที่นวัตกรรมใหม่ๆ จะเกิดขึ้นได้

ความสำคัญของการประเมินสมมติฐานที่ไม่ถูกต้องต่อไปนี้

การโต้ตอบระหว่างหมวดหมู่หลัก:กระบวนการเพิ่มประสิทธิภาพไม่ได้คำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างหมวดหมู่ของวัตถุดิบที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจส่งผลต่อการตอบสนองต่อการทดสอบอย่างมีนัยสำคัญ

สมบัติทางกายภาพของวัตถุดิบ:ปัจจัยต่างๆ เช่น ความบริสุทธิ์ ปริมาณความชื้น และความสม่ำเสมอของวัตถุดิบถูกละเลยในการวิเคราะห์ ซึ่งอาจทำให้ผลลัพธ์เบี่ยงเบนไปได้

ความเป็นอิสระของผลกระทบจากวัตถุดิบ:สมมติฐานที่ว่าประเภทและสัดส่วนของวัตถุดิบมีผลต่อการตอบสนองต่อการทดสอบอย่างเป็นอิสระนั้นมีข้อบกพร่อง เนื่องจากปัจจัยเหล่านี้มักส่งผลต่อกันและกัน

เมื่อพิจารณาถึงความไม่แน่นอนในการกำหนดสูตร จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องหาวิธีลดผลกระทบ กลยุทธ์ที่มีประสิทธิผลอย่างหนึ่งคือการใช้ปัจจัยที่ควบคุมได้ในระดับหนึ่งเพื่อชดเชยความไม่แน่นอนเหล่านี้

การใช้สารตัวเติมในกาว

(1) การเลือกฟิลเลอร์กระแสหลัก

การเลือกใช้สารตัวเติมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เช่น แคลเซียมคาร์บอเนตและซิลิกา จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะ สารตัวเติมแร่ธาตุไม่เพียงแต่ให้โซลูชันที่คุ้มต้นทุนเท่านั้น แต่ยังมีฟังก์ชันที่หลากหลายอีกด้วย สารตัวเติมแร่ธาตุเป็นส่วนประกอบหลักในการผลิตกาวมาหลายปี ทำให้สามารถปรับแต่งคุณสมบัติได้อย่างละเอียด Tang Long และคณะเน้นย้ำว่าในการศึกษาของพวกเขา ช่วงของเรซินเมทริกซ์และสารขยายสายโซ่/สารเชื่อมขวางมีผลต่อผลการทดสอบมากที่สุด สารเติมแต่งรีโอโลยีมีอิทธิพลรอง ในขณะที่สารตัวเติมมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ โดยอยู่ระหว่างผลหลักและผลรอง

เมื่อเลือกฟิลเลอร์ จะมีความยืดหยุ่นค่อนข้างมาก และฟิลเลอร์แบบดั้งเดิมมักเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด การใช้ฟิลเลอร์แบบดั้งเดิมในการผลิตมาอย่างยาวนานทำให้มีประสิทธิภาพด้านต้นทุนและความเสถียรสูงกว่า ตัวอย่างเช่น แคลเซียมคาร์บอเนตซึ่งขึ้นชื่อในเรื่องความละเอียด ความสม่ำเสมอ และสีขาวสูง ถูกนำมาใช้เป็นฟิลเลอร์ในกาวอย่างแพร่หลาย

Cui Lidong และคณะได้ทำการวิจัยโดยใช้แคลเซียมคาร์บอเนต 850 เมชเป็นสารตัวเติมในกาวอิมัลชันสำหรับไม้ พวกเขาศึกษาผลกระทบของอัตราส่วนการเติมที่แตกต่างกันต่อประสิทธิภาพของกาวผ่านวิธีการทดลองปัจจัยเดียว ผลการวิจัยระบุว่า:

• ความหนืดและความแข็ง:เพิ่มขึ้นตามอัตราส่วนแคลเซียมคาร์บอเนตที่สูงขึ้น
• ความแข็งแรงของพันธะ:เพิ่มขึ้นในช่วงแรก จากนั้นลดลงในอัตราที่สูงขึ้น
• ความเสถียร:เสื่อมลงเมื่อมีปริมาณสารตัวเติมเพิ่มมากขึ้น

ผลกระทบของสารตัวเติมต่อประสิทธิภาพของกาว

ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราส่วนการเติมแคลเซียมคาร์บอเนตและความแข็งชอร์เอ

โจว เสี่ยว และคณะ ได้ศึกษาวิจัยอิทธิพลของผงควอตซ์ในฐานะสารตัวเติมในกาวโพลียูรีเทนส่วนประกอบเดียว ผลการศึกษาระบุว่าผงควอตซ์มีความเข้ากันได้ดีกับระบบโพลียูรีเทน โดยช่วยเพิ่มคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความแข็งแรงในการดึง การยืดตัวเมื่อขาด และความแข็งแรงในการฉีกขาดของผลิตภัณฑ์กาวที่ได้อย่างมีนัยสำคัญ

(2) การสำรวจสารตัวเติมขั้นสูง: ซิลิกอนคาร์ไบด์และอะลูมินา

Li Zhaoyuan และคณะใช้คิวบิกนาโนซิลิกอนคาร์ไบด์ (β-SiC) เป็นสารตัวเติมเพื่อพัฒนาสารยึดติดอนินทรีย์ที่ดัดแปลง การทดลองของพวกเขาเผยให้เห็นว่าเมื่อมีปริมาณสารตัวเติม 40% สารตัวเติมดังกล่าวจะทำให้สารยึดติดมีประสิทธิภาพการทำงานที่โดดเด่น:

• ความแข็งแรงแรงเฉือนแรงดึง: 13.5 เมกะปาสคาล
• หมายเลขการวนซ้ำอายุความเหนื่อยล้า: 67 รอบ
• ความแข็งแรงของการลอก: 46.7 นิวตัน/ตร.มม.

ผลลัพธ์เหล่านี้เน้นย้ำว่าการดัดแปลงอนุภาคนาโนสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะของกาวอนินทรีย์ได้อย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้มีความน่าเชื่อถือที่เหนือกว่าในแอปพลิเคชันต่างๆ

เฉิน เจ๋อหมิง และคณะ ได้ศึกษาผลกระทบของสารตัวเติมอนินทรีย์ต่างๆ รวมถึงผงซิลิกา Al2O3 มัลไลต์ โบรอนไนไตรด์ ผงทัลคัม และไมกา ต่อกาวเรซินอีพอกซีที่ดัดแปลง การศึกษาของพวกเขาได้ประเมินว่าสารตัวเติมประเภทและปริมาณต่างๆ กันส่งผลต่อความแข็งแรงของพันธะและอินเทอร์เฟซพันธะอย่างไร ผลการวิจัยที่สำคัญ ได้แก่:

แนวโน้มความแข็งแรงของพันธะ:ความแข็งแรงของพันธะจะเพิ่มขึ้นในช่วงแรกตามปริมาณของสารตัวเติม จากนั้นจะลดลงเมื่อใช้ในปริมาณที่สูงขึ้น

ประสิทธิภาพของฟิลเลอร์ที่เหมาะสมที่สุด:จากการทดสอบสารตัวเติม Al₂O₃ จำนวน 15 ชิ้นให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด โดยได้ค่าความแข็งแรงในการเฉือนและความแข็งแรงในการลอกที่ 22.42 MPa และ 12.84 N/cm ตามลำดับ

การเติมสารตัวเติม Al2O3 จะช่วยให้เกิดพันธะเคมี เช่น C-Al และ Al-OC ได้ง่ายขึ้น ซึ่งจะช่วยลดแรงยึดเกาะของเรซินอีพอกซีที่ดัดแปลง การเสริมแรงนี้จะเพิ่มแรงยึดเกาะที่ส่วนต่อระหว่างกาวกับโลหะผสมอะลูมิเนียม จึงทำให้ความแข็งแรงในการลอกและการเฉือนดีขึ้น

(3) การศึกษาเชิงระบบของสารตัวเติมในกาว

กาวอะครีลิกโครงสร้างสองส่วนประกอบใช้กันอย่างแพร่หลายในการยึดติดวัสดุโลหะและอโลหะในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ การก่อสร้าง และอิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่าสารตัวเติมจะไม่ละลายในระบบกาวเนื่องจากคุณสมบัติโดยธรรมชาติ แต่การดัดแปลงสามารถเพิ่มปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารตัวเติมและกาวได้ ปฏิสัมพันธ์นี้ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของกาว เพิ่มความหนืด และส่งเสริมการยึดเกาะกับพื้นผิวที่แข็งแรงยิ่งขึ้น

การควบคุมคุณสมบัติเชิงกล

คุณสมบัติทางกลมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของโครงสร้างอะคริลิก กาว สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย นักวิจัยได้เสนอแนวทางต่างๆ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเหล่านี้ รวมถึงการผสมสารประกอบเทอร์โมพลาสติกและสารตัวเติมอนินทรีย์

การควบคุมการนำความร้อน

การใช้สารตัวเติมอนินทรีย์ที่เหมาะสมซึ่งมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าสามารถช่วยเพิ่มการนำความร้อนของระบบกาวอะคริลิกได้อย่างมาก สารตัวเติมที่เหมาะสม ได้แก่:

• อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์
• แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์
• อะลูมิเนียมออกไซด์
• แมกนีเซียมออกไซด์
• ซิงค์ออกไซด์
• ซิลิกอนไดออกไซด์
• ไททาเนียมไดออกไซด์
• แคลเซียมซิลิเกต
• อะลูมิเนียมซิลิเกต
• แคลเซียมคาร์บอเนต
• ซิลิกอนไนไตรด์
• ซิลิกอนคาร์ไบด์
• อะลูมิเนียมโบเรต

นอกจากนี้ หนวดที่ทำจากซิลิกอนคาร์ไบด์ อะลูมิเนียมออกไซด์ หรืออะลูมิเนียมโบเรต ยังสามารถปรับปรุงการนำความร้อนและความหน่วงการติดไฟของกาวได้ ในขณะที่ยังคงคุณสมบัติเชิงกลและการบ่มไว้

การควบคุมความต้านทานความชื้นและความร้อน

Liu Chengliang และคณะได้แนะนำวิธีการเตรียมกาวโครงสร้างอะคริลิกที่ทนทานต่อสภาพอากาศในสิทธิบัตรของตน โดยการเพิ่มสารตัวเติมอนินทรีย์ 0 ถึง 30 ส่วน เช่น ซิลิกาฟูม แคลเซียมคาร์บอเนต และนาโนอะลูมินา ลงในส่วนประกอบ A และ B ทำให้กาวสามารถแสดงประสิทธิภาพที่น่าประทับใจ:

• ความแข็งแรงแรงเฉือนแรงดึงที่อุณหภูมิห้อง:9.36 MPa (สแตนเลส/PMMA) และ 10.35 MPa (แมกนีเซียม/PMMA)
• ความแข็งแรงแรงเฉือนแรงดึงหลังจากการบ่ม:ค่าที่คงไว้ 9.83 MPa และ 9.64 MPa หลังจาก 2 สัปดาห์ที่อุณหภูมิ 85°C และความชื้น 85% โดยมีอัตราการคงไว้ 105% และ 93% ตามลำดับ

การควบคุมความต้านทานการกัดกร่อน

การใช้กาวโครงสร้างอะครีลิกสามารถลดหรือขจัดความจำเป็นในการทำการตกแต่งที่มีค่าใช้จ่ายสูง เช่น การหมุดย้ำและการเชื่อม ทำให้ได้รูปลักษณ์ที่สวยงามยิ่งขึ้น โดยมีรูหรือจุดรับแรงที่กัดกร่อนน้อยลง โลหะต่างชนิดสามารถยึดติดได้โดยมีความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนแบบกัลวานิกน้อยลง สามารถเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อนได้โดยการเติมส่วนผสมของโมลิบเดตโลหะ (เช่น สังกะสีโมลิบเดต แคลเซียมโมลิบเดต แบเรียมโมลิบเดต หรือสตรอนเซียมโมลิบเดต) และสารตัวเติมเฉื่อย เช่น สังกะสีฟอสเฟต แคลเซียมฟอสเฟต และแมกนีเซียมฟอสเฟต

การกำกับดูแลทรัพย์สินอื่น ๆ

นอกจากจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติทางกลและทางความร้อนแล้ว สารตัวเติมอนินทรีย์บางชนิดยังมีบทบาทสำคัญในฐานะตัวแทนความหนืด สารเพิ่มความข้น และสารเสริมแรง สารตัวเติมเหล่านี้สามารถเปลี่ยนลักษณะต่างๆ ของระบบกาวโครงสร้างอะครีลิกสององค์ประกอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น ความหนาแน่น ความหนืด และความหนืด Liu Suyu และคณะได้พัฒนาวิธีการผลิตกาวอะครีลิกที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการติดขอบรถยนต์ ในสูตรนี้ ใช้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารตัวเติมหลัก การรวมแคลเซียมคาร์บอเนตทำให้เกิดผลลัพธ์ที่เป็นประโยชน์หลายประการ:

• ทิกโซทรอปีลดลง:กาวสามารถทาและขูดออกได้ง่ายขึ้น
• อุณหภูมิคายความร้อนต่ำ:อุณหภูมิที่คายความร้อนลดลงจาก 115°C เหลือต่ำกว่า 85°C ส่งเสริมการบ่มที่เสถียรยิ่งขึ้น
• การหดตัวจากการบ่มให้น้อยที่สุด:การหดตัวจากการบ่มถูกเก็บไว้ให้อยู่ต่ำกว่า 1% ช่วยลดระยะเวลาการก่อสร้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ

บทสรุป

เมื่อต้องเผชิญกับความท้าทายในการผลิตกาว ให้พิจารณาใช้สารตัวเติมอนินทรีย์ เนื่องจากสารตัวเติมเหล่านี้มีความหลากหลายและสามารถแก้ไขปัญหาต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ