Это может быть так же вездесуще, как проточная вода. Некоторые могут зайти так далеко, чтобы сказать, что это почти так же удобно. До того, как 3M представила клейкую ленту в 1925 году, основные средства склеивания были довольно постоянными и грязными.
Малярный скотч, созданный в 1925 году, предназначался для решения очень специфической проблемы: нанесения двухцветной окраски на автомобили, которые были популярны в то время.
До того, как наклеить малярный скотч, автомастерские «маскировали» каждый цвет с помощью клея и бумаги. Отслоение бумаги испортило бесчисленное количество покрасочных работ. Ричард Дрю, молодой научный сотрудник компании 3M, стал свидетелем того, как одна из таких работ была разрушена, а за этим последовали яростные проклятия. Дрю, не имевший абсолютно никакого опыта в клеях, решил, по-видимому, прямо на месте создать клей, который можно было бы снять с высохшей краски, не сдирая ее. Два года спустя была введена малярная лента.
Затем он изобрел прозрачную целлофановую ленту, позже названную Scotch® Magic Tape. Подарочная упаковка уже никогда не будет прежней.
И ежедневные домашние дела. Во времена Великой депрессии, когда большинству людей приходилось ремонтировать такие вещи, как скатерти и обивку, вместо их замены, прозрачная лента предлагала быстрое, дешевое и эстетически удовлетворительное решение. В результате, в то время как многие компании закрывались или с трудом выживали, Magic Tape поддерживала 3M не только на плаву, но и процветала.
Сегодня клейкая лента выпускается с целлофановым покрытием для обертывания и матовым покрытием для маркировки. Толстая клейкая лента является основным продуктом многих домашних ремонтов, а двусторонняя лента прикрепляет плакаты. Пакеты оборачивают коричневой лентой, а эластичные клеи подходят для перевязки. Соединение двух материалов с помощью скотча было настолько распространенным явлением, что люди почти никогда не задумываются над тем, «как это делается?»
Оказывается, лента довольно примечательная. Не сама адгезия, а особый тип клея, используемого на ленте, делает ее незаменимой в повседневной жизни. «Липкий», используемый в клейкой ленте, отличается тем, что он зависит в первую очередь от физических, а не химических процессов прилипания.
Наука липкости
Склеивание определенно началось не с ленты. Мастера по дереву в Древнем Египте использовали натуральный клей из животного коллагена. Натуральные вязкие вещества, такие как пчелиный воск и смола, всегда эффективно скрепляли материалы.
В наше время до появления ленты клеи и эпоксидные смолы выполняли большую часть липкой работы. Но у них были серьезные недостатки, особенно в бытовом использовании. Грязность, стойкость и высыхание до твердого состояния - все это сделало традиционные клеи, которые обычно соединяются химическими средствами, не очень хорошо подходят для небольших, быстрых повседневных работ.
Клей, используемый в ленте, работает по-разному. Они называютсяклей, чувствительный к давлению(PSA), и включают такие материалы, как силиконы, акрилы и каучуки - все полимеры, к которым добавляется липкая смола. для повышения липкости. Эти PSA основаны на физических реакциях, а не на химических. Это способствует таким качествам, как съемность и гибкость - некоторые из вещей, которые мы больше всего любим в ленте.
В соединении, чувствительном к давлению, действуют два основных процесса: смачивание и силы Ван-дер-Ваальса. Первый устанавливает адгезию. Последнее делает его сильнее.
Смачиваниедовольно просто. В данном случае это относится к тому, как твердый клей проникает в подложку (материал, на который наклеена лента). Твердый клей, используемый в ленте, хорошо смачивается, потому что он имеетнизкую поверхностную энергию, что означает, что его поверхностные молекулы много перемещаются или находятся под напряжением, вызывая ослабление связи. Эта особенность позволяет молекулам клея относительно легко проникать в поры материала подложки, даже если он находится в твердой форме. Все, что требуется, это небольшое давление. И чем лучше способность втекать в субстрат, тем крепче физическая связь.
Некоторые клеи со временем образуют более прочные связи, поскольку молекулы проникают глубже в материал подложки. Однако с самого начала к силе адгезии, чувствительной к давлению, добавляется другое физическое явление. Молекулярное притяжение, называемое силами Ван-дер-Ваала, начинает действовать еще до того, как на ленту оказывается давление.
Силы Ван-дер-Вааля- это слабое притяжение между молекулами, которые обычно не могут иметь положительных или отрицательных зарядов. Некоторые преимущественно нейтральные молекулы, в которых протоны и электроны распределены неравномерно, могут время от времени проявлять заряды, известные какдипольные моментыЭти заряды, илиполярности, позволяют им образовывать физические связи с другими заряженными молекулами; на самом деле они могут индуцировать заряды в других преимущественно нейтральных молекулах просто из-за близости друг к другу.
Молекулы в клее, чувствительном к давлению, могут обладать дипольными моментами, и они индуцируют соответствующие дипольные моменты, когда приближаются к поверхностным молекулам подложки. Противоположно заряженные молекулы клея и подложки при контакте образуют физические связи, увеличивая прочность сцепления на основе смачивания.
Слипание - это только часть уравнения. Красота клейкой ленты заключается как в ее дизайне, так и в соединении.
Превращение липкой ленты в липкую ленту
Каждый раз, когда мы отрываем ленту от рулона - чтобы завернуть подарок, повесить макароны, временно починить протекающую трубу или запечатать пакет для отправки - мы, вероятно, упускаем из виду гениальность самого рулона. В частности, почему клей прилипает к подложке и к основанию, но не к самому себе?
Если бы лента не была в рулонах, ее, вероятно, было бы довольно сложно выбросить в ящик для мусора. А "клей", то есть не клейкая лента, обычно клей - капающий и перманентный. Именно лента делает продукт таким аккуратным, таким компактным и таким простым.
Процесс изготовления ленты достаточно однообразен. Вся клейкая лента состоит из четырех компонентов.
- Подложка - Подложка - это то, что обращено наружу после того, как вы наклеили ленту, и она не прилипает к пальцам. Материалы различаются в зависимости от области применения, но обычно используются смеси на основе пластика, бумаги или ткани.
- Праймер - клейкая грунтовка наносится на подложку, чтобы помочь клею равномерно и надежно приклеиться к материалу подложки после нанесения.
- Клей - Тонкий слой клея распыляется на загрунтованную подложку.
- Разъединяющее покрытие - Клей покрыт слоем антикогезионного материала (часто поливинилкарбамата), чтобы он не прилипал к самому себе при скручивании.
Слои наносятся большими листами, которые, наконец, сворачиваются и нарезаются на рулоны ленты шириной 1, 2 или 3 дюйма, которые вы покупаете в магазине.
Последнее покрытие - разделительное - подчеркивает интересное различие в мире липкости: адгезию против когезии. Вадгезиимолекула одного типа прилипает к молекуле другого типа; вcohesion один тип молекул прилипает сам к себе. Лента использует оба. Молекулы клея прилипают к молекулам субстрата, или прилипают, но они также прилипают друг к другу, или слипаются. Если бы это было не так, клейкое вещество не держалось бы вместе. Антиадгезионное покрытие предотвращает сцепление на поверхности ленты, поэтому ее можно легко развернуть.
Итак, то, что начиналось как малярный скотч и несколько очень счастливых автомаляров, теперь само по себе является индустрией. Металлические каркасы дирижаблей обернуты клейкой лентой для предотвращения коррозии. Они изолировали как минимум один лунный посадочный модуль и помогли астронавтам Аполлона-11 отремонтировать на Луне крыло своего лунного модуля. Они прикрепляют зеркала заднего вида к машинам и не дают миллионам любителей скрапбукинга рвать на себе волосы, даже если их расположение не соответствует действительности.
Клей, чувствительный к давлению, дает нам даже стикеры Post-It. Это не проточная вода. Но это близко.
Примечание автора: как работает клейкая лента
В поисках дополнительной информации о ленте, используемой НАСА для изоляции лунного посадочного модуля (специально разработанной для этой цели, со способностью оставаться липкой в огромном диапазоне температур), я также нашел фотографии посадочного модуля Аполлона с заплатами. вместе со старой клейкой лентой и наткнулись на интересное явление: сторонники теории заговора решили, что наличие клейкой ленты на посадочном модуле Аполлона подтверждает, что высадка на Луну была мистификацией.
Наверное, это распространенная точка зрения, что инструменты, которые лежат у нас дома, не могут быть использованы для доставки людей на Луну. А в данном случае это был просто быстрый ремонт крыла спускаемого аппарата, которое отвалилось во время миссии. Но клейкая лента также сыграла значительную роль в возвращении злополучных астронавтов Аполлона-13 на Землю, и я хочу сказать следующее: в ходе своего исследования я узнал, что клейкая лента была поистине революционной разработкой. По общему мнению, есть причина, по которой нью-йоркский Музей современного искусства представил клейкую ленту на выставке под названием «Скромные шедевры», а Ричард Дрю был введен в Национальный зал славы изобретателей.
В защиту чувствительных к давлению клеев: если высадка на Луну была сфальсифицирована, клейкая лента, вероятно, не является доказательством этого.