روکش‌ها و پوشش‌های محافظ در صنایع مختلف از بسته‌بندی و ساختمان تا صنعت خودرو به میزان زیادی وابسته به چسب‌ها هستند. چسب‌ها عمدتاً از پلیمرها و رزین‌هایی مانند فرمالدهید و ایزوسیانات ساخته می‌شوند که اگرچه موجب ایجاد اتصالات قوی می‌شوند، اما به‌دلیل ماهیت شیمیایی‌شان، می‌توانند آثار نامطلوبی بر سلامت و محیط زیست داشته باشند. فرمالدهید به‌عنوان یک ماده سرطان‌زای گروه 1 طبقه‌بندی شده است. از این رو، قوانین سخت‌گیرانه‌ای در کشورهای مختلف وضع شده تا انتشار فرمالدهید و ترکیبات آلی فرّار (VOC) محدود شود. این مقررات مستقیماً چسب‌هایی مانند PF، UF، MF و pMDI را هدف قرار داده‌اند و صنایع را به سمت جایگزینی آنها سوق می‌دهند. علیرغم کارایی بالای این چسب‌ها از نظر قدرت چسبندگی و دوام، مسائل زیست‌محیطی و مقرراتی موجب رشد تحقیقات در زمینه چسب‌های زیست‌سازگار شده است. طی دو دهه گذشته صدها پژوهش علمی پیرامون چسب‌های زیست سازگار انجام شده و صنعت نیز به دنبال فرمولاسیون‌های جدیدی است که هم خطرات زیست محیطی نداشته باشد و هم عملکرد فنی مطلوبی داشته باشند.
چسب‌های زیست‌سازگار عمدتاً از پلیمرها و مواد اولیه تجذیه پذیر تهیه می‌شوند. در سال‌های اخیر، از مواد متنوعی به‌عنوان جایگزین برای چسب‌های شیمیایی استفاده شده است. این مواد شامل پلی‌ساکاریدهای گیاهی مانند نشاسته و سلولز، ترکیبات پلی‌فنولی همچون لیگنین (پلیمر موجود در چوب) و تانن (پلیمر موجود در پوست درخت)، پروتئین‌های طبیعی مانند پروتئین سویا و کازئین شیر، و نیز رزین‌ها و روغن‌های گیاهی مانند رزین درخت کاج و روغن‌های نباتی می‌شوند. برخی از این چسب‌ها از منابع حیوانی نیز تولید شده‌اند؛ برای مثال کیتوزان حاصل از پوسته سخت‌پوستان یا ژلاتین استخوان که خواص چسبندگی خوبی دارند. این مواد معمولاً دارای گروه‌های عاملی هیدروکسیل، آمین، کربوکسیل هستند که می‌توانند در فرآیندهای پلیمریزاسیون و شبکه‌ای‌شدن شرکت کرده و یک ماتریس چسبنده ایجاد کنند. بسته به نوع ماده اولیه، سازوکار تشکیل پلیمر چسب متفاوت است. برای بهبود عملکرد، اغلب از اصلاحات شیمیایی یا افزودنی‌ها در فرمولاسیون این چسب‌ها استفاده می‌شود. به عنوان مثال نشاسته به دلیل ساختار نیمه‌بلوری و آبدوستی زیاد، مقاومت آبی پایینی دارد، اما از طریق استری‌کردن یا اتری‌کردن و افزودن عامل شبکه‌ساز می‌توان آن را به یک چسب با دوام‌تر تبدیل کرد. پژوهش‌های جدید نشان داده‌اند که اصلاح نشاسته و ساخت چسب نشاسته‌ای اصلاح‌شده می‌تواند استحکام اولیه و سرعت چسبندگی را بهبود داده و آن را برای کاربردهای صنعتی نظیر بسته‌بندی مناسب سازد. به طور مشابه، در فرمولاسیون چسب‌های پروتئینی (سویا، شیر و غیره) استفاده از اتصال‌دهنده‌های عرضی مانند اسیدهای آلی یا رزین‌های سازگار، به ارتقای مقاومت مکانیکی انجامیده است. همچنین نسل جدیدی از رزین‌های ترکیبی در حال ظهور است که بخشی از ترکیب آنها از گیاهان تأمین می‌شود. از جمله می‌توان به اپوکسی‌های زیست سازگاری اشاره کرد که از روغن‌های گیاهی (مثل کاردانول استخراج‌شده از پوسته بادام هندی) تولید شده و تا ۶۰٪ محتوای تجذیه پذیر دارند. چنین رزین‌هایی نشان داده‌اند که از نظر پایداری حرارتی و استحکام اتصال، قابل رقابت با اپوکسی‌های تمام‌نفتی هستند. یکی دیگر از گزینه‌های مطرح، رزین‌های آکریلیک پایه آب هستند که به دلیل خشک‌شدن سریع، نداشتن حلال‌های فرار و پایداری مناسب، در ساخت چسب‌های زیست‌سازگار به ویژه برای پوشش‌های محافظ و سطوح حساس به دما کاربرد دارند.
در این زمینه، رزین‌های آکریلیک پایه‌آب نیز به عنوان ترکیبات زیست‌سازگار و با قابلیت اصلاح، در فرمولاسیون چسب‌های روکش محافظ به کار گرفته شده‌اند. این رزین‌ها، به‌ویژه در ترکیب با پلیمرهای طبیعی، می‌توانند استحکام، انعطاف‌پذیری و مقاومت رطوبتی را به طور هم‌زمان افزایش دهند.
به طور کلی، در فرمولاسیون چسب‌های پایدار تلاش می‌شود ضمن استفاده حداکثری از مواد طبیعی و غیرسمی، کیفیت محصول نهایی یکنواخت و قابل اطمینان باشد تا نیازهای صنعتی را برآورده کند.
یکی از چالش‌های اصلی در توسعه چسب‌های زیست‌سازگار، دستیابی به خواص مکانیکی قابل‌قیاس با چسب‌های متداول صنعت است. بسیاری از پلیمرهای زیستی ذاتاً آبدوست‌اند و در نتیجه چسب‌های حاصل از آنها در برابر آب و رطوبت ضعیف‌تر عمل می‌کنند. برای مثال، چسب‌های نشاسته‌ای یا پروتئینی خام در محیط‌های مرطوب دچار افت استحکام چشمگیری می‌شوند. در کاربردهایی نظیر تخته‌های چوبی و روکش‌های محافظ، این کاهش مقاومت در برابر آب می‌تواند یک محدودیت جدی باشد.
در چسب‌های مورد استفاده برای روکش‌های محافظ، علاوه بر مقاومت مکانیکی، چسبندگی به سطوح مختلف، انعطاف‌پذیری در برابر تنش‌های محیطی و پایداری در برابر اشعه ماورای بنفش نیز اهمیت زیادی دارد. رزین‌های آکریلیک پایه‌آب در این زمینه عملکرد مناسبی نشان داده‌اند و می‌توانند خواص سطحی قابل تنظیمی ایجاد کنند.
پژوهش‌ها تأیید کرده‌اند که چسب‌های زیست سازگار نسبت به آب آسیب‌پذیرتر از انواع سنتزی هستند و باید با اصلاح فرمولاسیون، این ضعف برطرف شود. خوشبختانه، با روش‌های مهندسی پلیمر می‌توان خواص مکانیکی چسب‌های پایدار را بهبود داد. همان‌طور که اشاره شد، اصلاحات شیمیایی (مانند ایجاد پیوندهای شبکه‌ای اضافی در پلیمرها) نقش مهمی در افزایش استحکام و مقاومت رطوبتی این چسب‌ها دارد. با اصلاح مهندسی، چسب‌های سبز می‌توانند به حدی از استحکام برسند که در کاربردهای ساختاری نیز مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این، برخی چسب‌های زیستی حتی خواص منحصر‌به‌فردی ارائه می‌دهند؛ برای مثال چسب‌های حاوی پلیمرهای طبیعی ممکن است انعطاف‌پذیری بالاتری داشته باشند یا در دمای پایین‌تر عمل‌آوری شوند که خود مزیت محسوب می‌شود.
کاربردهای چسب‌های زیست سازگار طیف وسیعی از صنایع را در بر می‌گیرد و روزبه‌روز در حال گسترش است. یکی از مهم‌ترین حوزه‌ها، چسب‌های روکش محافظ در صنعت ساختمانی است که از بزرگترین مصرف‌کنندگان چسب به شمار می‌رود. اکنون با توسعه چسب‌های زیستی بر پایه موادی چون تانن، لیگنین و پروتئین و یا چسب‌های پایه آب تولید محصولات ساختمانی کم‌آلاینده و بدون فرمالدهید میسر شده است.
در همین راستا، چسب‌های آکریلیک پایه‌آب نیز در ساخت انواع روکش‌های محافظ سطوح چوبی و فلزی کاربرد یافته‌اند، زیرا هم با محیط زیست سازگارند و هم شفافیت و پایداری خوبی ایجاد می‌کنند. حوزه مهم بعدی، صنعت بسته‌بندی به ویژه بسته‌بندی‌های کاغذی و مقوایی است. جعبه‌های مقوایی تاشو، کارتن‌ها و کیسه‌های کاغذی به عنوان بسته‌بندی پایدار شناخته می‌شوند، اما اگر چسب مورد استفاده برای اتصال آنها منشاء فسیلی داشته باشد، کل بسته‌بندی صددرصد سازگار با محیط زیست نخواهد بود. از این رو، محققان روی چسب‌های پایه آب متمرکز شده‌اند تا جایگزینی برای چسب‌های پایه حلالی در خطوط بسته‌بندی پرسرعت ارائه دهند. نتایج آزمایش‌های صنعتی نشان داده که چسب‌های اکریلیک پایه آب اصلاح‌شده می‌توانند شرایط سخت تولید را تحمل کرده و اتصالی پایدار در جعبه‌های تاشو ایجاد کنند. علاوه بر این، این چسب‌های زیستی به دلیل حلالیت خوب در آب، فرآیند بازیافت کاغذ را تسهیل می‌کنند زیرا به راحتی از الیاف شسته می‌شوند. در صنعت چاپ و لیبل‌زنی نیز چسب‌های پایه‌طبیعی (مثلاً کازئین برای برچسب بطری شیشه‌ای) سابقه طولانی دارند و اکنون با اصلاح فرمول، برچسب‌های قابل شستشو و بازیافت‌پذیر برای بطری‌های پلاستیکی و شیشه‌ای عرضه شده که از چسب‌های پایدار بهره می‌برند.
در صنعت خودروسازی نیز، چسب‌های آکریلیک پایه‌آب در روکش‌های محافظ قطعات داخلی کاربرد یافته‌اند و موجب بهبود کیفیت هوا در کابین خودرو می‌شوند. صنعت خودروسازی از دیگر عرصه‌های مهم کاربرد چسب‌ها است که اخیراً به چسب‌های زیست‌سازگار توجه ویژه‌ای نشان می‌دهد. خودروسازان در جستجوی چسب‌هایی هستند که ضمن تامین مقاومت مکانیکی و حرارتی، سبز باشند و به اهداف زیست‌محیطی کمک کنند. برای مثال، در چسباندن قطعات داخلی خودرو (داشبورد، تودوزی‌ها) اکنون از چسب‌های بدون VOC استفاده می‌شود تا کیفیت هوای داخل کابین بهبود یابد. همچنین برخی اتصالات در خودروهای جدید با چسب‌های پایه‌زیستی تقویت‌شده در حال آزمایش است که می‌تواند اتصال قطعات را بادوام و در عین حال قابل جداسازی برای بازیافت فراهم کند.
به طور کلی می‌توان گفت هر صنعتی که در آن اتصال قطعات یا لایه‌های محافظ مطرح باشد، پتانسیل بهره‌گیری از چسب‌های زیست سازگار را دارد. از صنعت ساختمان (برای نصب کف‌پوش، کاشی و عایق‌ها با چسب‌های کم‌بو و سالم) گرفته تا صنایع نساجی (لمینیت پارچه‌ها با چسب‌های پایه‌آب) همگی در حال آزمودن گزینه‌های جدید هستند.
با افزایش دغدغه‌های زیست‌محیطی و محدودیت‌های قانونی در زمینه انتشار ترکیبات آلی فرّار، توسعه چسب‌های زیست‌سازگار به یکی از اولویت‌های مهم در صنایع تبدیل شده است. چسب‌های سنتی بر پایه رزین‌های فرمالدهیدی و ایزوسیانات‌ها، علیرغم عملکرد فنی مناسب، اثرات زیان‌باری بر سلامت انسان و محیط زیست دارند. در مقابل، چسب‌های زیستی حاصل از منابع طبیعی مانند نشاسته، پروتئین، لیگنین و رزین‌های گیاهی، همراه با فناوری‌های نوینی مانند رزین‌های پایه‌آب، مسیر جدیدی برای دستیابی به چسب‌هایی کم‌آلاینده، ایمن و کارآمد فراهم کرده‌اند.
رزین‌های آکریلیک پایه‌آب به دلیل خشک‌شدن سریع، نبود حلال‌های فرار، و امکان اصلاح ساختار، توانسته‌اند در حوزه‌هایی مانند چسب‌های روکش محافظ، بسته‌بندی، صنعت ساختمان و خودروسازی جایگاه ویژه‌ای پیدا کنند. ترکیب این رزین‌ها با مواد طبیعی، عملکرد مکانیکی چسب‌ها را بهبود داده است.
کاربردهای این چسب‌ها در اغلب صنایع در حال گسترش هستند و نشان می‌دهند که رویکردهای نوین در فرمولاسیون می‌توانند هم‌زمان الزامات فنی و زیست‌محیطی را پاسخ دهند. با ادامه روند تحقیق، توسعه صنعتی و حمایت‌های مقرراتی، می‌توان امیدوار بود که چسب‌های زیست‌سازگار به‌زودی جایگزین مناسبی برای چسب‌های سنتی شده و نقشی مؤثر در مسیر تولید سبز و توسعه پایدار ایفا کنند.
منابع:
