И в быту, и в современном промышленном производстве все более важную роль играют технология склеивания и, соответственно, различные клеящие составы. Но в быту принято обычно использовать так называемые универсальные клеи, хотя, конечно, их эксплуатационные свойства оставляют желать лучшего, что бы там ни утверждала реклама. А вот промышленность отдает предпочтение клеям узкоспециального назначения, тем более что современная наука позволяет для каждой производственной операции разработать особую разновидность клея. Такие клеи способны обеспечить оптимальные характеристики и необходимую прочность соединения с учетом свойств соединяемых материалов и области их последующего применения. "Никогда не будет универсального клея, - говорит профессор Андреас Гросс (Andreas Groß), научный сотрудник Института производственных технологий и прикладного материаловедения Общества имени Фраунгофера в Бремене. - И раньше его не было, и впредь не будет. Для каждой области применения должен разрабатываться и использоваться другой клей, оптимальный именно для данного сочетания материалов и для данной технологической операции".
Иногда клей лучше сварки, клепки и шурупов
Важным и, можно сказать, уникальным достоинством этого способа соединения является то, что склеиваемые материалы сохраняют свои свойства. Ведь, скажем, в сварных конструкциях воздействие высокой температуры практически всегда приводит к существенному росту хрупкости материала в районе шва. Столь же негативно влияют на прочностные характеристики материала клепка и винтовое соединение. Но у склеивания есть и другие преимущества, говорит профессор Андреас Гросс: "Технология склеивания способна не только прочно соединить две детали между собой, но и придать клеевому соединению особые свойства. Это может быть, например, антикоррозийность. Или клей в качестве электроизолятора может лишить место соединения двух металлов способности проводить электрический ток. Одновременно клеевое соединение может оказаться полезным в борьбе с вибрацией конструкции - благодаря тому, что оно способно, скажем, поглощать или отфильтровывать колебания определенной частоты".
Клеить под водой удается только моллюскам
Особая задача, давно стоявшая перед химиками и материаловедами, - создание клея для подводных работ. Два года назад бременским специалистам удалось искусственно синтезировать природный клей, посредством которого некоторые моллюски - например, мидии, - умудряются прикрепляться к кораллам, камням, деревянным сваям и даже гладким стальным корпусам морских судов. И не просто прикрепляться, а приклеиваться практически намертво - какой бы холодной и соленой ни была вода, с какой бы силой ни били волны, говорит химик Клаус Ришка (Klaus Rischka), коллега профессора Гросса: "С точки зрения технологии склеивания моллюски представляют большой интерес, потому что выделяемый ими состав прекрасно функционирует в воде. Ни один из имевшихся в нашем распоряжении искусственно синтезированных клеев с этой задачей не справлялся. Все мы знаем: как разбитую чашку ни склеивай, она снова развалится, побывав 3-4 раза в посудомоечной машине. А вот если бы ее склеили клеем, который выделяется моллюском, этого не произошло бы".
И клеит, и сам трещины заделывает
Пока бременские специалисты были заняты испытаниями своего детища, их коллеги из Научно-исследовательского института полимеров Общества имени Макса Планка в Майнце попытались сделать следующий важный шаг в том же направлении. Здесь была создана рабочая группа "Активные поверхности и материалы" во главе с химиком и материаловедом Арансасу дель-Кампо (Aránzazu del Campo). Подводная адгезия - чрезвычайно ценное свойство, но у натурального клея мидий есть еще одно важное достоинство: способность самостоятельно "залечивать" трещины и разрывы.
Дело в том, что основу природного клея моллюсков составляет коллаген - белок, образующий длинные прочные волокна. Наполнителем этой фибриллярной структуры служат особые клейкие белки, расположенные вдоль коллагеновых волокон. В результате соприкосновения с веществом, формирующим поперечные связи, - например, с растворенными в морской воде солями железа, - образуется густая сетчатая структура, при этом клей прочно сцепляется с поверхностью основания. При возникновении разрыва раствор солей железа проникает в толщу клея, что приводит к формированию новых поперечных связей, и разрыв как бы сам собой срастается. Это принцип материаловедам из Майнца удалось перенести на свой искусственно синтезированный клей, хотя белки в его составе отличаются от тех, что присутствуют в природном секрете мидий.
Обратимая адгезия
Но самое главное достижение дель-Кампо и ее коллег - в другом. Они смогли придать своему полимеру еще одно ценное свойство, которым природный продукт не обладает. Ученым удалось добиться реверсивности, обратимости клеящего эффекта. "Если я возьму лампу, направлю ее на клей и хорошенько посвечу, то загустевшая было масса снова сделается жидкой и текучей, - поясняет руководительница проекта. - То есть мы можем регулировать клеящие свойства нашего полимера посредством светового облучения".
Речь тут идет, конечно, о достаточно сильном ультрафиолетовом излучении, иначе клей просто распадался бы на свету. Таким образом, разработанный в Майнце адгезивный материал способен обеспечить в водной среде прочное клеевое соединение, которое может быть по желанию в любой момент снова рассоединено. Клеи с такими свойствами востребованы не столько даже в промышленности, сколько в медицине, прежде всего, в хирургии, отмечает исследовательница. Тем более что этот полимер обладает, судя по всему, биологической совместимостью. Но это еще предстоит выяснить в ходе дальнейших испытаний.
По материалам:
dw.de