Forskere skaber stærke, hurtig, vandtæt klæbemiddel

I den moderne verden, klæbemidler betragtes i høj grad som et løst problem. Selv under vandet, lim kan bruges i en lang række maritime applikationer.

Tingen er, de er bare ikke så effektive.

Problemet, som forskere ved Johns Hopkins Applied Physics Laboratory så det, var den langsomme hærdningshastighed af polyurethan. Selv de hårdeste lime kæmper for at håndtere interstitielt vand, og de fleste fungerer bedst på forbehandlede overflader, som begge er udfordringer i et undersøisk miljø. De tager også typisk mindst 24 timer at helbrede ordentligt, et åbenlyst problem, hvis det, du forsøger at lime, er nedsænket.

"Du kan forestille dig, i et havmiljø, hvordan det kan være et problem at have brug for 24 timer for at helbrede og holde ved fuld styrke, "sagde Reid Messersmith, en kemiker i Research and Exploratory Development Department (REDD) og hovedforfatteren på et nyt papir, med titlen "Hurtig undervandsklæber med tværbinder og aminkatalysator-fyldte mikrokapsler." Deres resultater blev for nylig offentliggjort i Påførte polymermaterialer , en publikation fra American Chemical Society.

"Så, vi gjorde det stærkt og hurtigt, Messersmith fortsatte. "Fra 24 timer til et minut var vores hastighedsstigning, og hvis du faktisk kan lade det sidde i 24 timer, den holder 10 gange styrken. "

Holdet undersøgte måder at forbedre kommerciel lim til undervandsbrug og fandt ud af, at tilføjelse af en katalysator (for at få den til at holde hurtigt) og en tværbinder (for at gøre hold stærk) til limens originale formel ville forbedre den, og det ville holde med det samme. Det virker ikke i praksis, selvom, fordi der skal være en lille forsinkelse mellem limen påføres og når den begynder at hærde, hvis du skal klæbe noget andet til limen, før den størkner, for eksempel.

Løsningen var at huse katalysatoren og tværbindingen i en skal, en mikrokapsel, der ligner en æggeskal. Når du blander den fyldte skal i limen, intet sker. Men når der anvendes en lille mængde kraft, såsom at gnide det mellem fingrene, skallerne knækker, katalysatoren og tværbinderen lækker ud, og limen størkner med det samme.

Resultatet er en hurtigt hærdende undervandslim, der er effektiv på en række overflader, inklusive aluminium, rustfrit stål, glas, og plast. Klæbemidlet klarede sig bedst på ubehandlede aluminiumsoverflader med en høj bindingsstyrke på cirka 400 pund på 60 sekunder.

"At have en trykaktiveret, højstyrkeklæbemiddel, der fungerer på få minutter, har utallige potentielle anvendelser, " sagde Chris Hoffman, projektlederen i REDD og en medforfatter på papiret. "Vores lim fungerer godt både i og uden for vand, så du kan forestille dig at bruge den til at reparere din båd eller genmontere helvedesild. Den lethed, hvormed vores mikrokapsler kan påføres en eksisterende lim, er en væsentlig ekstra bonus."

Nøgletrinnet til at lave et nyttigt limadditiv er at vaske uønskede olier og biprodukter væk, når mikrokapslerne fremstilles. Som beskrevet i avisen, holdet sammenlignede to vaskemetoder og fandt en måde at fremstille en tør, hvidt pulver, der er let at håndtere og holdbart. Dette mikrokapselpulver kan simpelthen blandes i basisharpiksen, og kun en lille mængde kraft skal påføres for at sprænge kapslerne, når de to stykker presses sammen. Mikrokapslerne produceres også i en batchmetode, der kan skaleres op til kommerciel produktion, konkluderede forskerne i papiret.