دگرچسبی: نیروی جاذبه بین مولکول‌های مواد متفاوت

اصول و مبانی دگرچسبی

دگرچسبی چیست و چرا مهم است؟

جهان از مولکول‌ها ساخته شده است. این مولکول‌ها دائماً با یکدیگر در تعامل هستند. دو نوع اصلی از نیروهای بین مولکولی وجود دارد: هم‌چسبی و دگرچسبی. هم‌چسبی نیرویی است که مولکول‌های یک مادهٔ مشابه را به هم متصل می‌کند (مثل قطره‌های آب که به هم می‌چسبند). اما دگرچسبی، داستان جذاب‌تری دارد. این نیرو باعث می‌شود مولکول‌های دو مادهٔ مختلف به یکدیگر جذب شوند و بچسبند.

تصور کنید می‌خواهید یک برچسب کاغذی را روی سطح پلاستیکی یخچال بچسبانید. اگر بین مولکول‌های چسب برچسب و مولکول‌های سطح پلاستیک، دگرچسبی قوی‌ای وجود داشته باشد، برچسب محکم می‌چسبد. اگر این نیرو ضعیف باشد، برچسب بلافاصله می‌افتد. بنابراین، موفقیت در چسباندن، رنگ‌آمیزی، چاپ و حتی شست‌وشو به وجود و قدرت نیروهای دگرچسبی بستگی دارد.

انواع نیروهای درگیر در دگرچسبی

نیروهای دگرچسبی می‌توانند منشأ فیزیکی یا شیمیایی داشته باشند. شدت این نیروها تعیین می‌کند که اتصال چقدر قوی خواهد بود. در جدول زیر مهم‌ترین این نیروها دسته‌بندی شده‌اند:

عوامل مؤثر بر قدرت دگرچسبی

قدرت چسبندگی بین دو مادهٔ مختلف همیشه یکسان نیست. عوامل متعددی بر آن تأثیر می‌گذارند که برخی از آن‌ها را می‌توان کنترل کرد.

۱. زبری سطح: سطح صاف و صیقلی؟ یا زبر و متخلخل؟ سطح زبرتر، مساحت تماس واقعی بین دو ماده را به شدت افزایش می‌دهد و امکان درهم‌تنیدگی مکانیکی را فراهم می‌کند. به همین دلیل قبل از رنگ‌آمیزی فلز، آن را سنباده می‌زنند.

۲. پاکیزگی سطح: وجود لایه‌ای از چربی، گرد و غبار یا رطوبت، مانع از تماس مستقیم مولکول‌های دو ماده می‌شود. این آلودگی‌ها مانند یک سد عمل کرده و نیروهای دگرچسبی را تضعیف می‌کنند. تمیز کردن سطح با حلال‌ها این مانع را برمی‌دارد.

۳. ترشوندگی⁵: آیا قطرهٔ چسب یا رنگ روی سطح پخش می‌شود یا جمع می‌شود و به شکل گلوله درمی‌آید؟ اگر مایع به راحتی روی سطح پخش شود، یعنی ترشوندگی خوب است و مساحت تماس زیادی ایجاد می‌شود که منجر به دگرچسبی بهتر می‌گردد. یک فرمول ساده برای زاویهٔ تماس $\theta$ وجود دارد. هرچه این زاویه کوچک‌تر باشد، ترشوندگی و در نتیجه دگرچسبی بالقوه بهتر است.

دگرچسبی در عمل: از خانه تا صنعت

حالا که با اصول اولیه آشنا شدیم، بیایید ببینیم این پدیده چگونه جهان اطراف ما را شکل داده است.

۱. چسب‌ها: همهٔ چسب‌ها بر پایهٔ ایجاد یک دگرچسبی قوی کار می‌کنند. چسب مایع (حلال‌دار یا بر پایهٔ آب) روی سطح پخش می‌شود، در خلل و فرج نفوذ می‌کند و سپس با تبخیر حلال یا واکنش شیمیایی سخت می‌شود و یک اتصال محکم ایجاد می‌کند. انتخاب نوع چسب بستگی به موادی دارد که می‌خواهیم به هم بچسبانیم؛ زیرا دگرچسبی بین مواد مختلف، متفاوت است.

۲. رنگ‌ها و پوشش‌ها: یک لایهٔ رنگ در واقع باید یک دگرچسبی عالی با سطح زیرکار (دیوار، فلز، چوب) ایجاد کند و در عین حال، هم‌چسبی داخلی قوی نیز داشته باشد تا خودش یکپارچه بماند و ترک نخورد. اگر دگرچسبی ضعیف باشد، رنگ ورقه ورقه می‌شود و می‌ریزد.

۳. چاپ: در فرآیند چاپ، جوهر باید به طور انتخابی به مناطق خاصی از کاغذ یا پلاستیک بچسبد. مهندسی سطح کاغذ و فرمولاسیون جوهر به گونه‌ای است که دگرچسبی مطلوب و کنترل‌شده‌ای ایجاد شود.

۴. شست‌وشو و ضدآب کردن: پارچه‌های ضدآب! چگونه کار می‌کنند؟ در این پارچه‌ها، یک پوشش شیمیایی روی الیاف زده می‌شود که دگرچسبی بسیار ضعیفی با مولکول‌های آب دارد (زاویهٔ تماس بزرگ). در نتیجه، آب به جای پخش شدن و نفوذ، روی سطح جمع شده و می‌غلتد. برعکس، یک پارچهٔ نخی معمولی دگرچسبی قوی با آب دارد و آن را به سرعت جذب می‌کند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹دگرچسبی (Adhesion): نیروهای جاذبه بین مولکول‌های دو مادهٔ غیرمشابه.
²هم‌چسبی (Cohesion): نیروهای جاذبه بین مولکول‌های مشابه در درون یک ماده.
³نیروهای وان در والسی (van der Waals forces): مجموعه‌ای از نیروهای جاذبهٔ بین مولکولی ضعیف که شامل دوقطبی-دوقطبی، دوقطبی القایی و پراکندگی لندن می‌شود.
⁴پیوند هیدروژنی (Hydrogen Bond): یک برهم‌کنش جاذبه‌ای قوی بین یک اتم هیدروژن متصل به یک اتم الکترونگاتیو (مانند F, O, N) در یک مولکول و یک جفت الکترون تنهای اتم الکترونگاتیو در مولکول دیگر.
⁵ترشوندگی (Wettability): معیاری برای اندازه‌گیری میزان پخش شدن یک مایع روی سطح یک جامد. با زاویهٔ تماس (Contact Angle) اندازه‌گیری می‌شود.