غراء الخشب

كان الغراء الحيواني ، وخاصة غراء الحوافر وغراء الجلود ، المادة اللاصقة الأساسية المُفضلة في العديد من أنواع النجارة، بما في ذلك صناعة الأثاث والآلات الوترية، لقرون عديدة. يُصنع هذا الغراء من الكولاجين المُستخلص من جلود أو حوافر الحيوانات. وهو مُشابه كيميائيًا للجيلاتين الصالح للأكل، وغير سام عند ابتلاعه. لا يزال غراء الجلود يُستخدم حتى اليوم في تطبيقات مُتخصصة: صناعة الآلات الموسيقية ، وصناعة نسخ مُقلدة من الأثاث ، وترميم الأعمال الخشبية العتيقة بدقة عالية. يُقاس غراء الجلود بناءً على قوة تماسكه، وهي مقياس لكمية القوة اللازمة لضغط مكبس بطول 13 مم ( نصف بوصة) مسافة 4 مم (0.16 بوصة ) في محلول بروتيني من الغراء بنسبة 12.5% ​​عند درجة حرارة 10 درجات مئوية (50 درجة فهرنهايت) . يُصنع الغراء بدرجات قياسية تتراوح أوزانها بين 32 و512 غرامًا (1.1 و18.1 أونصة) . يُعدّ غراء بقوة 192 غرامًا (6.8 أونصة) الأكثر شيوعًا في أعمال النجارة؛ بينما يُستخدم غراء بقوة 251 غرامًا (8.9 أونصة) عادةً في صناعة الآلات الموسيقية؛ أما غراء بقوة 135 غرامًا (4.8 أونصة) فهو الأقل استخدامًا في أعمال النجارة العامة. يتطلب الغراء الذي تزيد قوته عن 250 غرامًا (8.8 أونصة) تخفيفًا مفرطًا، مما يترك كمية قليلة جدًا من الغراء في الوصلات، وبالتالي لا يُحقق التصاقًا فعالًا، لذا فهو غير شائع الاستخدام. تتوفر الآن أنواع سائلة من غراء الجلود؛ وعادةً ما يُضاف إليها اليوريا للحفاظ على سيولتها في درجة حرارة الغرفة وإطالة وقت جفافها. من أمثلة غراء الجلود السائل: غراء أولد براون أو غراء تايتبوند السائل للجلود. لا يتسرب غراء الجلود. يسهل إصلاح وصلات غراء الجلود، وذلك ببساطة عن طريق تسخينه وإضافة المزيد منه. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}           

تتميز المواد اللاصقة المصنوعة من راتنج اليوريا-فورمالديهايد بتكلفتها المنخفضة، ودرجات حرارة معالجتها المنخفضة، ومقاومتها للكائنات الدقيقة والتآكل، ولونها الفاتح. وهي لا تتمدد، ويمكن إصلاحها باستخدام الإيبوكسي. إلا أنها قد تتلف بسرعة في البيئات الحارة والرطبة ، مطلقةً الفورمالديهايد (مادة مسرطنة ). ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} تُورَّد على شكل مسحوق أبيض ناعم يُخلط بنصف وزنه من الماء البارد قبل الاستخدام. ويبقى اللاصق المخلوط صالحًا للاستخدام لمدة ثلاث ساعات تقريبًا، حسب درجة الحرارة. وفي حال حفظه جافًا، فإن المسحوق غير المستخدم له مدة صلاحية تصل إلى عام. يتميز هذا اللاصق بقدرته على ملء الفراغات بين المكونات غير المتطابقة. وقد تم إنتاجه منذ ثلاثينيات القرن العشرين تحت اسم " أيرولايت" لربط الخشب الرقائقي المستخدم في صناعة الطائرات.

تبلغ انبعاثات غازات الاحتباس الحراري 2.04  كجم من مكافئ _ثاني أكسيد الكربون لكل كجم من مادة لاصقة اليوريا فورمالدهيد . ^{[ 13 ]}

يتميز غراء راتنج الريزورسينول-فورمالديهايد بقوة ومتانة عاليتين (يقاوم الغمر في الماء المغلي، والأحماض الخفيفة، والماء المالح، والمذيبات، والعفن، والفطريات، والأشعة فوق البنفسجية، وغيرها). تاريخيًا، كان هذا الغراء هو السائد في صناعة الخشب الرقائقي الخارجي وإنتاج الطائرات الخشبية. يجب خلطه قبل الاستخدام (راتنج سائل ومحفز مسحوق)، وهو سام، ^{[ 14 ]} وله لون أرجواني داكن بعد التصلب، وهو ما قد لا يكون مقبولًا في بعض الاستخدامات. لسنوات عديدة، صرحت إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) بأن "الريزورسينول هو المادة اللاصقة الوحيدة المعروفة والموصى بها والمعتمدة للاستخدام في هياكل الطائرات الخشبية، وهو يفي تمامًا بمتطلبات القوة والمتانة اللازمة" ^{[ 10 ]} للطائرات المعتمدة. مع ذلك، في الواقع، تستخدم الغالبية العظمى من الطائرات الخشبية التي بُنيت في العقود الأخيرة (معظمها طائرات بناها هواة) أنواعًا أخرى من المواد اللاصقة ( أنظمة راتنج الإيبوكسي بشكل أساسي )، والتي توفر قوة أكبر، والأهم من ذلك، أنها أقل حساسية بكثير لتقنية التطبيق المثالية. تتميز معظم المواد اللاصقة الحديثة بمقاومتها العالية لأخطاء التركيب الشائعة (مثل الفجوات الصغيرة أو عدم محاذاة الأجزاء) مقارنةً بمادة الريزورسينول، التي لا تُظهر أي مقاومة تُذكر لمثل هذه الأخطاء. وهذا قد يُسبب صعوبات كبيرة، خاصةً في عمليات التجميع المعقدة. مع ذلك، لا يزال بعض البنائين/المُرممين يستخدمون الريزورسينول، وهو شائع في الطائرات القديمة.

يُستخدم راتنج الفينول فورمالديهايد عادةً في صناعة الخشب الرقائقي المقاوم للماء . يُعالَج هذا الراتنج عند درجة حرارة وضغط مرتفعين ^{[ 10 ]} ، كما يتوفر على شكل غشاء جاف يُوضع بين طبقات القشرة الخشبية ( غشاء تيغو ). تبلغ انبعاثات غازات الاحتباس الحراري 2.88  كجم من مكافئ ثاني أكسيد الكربون _لكل كجم من مادة لاصقة الفينول فورمالديهايد. ^{[ 13 ]}

يُعدّ استهلاك الطاقة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري المرتبطة بإنتاج مواد لاصقة من اليوريا فورمالديهايد أقل من تلك المرتبطة بمواد لاصقة من الفينول فورمالديهايد . مع ذلك، يُعتقد أن لمواد اليوريا فورمالديهايد تأثيرًا سلبيًا على دورة حياتها أعلى بنحو 50% من الفينول فورمالديهايد، ويعود ذلك أساسًا إلى الانبعاثات الحمضية أثناء عملية إنتاجها. ^{[ 15 ] [ 13 ]}

تُصنّع المواد اللاصقة الراتنجية من نوع اللجنين-فينول-فورمالديهايد عمومًا عن طريق تفاعل خليط من اللجنين المعزول (مثل لجنين كرافت، أو الصودا، أو المُستخرج من مصافي التكرير الحيوي) والفينول مع الفورمالديهايد في وسط قلوي. ^{[ 16 ]} تتميز هذه المواد اللاصقة الراتنجية بلزوجة أعلى، ولون أعمق، وتتطلب ظروف معالجة أكثر صرامة من المواد اللاصقة الراتنجية من نوعي اليوريا-فورمالديهايد والفينول-فورمالديهايد. ^{[ 17 ]}

في الكتلة الحيوية الليغنوسليلوزية ، يعمل الليغنين كمادة لاصقة تُعزز قوة جدران الخلايا من خلال ربط السليلوز والهيميسليلوز معًا بكفاءة. ^{[ 18 ]} أظهرت المواد اللاصقة المصنوعة من الليغنين المطحون (MWL) واللجنين المحمي بالفورمالديهايد (FPL) واللجنين المحمي بالأسيتون، والتي تم تحضيرها باستخدام الليغنين المفصول في ظروف معتدلة أو المحمي بالألدهيد أو الكيتون، قوة ربط معقولة بعد الكبس الساخن عند 190  درجة مئوية و1.5 ميجا باسكال لمدة 8 دقائق؛ حيث استوفت قوة الالتصاق الجافة والرطبة الحد الأدنى المطلوب وهو 0.7 ميجا باسكال. تشير النتائج إلى إمكانية استخدام الليغنين المكثف أو المحمي من مصادر مختلفة مباشرةً كمواد لاصقة للخشب دون الحاجة إلى معالجات فيزيائية أو كيميائية إضافية. ^{[ 19 ]} تحسن أداء الالتصاق لهذه المواد اللاصقة مع انخفاض درجات التكثيف، وازداد مع ارتفاع درجات حرارة الكبس الساخن. وقد استوفت منتجات الخشب الرقائقي متعددة الطبقات، التي تستخدم مواد لاصقة من الليغنين، المتطلبات الميكانيكية اللازمة لتطبيقات في مجالات متنوعة. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

أظهرت المواد اللاصقة المصنوعة من اللجنين والمُحضّرة من اللجنين المحمي بألدهيدات أخرى (على سبيل المثال، الأسيتالدهيد، والبروبيونالدهيد، والفورفورال) أداءً جيداً في الالتصاق يزيد عن 0.7 ميجا باسكال. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

يُعزز تحضير المواد اللاصقة الخشبية القائمة على اللجنين من الكتلة الحيوية الليغنوسليلوزية استخدام المواد اللاصقة الصديقة للبيئة، ويساهم في تطوير مشاريع تكرير حيوي مربحة. ويُعدّ هذا تقدماً هاماً في مجال تكنولوجيا المواد اللاصقة المستدامة، وله القدرة على إحداث تأثير إيجابي على صناعة الخشب الرقائقي.

أصبح غراء البولي يوريثان ( الذي يحمل أسماء تجارية مثل غوريلا غلو وإكسل ) شائعًا بشكل متزايد في الولايات المتحدة بعد استخدامه لسنوات في بلدان أخرى. يلتصق هذا الغراء بألياف النسيج والمعادن والبلاستيك والزجاج والرمل والسيراميك والمطاط، بالإضافة إلى الخشب. عادةً ما تكون مواد لاصقة الخشب من البولي يوريثان عبارة عن بوليمرات أولية تنتهي بمجموعات إيزوسيانات . عند تعرضها للرطوبة، تتفاعل الإيزوسيانات مع الماء، مما يؤدي إلى تصلب المادة اللاصقة. لذلك، تُسمى مواد لاصقة البولي يوريثان أحادية المكون أيضًا باسم بولي يوريثانات المعالجة بالرطوبة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤثر التفاعلات بين البولي يوريثان وبوليمرات الخشب بشكل كبير على قوة الالتصاق. ^{[ 23 ]} تتمدد مواد غراء البولي يوريثان عند تصلبها، مما يحسن الالتصاق في الأماكن التي لا يكون فيها التماسك محكمًا. على عكس غراء PVA، يمكن استخدامها للصق أطراف الألياف الخشبية. مع ذلك، في اختبارات التشبع بالماء، كانت روابط البولي يوريثان "أقل متانة بكثير من روابط الريزورسينول على كل من [خشب التنوب دوغلاس وخشب البتولا الأصفر]". ^{[ 24 ]}

في الآونة الأخيرة، تم استخدام بعض أنواع الراتنجات الجديدة القائمة على البولي يوريثان للصق حتى الخشب الأخضر ذي المحتوى الرطوبي العالي. ^{[ 25 ]}

تتصلب راتنجات الإيبوكسي ، التي تُستخدم عادةً كنظام خلط ثنائي المكونات، في نطاق أوسع من درجات الحرارة ومحتوى الرطوبة مقارنةً بالمواد اللاصقة الأخرى، ولا تتطلب ضغطًا أثناء التصلب، كما أنها تتميز بقدرة جيدة على ملء الفراغات: فالوصلات شبه المثالية ذات الفجوات الصغيرة جدًا تُنتج في الواقع روابط أضعف. يتطلب استخدام الإيبوكسي عناية فائقة بنسبة خلط المكونين. وهو يلتصق بمعظم أنواع غراء الخشب المتصلب (باستثناء PVA). ^{[ 26 ]} يتميز لاصق الإيبوكسي ثنائي المكونات بمقاومته العالية للماء المالح، كما أن معظم أنواع الإيبوكسي مقاومة للحرارة حتى 177 درجة مئوية (351 درجة فهرنهايت) ، وتتميز التركيبات التي تحتوي على مسحوق معدني ومطاط أو مواد ملدنة بمتانتها العالية ومقاومتها للصدمات. تعتمد راتنجات الإيبوكسي الأكثر شيوعًا على تفاعل الإيبكلوروهيدرين (ECH) مع ثنائي الفينول أ ، مما ينتج عنه مادة كيميائية مختلفة تُعرف باسم ثنائي غليسيديل إيثر ثنائي الفينول أ (المعروفة اختصارًا بـ BADGE أو DGEBA). تُعدّ الراتنجات القائمة على ثنائي الفينول أ الأكثر انتشارًا تجاريًا، ولكن يتم أيضًا تفاعل أنواع أخرى من ثنائي الفينول مع الإيبكلوروهيدرين بطريقة مماثلة، مثل ثنائي الفينول ف . قد يُسبب الإيبوكسي حساسية طويلة الأمد ( حساسية ) نتيجة التعرض المفرط له، وغالبًا ما يكون باهظ الثمن. ^{[ 27 ]}  

يُستخدم غراء السيانوأكريلات ( المعروف أيضًا بالغراء الفائق أو CA أو CyA ) بشكل أساسي في الإصلاحات الصغيرة، وخاصةً من قِبل خراطي الخشب . يلتصق هذا الغراء فورًا، حتى بالجلد. ويُعتبر السيانوأكريلات المُتصلب مادة بلاستيكية في جوهره. تتوفر منه أنواع قادرة على التغلغل في المفاصل الضيقة، ولكنها أقل قوة في الالتصاق (لأن جزءًا كبيرًا منه يتسرب ويتسرب جزء آخر إلى الخشب، تاركًا القليل جدًا على السطح للالتصاق)، أو تركيبات أكثر كثافة (جل) يمكنها ملء الفراغات الصغيرة جدًا، ولا تتسرب من المفصل، ولا تتسرب بسرعة إلى الخشب. لا يلتصق غراء السيانوأكريلات الرقيق بسرعة أكبر، ولا يُكوّن سلاسل بوليمرية أقصر من النوع الجل عند استخدامه على الخشب. تُؤخر الطبيعة الكيميائية للخشب عملية بلمرة السيانوأكريلات بشكل ملحوظ. وعندما يتصلب أخيرًا في مفصل خشبي، تبقى كمية كافية من الجل لالتصاق أفضل من النوع الرقيق. عند استخدام الجل، فإن الإفراط في استخدام الغراء يُضعف الالتصاق الناتج. وبالمثل، فإن استخدام كمية قليلة جدًا من الغراء الفائق الرقيق سيؤدي إلى عدم بقاء أي غراء تقريبًا في وصلة الخشب، مما يتسبب في ضعف الترابط أو انعدامه تمامًا. تتوفر أيضًا أنواع آمنة للاستخدام مع الرغوة (يذيب السيانوأكريلات العادي معظم أنواع الرغوة البلاستيكية)، والتي تُسوَّق عادةً على أنها قليلة الرائحة . يتميز السيانوأكريلات بصلابته، ولكنه ذو مقاومة قص منخفضة (هش)، لذا فإن ثني الخشب العادي قد يكسر الترابط في بعض التطبيقات. غالبًا ما يتم استخدام كمية كبيرة جدًا من المادة اللاصقة، مما يؤدي إلى ترابط أضعف بكثير. سرعان ما أصبح السيانوأكريلات المادة اللاصقة السائدة لدى صانعي نماذج خشب البلسا، حيث تفوق قوته بكثير قوة المواد الأساسية.

يُصنع غراء الكازين من بروتينات الحليب. وقد استُخدم لصنع مفاصل قوية ومتينة في الطيران المبكر، وكان منتشراً على نطاق واسع في شكل "غراء أبيض" مثل غراء إلمر ، لكنه فقد شعبيته بسبب قابليته للهجوم من قبل البكتيريا.

يُعدّ أسيتات البولي فينيل (PVA)، المعروف أيضًا باسم "الغراء الأبيض" أو "غراء الهوايات والحرف اليدوية" أو "غراء المدارس"، مادةً غير سامة، متعادلة الحموضة، رخيصة الثمن، وسهلة الاستخدام، ولذلك فهو النوع الأكثر شيوعًا من غراء الخشب. يجب أن تكون الوصلات محكمة التثبيت ومثبتة بإحكام أثناء التصلب للحصول على أقصى قدر من المتانة. مع ذلك، يبقى غراء PVA مرنًا بعد تصلبه، وقد يتحرك تحت الضغط المستمر. قد يصعب إصلاح الوصلات التي تم لصقها مسبقًا بغراء PVA، لأن معظم أنواع الغراء (بما في ذلك PVA نفسه) لا تلتصق جيدًا بغراء PVA المتصلب. غراء PVA ليس مقاومًا للماء، إلا أن النوع الثاني منه مقاوم للماء.

الراتنج الأليفاتي ، المعروف أيضًا باسم "غراء النجار" أو "الغراء الأصفر"، هو مادة لاصقة صناعية ( مركب أليفاتي في هذه الحالة ) ذات لون أصفر فاتح وقوام كريمي، ويُستخدم غالبًا لربط قطع الخشب. بالمقارنة مع المواد اللاصقة الأخرى، يتميز برائحة خفيفة وقابلية منخفضة للاشتعال ، وقوة ربط جيدة، ومقاومة متوسطة للرطوبة. وهو أكثر مقاومة للحرارة والماء من غراء البولي فينيل أسيتات "الأبيض"، وله قوام أثقل يقلل من التقطير، ويتصلب عند درجات حرارة تتراوح بين 10 و 43 درجة مئوية ، مع أنه يُعتبر غير مناسب للاستخدام الخارجي. قد يُصعّب وقت تصلبه الأسرع من الغراء الأبيض استخدامه في المشاريع المعقدة. يتصلب خلال 24 ساعة تقريبًا، وينتج عنه خط لاصق شفاف أو بني فاتح أو كهرماني. قبل أن يتصلب، يمكن تنظيفه بماء الصنبور (مثل الغراء الأبيض). على عكس الغراء الأبيض، فإن مقاومته للحرارة وصلابته بعد التصلب تسمح بصنفرته، مع أنه لا يمتص صبغات الخشب الموضوعة فوقه. يجب صنفرة الراتنج الزائد أو إزالته بطريقة أخرى قبل الصبغ. ^{[ 28 ]} وهو أقل عرضة للانزلاق أثناء التثبيت من الغراء الأبيض. ^{[ 29 ]} يتميز الراتنج الأليفاتي بخصائص استخدام وقوة قصوى نسبية مشابهة لـ PVA. يختلف النوعان من الغراء في خصائص التماسك قبل التصلب الأولي، حيث يُظهر PVA انزلاقًا أكبر أثناء التجميع، بينما يتميز الغراء الأصفر بتماسك أولي أقوى. من بين العلامات التجارية: Titebond و Lepage .    

تشمل الأبحاث المتعلقة بالبدائل الحيوية لغراء الخشب استخدام اللجنين - وهو مُركّب عطري في الكتلة الحيوية - كبديل جزئي أو كامل للراتنجات المشتقة من البترول. يمكن دمج اللجنين في أنظمة الفينول والإيبوكسي، أو استخدامه بأشكال مُعدّلة (مثل اللجنين-جليوكسال) لإنتاج مواد لاصقة حرارية لألواح الخشب والرقائق. ^{[ 30 ] [ 31 ]} يعتمد الأداء على بنية اللجنين وتركيبته؛ وتشير الدراسات إلى قوى ربط جافة تنافسية، بينما تتطلب المتانة في الحالة الرطبة غالبًا مزيدًا من التعديل أو عوامل الربط المتشابك. ^{[ 32 ]} يستخدم التقييم المختبري عادةً اختبارات ميكانيكا الكسر (النمط الأول والنمط الثاني) مثل اختبار العارضة المزدوجة واختبار الانحناء ذي الشق النهائي لتحديد المتانة وسلوك خط الربط في وصلات الأخشاب. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

مادة لاصقة للقشرة الخشبية .

غراء ساخن للاستخدامات المؤقتة.