Sen hoksatakseen pitää tuntea vetysidos.

Maallikonkin on helppo ymmärtää, miten lenkkareiden tarranauha toimii. Nauhan kovat mekaaniset koukut takertuvat pehmeisiin silmukoihin kuin takiaiset. Koukut joustavat sen verran, että tarra irtoaa, kun erottava voima on tarpeeksi suuri.

Ilmiön hahmottaa, koska se perustuu tutunkokoisten esineiden mekaniikkaan. Mutta miksi liima liimaa?

Sen selittämiseen tarvitaankin jo kemiaa, joka kuvaa ilmiöitä atomien kokoluokassa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Liima perustuu vetysidoksiin

Atomien maailman voimakkaimmat koukut ja silmukat syntyvät, kun vierekkäiset atomit jakavat keskenään kokonaisia elektroneja tai luovuttavat niitä toisilleen. Tällöin atomit sitoutuvat aika pysyväksi koosteeksi: molekyyliksi. Sellainen on esimerkiksi happi- ja vetyatomien muodostama vesi.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Liima kuitenkin yleensä perustuu heikompiin, molekyylien välisiin sidoksiin, joissa atomit jakavat elektronin vain osittain. Osittaisen jaon voi ymmärtää, kun ei ajattele elektronia pistemäisenä ytimen kiertolaisena vaan häilyvänä pilvenä ytimen ympärillä.

Yksittäinen tällainen sidos irtoaa herkästi, mutta koska sidoksia syntyy liiman molekyylien välille valtava määrä, liima pitää.Vahvin elektronien osittaiseen jakoon perustuva sidos on vetysidos, ja juuri se liimoissa useimmiten jyllää.

Vetysidos muodostuu, kun molekyylissä oleva vety tarraa viereiseen molekyyliin. Tätä ennen vety on omassa molekyylissään osittain luovuttanut negatiivisen sähkövarauksensa eli ainoan elektroninsa naapuriatomille. Siksi vedyn varaus on jäänyt hieman positiiviseksi. Kun tällaisen vedyn kylkeen osuu viereisen molekyylin atomi, joka on tahollaan ryöstänyt itselleen hieman ylimääräistä negatiivista varausta, positiivinen ja negatiivinen vetävät toisiaan.

Sitojina pitkiä polymeerejä

Liiman sidosaine koostuu yleensä pitkistä polymeeriketjuista, jotka tarttuvat liimattaviin pintoihin. Mitä pitempiä polymeeriketjut ovat ja mitä halukkaammin liimattava pinta osallistuu vetysidoksiin, sitä pitävämpi saumasta tulee.

Polymeerejä saadaan luonnosta, ja niitä myös valmistetaan ketjuttamalla lyhyitä rakennuspalikoita eli monomeerejä reaktiota edistävien katalyyttien avulla. Yhdessä ketjussa voi olla tuhansia, jopa kymmeniä tuhansia monomeerejä.

Miksei kovetu ennen aikojaan?

Entä miksei liima kovetu purkkinsa sisäpintaan? Tavallista askarteluliimaahan säilytetään nestemäisenä purkissa tai putkilossa.

Pakatun liiman sidosaine velloo pisaroina kantoaineessa tai liuottimessa, useimmiten vedessä. Kun liima puristetaan tuubista, vesi alkaa haihtua. Liima kuivuu, ja vasta nyt polymeeripisarat pääsevät tarttumaan toisiinsa ja liimattaviin pintoihin.Puu, pahvi ja paperi imevät tavallista vesiohenteista liimaa hyvin. Sen sijaan metallit, lasi ja kumi vaativat esimerkiksi kontaktiliimaa tai kemiallisesti kovettuvaa liimaa.

Joissakin liimoissa ei ole kantoainetta tai liuotinta. Sulateliima myydään rakeina, jotka levitetään liimattaville pinnoilla kuumennettuna. Jäähtyessään liima kovettuu.

Kemiallisesti kovettuva liima taas myydään kahdessa osassa. Kun ne sekoitetaan toisiinsa, tapahtuu kovettava kemiallinen reaktio. Jotkin liimat kovettuvat ultraviolettivalossa, toiset hapettomuuden tai ilmankosteuden vaikutuksesta.

Gekosta ja simpukasta mallia

Markkinoilla olisi varmasti kysyntää laastarille, joka ei vie ihokarvoja mukanaan. Saati hämähäkkimiehen kiipeilysaappaille ja -hansikkaille.

Tämäntapaiset tuotteet voivat olla näköpiirissä, jos on uskomista Kalifornian yliopiston biomimetiikan laboratorioon Berkeleyssä. Siellä tähdätään liimoihin ja tarrapintoihin, joiden esikuvana on gekko.

Gekko pysyy tassujensa mikroskooppisilla tartuntakarvoilla jopa katossa. Karvoissa toimii vetysidostakin heikompi van der Waalsin voima, joka perustuu elektronipilven sijainnin satunnaisiin vaihteluihin atomien välillä.

Lisäksi Northwestern Universityn tutkijat julkistivat viime vuonna liiman nimeltä geckel. Se sai inspiraationsa paitsi kuivilla seinillä viihtyvistä gekoista myös simpukoiden kyvystä tarttua märkiin pintoihin.Geckel voi auttaa esimerkiksi kirurgeja liimaamaan kosteita kudoksia tai insinöörejä kehittämään kiipeileviä sukellusrobotteja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 9/2008

Sisältö jatkuu mainoksen alla