Едно от най-древните лепила се използва и днес

Знаете ли, че думата колаген е измислена около 1860 година в Гърция? Основата на думата κόλλα (colla) означава лепило. И това не е случайно.

Сещате ли се за туткала, който се използва и днес?

В основата му стои точно колаген!

Познат е още и като Animal glue – лепило от животни. [1] Създадено е след продължително варене на животинска съединителна тъкан – кожи, кости, сухожилия, рога, копита, плавателни мехури на риби и други тъкани, като чрез хидролиза се извлича колагена под формата на желатин. Така извлечени, протеините образуват връзка на молекулно ниво между отделните обекти.

Нека да видим откъде произлиза.

[2] Още в зората на човешката цивилизация е осъзната нуждата от вещество, което да спомага залепването на една част за друга. Лепилата, на базата на естествени съставки, са започнали да се използват още 200 000 г. пр. н. е. Но тъй като процесите по топлинна обработка и сушене са били сложни за тогавашните цивилизации лепилата, получени от съединителни тъкани на животни са възникнали доста по-късно. С многото си предимства пред лепилата, основани на растения, животинските туткали успели да се наложат.

Не е изненада, че има доказателства още от времето на Древен Египет. Така около 2000 г. пр. н. е. йероглифи и издълбани в камък резби показват процесите по изготвянето на животинските лепила и използването им при изработка на дървените мебели и стенописите за фараоните. Хилядолетия след това, днес са запазени туткали от онези славни епохи. И след Древен Египет технологията за производство на туткала се разнесла  към Европа – Древна Гърция и Римската империя. Но вече не се използвало само от знатните граждани, а добило популярност в ежедневието за поставяне на фурнири, дърворезби, залепване на счупени керамични съдове.

Залепването се е приемало за изкуство и хората, които го извършвали били високо ценени. В древен Египет имало професия производител на кипящо лепило. Всички тези умения достигнали до римляните. Доказателство е дъбова кутия, датирана от римската епоха. Намерена е в Бреслау през 1886 г. Удивителен е факта, че на капака ѝ са залепени 5 метални монети. Анализ на лепилото показва наличие на протеин. И днес, хилядолетия след това четири от петте монети са все още здраво свързани с дървената повърхност.

В същото време, но от другата страна на света, китайците експериментирали с лепилата от животни. Те били от риба, волове или еленски рога. Използвали ги не само за обработка на дърво и поправка на счупени инструменти, но и като средство за запазване на рисувани изображения. И до днес художниците използват туткал за грундиране на платната от канаваца. Много култури по света са намерили свои вариации за изготвянето и използването на лепила от животинска съединителна тъкан. Например индианците ги използват за създаване на водоустойчиви покрития, като свързващи вещества, продукти за коса и лепила с общо предназначение.

След разгрома на Римската империя технологията за производство на туткал навлиза и в други части на Европа, но се използва най-много от дърводелците. През XVI в. по време на бурния разцвет на множество художествени занаяти и лепилата, направени от съединителна тъкан на животни преживяват своя Ренесанс. Тогавашните дърводелци използвали точно това лепило при създаването на най-различни видове мебели. Неизползваното лепило преобразували в прах, който можел лесно да се смеси с течност. И тъй като по време на Ренесанса музиката също била във възход, при изработката на дървени струнни инструменти отново се използвал туткал. Спомняте ли си за цигулките на Страдивариус? Смята се, че той имал специална тайна рецепта за лепило и то оказвало изключително влияние на произвеждания от цигулките звук. Традициите по използването на туткал продължават и до днес и той се препоръчва от лютиерите.

Костният туткал се използва основно при дървообработката. Той се втвърдява до стъклообразна форма и залепената фуга има по-голяма здравина от основният материал. В производството на музикални инструменти туткала се предпочита и днес, защото лепилният шев може да се отвори по всяко време отново (реверсивност). Поради голямата си твърдост, туткала провежда звука по-добре през залепените фуги, отколкото той преминава през дървените части. [3]

Но да се върнем отново към ренесансова Европа. Гутенберг за пръв път в Европа използва подвижен набор за печатане около 1439 година и пръв в света конструира механично задвижвана печатна преса.  През 1455 година Гутенберг издава своята „42-редова Библия“, известна и като Гутенбергова Библия. Отпечатани са около 180 копия, повечето на обикновена хартия. За подвързването на книгите се използва отново добре познатия туткал.

Ако се върнем в близкото минало можем да се сетим за още едно приложение на туткала като лепило. На гърба на пощенските марки има фин слой от туткал, примесен със захар. Леко навлажняване е достатъчно, за да залепим пощенската марка за плика. Тънки ивици има и върху някои пликове с цел залепване.

С началото на индустриалната революция през 1821 г. е създадена цяла фабрика за производство на лепило, която е последвана през 1899 г. от друга в САЩ. Суровините на туткала били доставяни от фермери, кланици, месопреработвателни цехове и пр. Ето там отивали старите и болни коне.

[4] Естественият каучук е използван за първи път като суровина за лепила около 1830 г. Откриването на каучуковата вулканизация през 1841 г. от Goodyear отбелязва раждането на синтетичните лепила и пластмаси. Следва бърз технологичен бум. С навлизането на синтетичните лепила, плод на химични разработки, туткалът не се произвежда толкова масово. Но за сметка на това е по-пречистен. Животинската съединителна тъкан пак влиза в употреба  благодарение на веществото, познато като желатин. Той се използва в редица хранителни продукти, за изработката на меки капсули за лекарства, дървопреработваща промишленост, при производство на кожи, картони и хартия.

Можем да разграничим няколко вида туткал: 

• Костният туткал се произвежда от костите на питомни животни-свине, говеда, овце и коне. Както споменахме, той се използва основно при обработването на дърво.
• Туткалът от кожа и заешкия туткал са по-светли на цвят. В сравнение с костния туткал, залепената фуга е по-еластична. Използва се при преработката на хартия, при подвързването на книги и реставрацията им. Използва се и като лепило при пощенските марки. Поради еластичността си е подходящ за грундиране на платната на художниците. Силно разреден туткал се използва и като грунд преди лакиране на дърво.
• Рибният туткал се произвежда от кожата и костите на риби. Той е много добър свързващ материал за гипс и бои. Увеличава времето, през което гипса може да се обработва. Може да се използва и без загряване, тъй като рибните протеини не се втвърдяват при ниски температури. Рибният туткал се използва за реставрация на ценни мебели и предмети. А за особено скъпи предмети се използва туткал от мехури на моруна. Използва се като лепилен слой при позлатяване върху стъкло. Здравината му е изключително голяма. Той бил любим на средновековните монаси, които ръчно преписвали различни книги.

Всички суровини за производство на туткал се обезмасляват и деминерализират. След варене на подходяща температура се освобождава колагена. Суровият туткал се суши. Когато искаме да го използваме трябва да го потопим във вода за няколко часа. Той набъбва и увеличава обема си. След това се поставя на водна баня при температура 50-65 градуса. По-високите температури могат да увредят колагеновите фибри. Ниските температури намаляват здравината на лепилния шев.

Сред основните предимства на туткала, използван от хилядолетия са силата на залепване и обратимостта на процеса. Достатъчни са топлина и вода, за да може да се отвори лепителния шев, без това да предизвиква повреди в залепените детайли. С алкохол или спирт могат да бъдат разлепени  много стари залепвания.

Сред недостатъците са малкото време за обработка след като туткала започне да изстива. При нанасянето върху детайлите лепилото се охлажда и може да направи нестабилен шев.Ето защо бързината е от значение и е желателно детайлите да са леко нагрети, за да няма голяма температурна разлика. Докато в миналото това се е случвало в специализирани работилници, днес пистолетите за нагряване подпомагат процеса. Изключение прави рибния туткал, който може да се преработва и на студено, но детайлите трябва да се държат притиснати поне 24 часа.

Съвременни изследвания разглеждат функциите на колагена, придобит от различни бозайници и риби. [5] 

Колагенът се състои от дълги протеинови молекули, които са съставени от естествено срещащи се аминокиселини. Те образуват тройно спирални структури, които са вътрешно стабилизиране чрез свързване с водород. Колагенът е неразтворим в студена вода и се превръща в разтворим, тип желатин чрез денатуриране. За да се получи лепило е нужно извличането на колагена с гореща вода. Предварителна подготовка с киселини или основи е нужна за повечето видове туткал, извлечени от кости или кожа. Рибния туткал няма нужда от такива обработки, защото съдържа по-малко кръстосани колагенови фибри. По време на екстракцията връзките между отделните молекули в тройната спирална структура се разбиват и се получават единични протеинови вериги. Така колагенът се превръща в желатин. Температурата зависи от химичната структура на протеините в конкретния източник на колаген. Например за бозайниците са нужни около 40 градуса, а при дълбоководните риби като треска са нужни 15 градуса. При повечето риби температурата отново е по-ниска, отколкото при бозайниците и се движи в диапазона около 30 градуса. При някои тропически риби колагеновите фибри се денатурират при 36 градуса.

Процесът на разбиване на структурата на тройната спирала не е напълно необратим. По време на желиране и сушене случайни протеинови спирали частично се пренареждат отново в тройно-спирална структура. Но изместването на единичните вериги означава, че се образуват повече възли в зоните на свързване.

Ето защо лепилата на основа животинска съединителна тъкан са предпочитани и днес. Те образуват твърд, понякога леко еластичен гел при охлаждане. А при повторно нагряване се втечняват и обектите могат да се разделят без поражения.

Съвременните туткали съдържат допълнителни вещества. Например рибните лепила съдържат консерванти, оцветители и аромати. Течните лепила имат допълнителни съставки, които пречат на превръщането в гел при стайна температура. Способността на лепилото на база колаген да развие лепкавост при процеса на желиране е уникално и неповторимо свойство.

Времето за изсъхване зависи от температурата на околната среда и относителната влажност. След желиране, матрицата на лепилото изсъхва чрез изпарение на водата като този процес може да бъде ускорен чрез повишаване на температурата. Желателно е лепилата на базата на колаген да съхнат колкото се може по-бавно тъй като това стимулира молекулите да се подредят в мрежести структури. В резултат на омрежването се увеличава еластичността и здравината на получения слой лепило.

От друга страна значение оказва и колко с вода е разредено лепилото. Тъй като колагенът има свойството да набъбва, той може да увеличи обема си и извличане на пигменти от обектите, ако са водоразтворими. И като стана дума за колаген – слоят лепило може да претърпи промени под въздействието на UV лъчи.

Въпреки модерните технологии за производство на синтетични лепила и днес произведените на основа животинска съединителна тъкан лепила продължават да се използват поради уникалните свойства на колагеновите фибри.

 

Използвани източници:

1. Wikipedia. Animal glue 
2. History of Animal Glue 
3. Wikipedia. bg - Туткал 
4. Bonding: An Ancient Art  
5. Animal glues: a review of their key properties relevant to conservation