Стадии процесса адгезии

Первая стадия - транспортная, перемещение адгезива (клеящего вещества) к поверхности субстрата (тело, на которое наносят адгезив) и их определенное ориентирование в межфазном слое.

Вторая стадия - взаимодействие адгезива и субстрата, обусловлено различными силами (от Ван-дер-Ваальсовых до химических).

Межмолекулярным взаимодействием контактирующих фаз завершается процесс адгезии, что соответствует минимальной поверхностной энергии. Различают несколько механизмов (и, соответственно, теорий) в зависимости от природы взаимодействующих тел и условий, при которых происходит адгезия.

1 .Механическая адгезия - осуществляется путем затекания в поры и трещины поверхности твердого тела жидкого адгезива., который потом затвердевает, обеспечивая механическое зацепление.

2. Молекулярная (адсорбционная) адгезия - возникает под действием межмолекулярных Ван-дер-Ваальсовых сил и водородных связей.

3. Электрическая теория - связана с образованием двойного электрического слоя (ДЭС) на границе раздела между адгезивом и субстратом.

4. Диффузионный механизм - предусматривает взаимное проникновение молекул и атомов в поверхностные слои взаимодействующих фаз.

Чаще всего механизм адгезии является смешанным.

Теоретическая оценка адгезии очень приближённа, так как механизм её недостаточно изучен.

Смачивание.

Смачивание - это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твёрдым или другим жидким телом при наличии контакта трех несмачивающихся фаз, одна из которых воздух.

Степень смачивания количественно характеризуется косинусом краевого угла (угла смачивания) или просто краевым углом (углом смачивания).

Рис.4.2.К выводу уравнения для краевого угла (закон Юнга).

Рис.4.2. иллюстрирует состояние капли жидкости на поверхности твердого тела в условиях равновесия. Поверхностная энергия твердого тела, стремясь уменьшиться, вызывает растяжение капли по поверхности. Эта энергия равна поверхностному натяжению твердого тела на границе с воздухом s_3,1.Межфазная энергия на границе твердого тела с жидкостью s_2,3 стремится сжать каплю. Растеканию препятствуют когезионные силы, действующие внутри капли. Действие когезионных сил направлено от границы между твердой, жидкой и газообразной фазами по касательной к сферической поверхности капли и равно s_2,1.Угол q - краевой угол или угол смачивания.

s_3,1 = s_2,3 + s_2,1cos(q) – закон Юнга (4.3)

cos(q) = (s_3,1-s_2,3)/s_2,1 (4.4)

Чем меньше краевой угол, тем лучше смачивание поверхности.

Если cos(q)>0, то поверхность хорошо смачиваемая, cos(q)<0 - плохо смачиваемая.

Если разность s_3,1 - s_2,3 в уравнении Дюпре заменить её выражением из закона Юнга, то

Wa = s_2,1 + s_2,1cos(q)

Wa/s_2,1 = 1+ cos(q) - уравнение Дюпре-Юнга (4.5)

Уравнения (4.3), (4.4), (4.5) - только для идеально гладких тел. На поверхности реальных тел есть поры, трещины, и т. д.

Рассмотрим кинетический катерезис, который замедляет достижение равновесной формы капли. Краевые углы зависят от времени нахождения капли на поверхности.

Рис.4.3.Статические углы натекания и оттекания.

При увеличении капли формируется краевой угол натекания, а при уменьшении капли – угол отекания. За образованием углов отекания и натекания удобно наблюдать, если наклонить поастинку.

Для реальных тел: равновесный угол смачивания равен полусумме предельных углов натекания и оттекания:

cos(q) = (cos(qнт) + сos(qот))/2 (4.6)

Влияние шероховатости на кривой угол:

k = cos(qш)/cos(q), где к - коэффициент шероховатости

При повышении степени шероховатости смачиваемость улучшается.

РАСТЕКАНИЕ.

Капля жидкости, нанесенная на поверхность, может оставаться на ее определенном участке, и система будет находиться в равновесии в соответствии с законом Юнга, или же растекаться по поверхности. В обоих случаях система переходит в состояние с минимальной энергией Гиббса.

Условие растекания:

s_3,1 > s_2,3 + s_2,1 (4.7)

Из этого соотношения следует, что уменьшение межфазного натяжения s_2,3 (увеличение работы адгезии) и поверхностного натяжения жидкости s_2,1, способствует растеканию жидкости.

Если разность (s_3,1 - s_2,3) заменить выражением из уравнения Дюпре, то получим условие растекания в следующем виде: W_a - s_{2,1 >} s_2,1 или W_a > 2s_2,1. С учетом того, что W_a = 2s, имеем W_a > W_К.

Растекание происходит в том случае, если работа адгезии превышает работу когезии.

Способность жидкости растекаться зависит от когезии наносимых на поверхность жидкостей.

С повышением температуры увеличивается работа адгезии, поэтому нерастекающаяся жидкость с увеличением температуры может начать растекаться.

Дата добавления: 2014-01-13