Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Адсорбционная (молекулярная) теория адгезии

Эта теория является наиболее распространенной и рассматривает адгезию как результат проявления сил молекулярного взаимодействия между контактирующими молекулами адгезива и субстрата.

Поэтому важно, чтобы адгезив и субстрат обладали полярными функциональными группами, способными к взаимодействию. К этой теории в полной мере применимо правило полярности: «Высокая адгезия не может быть достигнута между полярным субстратом и неполярным адгезивом или между неполярным субстратом и полярным адгезивом».

Адсорбционная теория адгезии делит процесс образования адгезионной связи на 2 стадии:

I. Подготовительная. «Транспортирование молекул адгезива к поверхности субстрата».

Существуют факторы, которые облегчают протекание I стадии и способствуют достижению контакта между молекулами адгезива и субстрата. Это:

а) повышение температуры и давления;

б) введение пластификатора;

в) применение растворителей.

Смачивание и растекание адгезива по поверхности субстрата сопровождается поверхностной диффузией и миграцией молекул адгезива по поверхности субстрата.

II. Стадия начинается тогда, когда расстояние между молекулами станет меньше 5 Å. При этом условии между молекулами адгезива и субстрата начинают действовать молекулярные силы: водородные, вандерваальсовые силы. Это целый спектр сил, начиная от дисперсионных порядка 102 кал/моль до водородных связей порядка 104 кал/моль. Постепенно достигается адсорбционное равновесие.

Наиболее существенное достижение в изучении адгезии – установление четкой взаимосвязи между количеством функциональных групп в адгезиве и величиной адгезионной прочности.

При изучении адгезии полимеров винилового ряда к целлофану была установлена количественная связь между адгезионной прочностью адгезива и концентрацией карбоксильных групп в адгезиве:

А = k[COOH]n, где k и n – константы; [COOH] – концентрация карбоксильных групп в полимере.

При изучении большого числа различных объектов было обнаружено, что зависимость адгезионной прочности от содержания в адгезиве функциональных групп имеет максимум. Экстремальная зависимость величины адгезионной прочности от числа функциональных групп можно объяснить постепенным снижением подвижности сегментов макромолекул адгезива при увеличении содержания в нем полярных групп. Это является причиной увеличения жесткости цепей полимеров, снижается вероятность контакта функциональных групп адгезива и субстрата.

Рис.2. Зависимость адгезии сополимера винилхлорида с винилацетатом
к Al от содержания малеиновой кислоты

Основным путем регулирования адгезионной прочности является воздействие на химическую природу адгезива и субстрата.

Примеры: модифицируя полимеры акрилового и метакрилового рядов, вводя в них карбоксильные (-СООН), гидроксильные (-ОН), нитрильные
(-CN), амидные (-NH2) и эпоксидные группы (), были получены материалы с высокой адгезией к различным субстратам (металлам, стеклу, дереву). Введение небольшого количества –ОН в клеевую композицию оказалось достаточным для того, чтобы предел прочности при сдвиге дуралюмина повысился на один порядок (рис.).

Рис. Зависимость адгезии дуралюмина от содержания –ОН групп в клеевой композиции на основе сополимера метилакрилата с карбоксиаллиловым эфиром диэтиленгликоля и этиленгликольметакрилатом.

Хлорированием полиэтилена (ПЭ) можно повысить его адгезию к целлофану. Повысить адгезию полиэтилена к целлофану можно путем поверхностного окисления ПЭ хромовой смесью. Экстремальная зависимость величины адгезионной прочности от числа функциональных групп объясняется постепенным снижением подвижности сегментов макромолекул адгезива при увеличении содержания в них полярных групп, что в дальнейшем препятствует взаимодействию на границе раздела фаз.

Второй способ повышения адгезионной прочности – модификация субстрата, в результате которой появляются группы, способные к взаимодействию с функциональными группами адгезива.

Так, введение в резину соединений с подвижными атомами хлора (бензотрихлорид, бензальхлорид, хлорсульфополиэтилен) способствует повышению прочности связи с кордом, особенно, если он пропитан составом на основе пиридинового латекса. На границе раздела образуются соли пиридиния по ониевому механизму.

Субстрат может быть модифицирован нанесением на поверхность мономолекулярных слоев ПАВ. Например, если на поверхность металла нанести мономолекулярный слой жирной кислоты, то адгезия ПЭ к поверхности металла резко возрастает. Это связано с тем, что –СООН (карбоксильная группа кислоты) химически взаимодействует с поверхностью металла, а углеводородный «хвост» обеспечивает связь с ПЭ. При этом сопротивление отслаиванию резко возрастает и достигает 4500 Г/см.

Некоторые виды КМ можно рассматривать как наполненные полимеры, где частицы наполнителя представляют собой субстрат. Поэтому процесс адгезии оказывает существенное влияние на усиление полимеров наполнителями. Принято считать, что усиливающие свойства наполнителей связаны с адсорбцией макромолекул полимера на частицах наполнителя, смачиванием, соотношением полярностей, природой и концентрацией функциональных групп, т.е. факторами, определяющими адгезию согласно молекулярной теории. Особое внимание уделяется созданию адсорбционного слоя с повышенными физико-механическими показателями, который образуется за счет того, что полимерные молекулы ориентируются на поверхности системы субстрат-наполнитель. При увеличении концентрации наполнителя значительная часть полимера структурируется и прочность всей системы увеличивается.

Методы активирования поверхности наполнителей имеют много общего с рассмотренными методами повышения адгезионной прочности.

Например, обработка наполнителей резины: сажа, каолин, добавками, содержащими функциональные группы, приводит к увеличению адгезии. Например, введение в раствор натурального каучука, содержащего канальную сажу, небольшое количество каталамина, которые адсорбируются на поверхности сажи. Углеводородный радикал каталамина ориентируется в сторону молекул каучука, тем самым улучшая условия взаимодействия полимера с сажей.

Адсорбционно-молекулярная теория развивается, но ряд явлений она не в состоянии объяснить:

1) Зависимость сопротивления расслаиванию от скорости расслаивания;

2) «Высокие» значения адгезионной прочности, наблюдаемые при разрушении адгезионных соединений;

3) Причины высокой адгезии между неполярными адгезивами и полярными субстратами;

4) Причины, по которым, как правило, происходит разрушение не на границе раздела адгезив-субстрат, т.е. молекулярные силы между адгезивом и субстратом не определяют сопротивление разрыву.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Теории адгезии | Диффузионная теория адгезии
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-15; Просмотров: 1967; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.014 сек.