Лако-красочные материалы — производство

Весьма распространенной является теория об адсорбционной природе адгезии, рассматривающая. образование связи между ад — гезивом и субстратом как результат действия межмолекулярных сил [7—12]. Утверждение о том, что адгезия обусловлена’действи­ем межмолекулярных сил, основано на известных фактах, свиде­тельствующих о возможности склеивания клеем на основе вещест­ва, содержащего функциональные группы, различных полярных ма­териалов и о трудности склеивания инертных материалов клеями на основе полимеров, не содержащих функциональных групп. Су­ществовало так называемое правило полярности: «высокая адге­зия — не может быть достигнута между полярным субстратом и не­полярным адгезивом или между неполярным субстратом и поляр­ным адгезивом» [7, 13].

В настоящее время теория во многом отличается от своего пер­вого варианта. В частности установлено, что правило полярности иногда не соблюдается: полярные субстраты, как оказалось, могут быть склеены неполярными или слабополярными адгезивами. Даже такие материалы, как полиэтилен и политетрафторэтилен, могут обладать хорошей адгезией к металлам [14—16].

В отличие от исходных положений адсорбционной теории со­временные представления о молекулярном взаимодействии на гра­нице раздела адгезив — субстрат учитывают последние достиже­ния науки о полимерах, являющихся основой большинства адгези — вов [5; 6; 17, с. 22]. Однако установление количественной функциональной зависимости между природой, .концентрацией функ­циональных групп, дипольными моментами, диэлектрической про­ницаемостью и другими физическими и физико-химическими свой­ствами адгезивов исубстратов представляется исключительно сложным и является проблемой будущего.

В основе электрической теории адгезии [18—21, 29, 39] лежит представление о двойной электрическом слое, образующемся при тесном контакте двух поверхностей. Электрическая теория адгезии учитывает также и роль молекулярного взаимодействия в явлени­ях адгезии. Адсорбционные процессы считаются важными лишь по­стольку, поскольку в результате их протекания возникает перерас­пределение электронов на грайице раздела, приводящее к образо­ванию двойного электрического’ слоя. Если в контакте находятся полимер и металл, то последний всегда является донором электро­нов. В связи с этим граничные слои металла обедняются электро­нами, а граничные слои полимера ими обогащаются, что приводит к возникновению двойного электрического слоя. При отрыве по­верхность металла оказывается заряженной положительно, поверх­ность же полимера — отрицательно. Отрицательный заряд обуслов­лен избытком электронов на поверхности полимера.

Возникновение двойного электрического слоя можно предста­вить себе как косвенный результат ориентированной адсорбции по­лярных функциональных групп полимера. Ориентация полярных групп должна изменить разность потенциалов между фазами, что и приводит к образованию двойного электрического слоя. Если функциональная группа обладает свойствами донора или акцеп­тора электронов, способных переходить через границу раздела фаз (и, следовательно, создавать двойной электрический слой, обе раз­ноименные обкладки которого разъединяются при отрыве), то это свидетельствует о прямом влиянии функциональных групп на плот­ность зарядов двойного электрического слоя. Полимер может вести себя как донор или как акцептор электронов в зависимости от то­го, с поверхностью какого вещества он приходит в контакт.

Исследование механизма образования двойного электрического слоя привело к выводу об электронном механизме процесса, про­исходящего в результате химического взаимодействия между клея­щим полимером и склеиваемым материалом [23; 24, с. 17].

Согласно диффузионной теории [25—30], адгезия и аутогезия полимеров сводятся к диффузии цепных мюлекул или их участков и к образованию в результате этого прочной связи между адгези — вом и субстратом. Процесс диффузии приводит к исчезновению резкой границы раздела между поверхностями и к образованию «спайки», имеющей промежуточный состав.

Диффузионная теория адгезии хорошо объясняет влияние на процесс склеивания ряда технологических факторов (применение при склеивании растворителя, общего для адгезива и субстрата, введение в адгезив пластификатора или наполнителя и т. д.), но совершенно неприменима для объяснения процесса склеивания ме­таллов, стекла, керамики, древесины, кожи, бумаги и др.

Существуют и другие теоретические представления об адгезии. Так, некоторые исследователи отводят главную роль микрореоло­гическим процессам, протекающим при образовании адгезионной связи на границе раздела клей — склеиваемый материал [31, с. 134; 32; 33]. Существует мнение, что разрушение адгезионных соединений металлов с полимерами происходит или по объему по­лимера или в зоне слабого граничного /лоя, где находятся низко­молекулярные вещества, и поэтому адгезионный тип разрушения никогда не реализуется [34]. Экспериментальным подтверждением роли слабых граничных слоев в адгезии полимеров может служить увеличение прочности соединений металл — полиэтилен при экст­рагировании из полимера низкомолекулярных фракций и сущест­венное уменьшение прочности при введении в полиэтилен низко­молекулярных веществ [34].

Некоторые исследователи объясняют взаимодействие в зоне контакта адгезив — субстрат не только наличием функциональных групп: на поверхности раздела возможно и образование комплек­сов с переносом заряда, которое приводит к значительному выиг­рышу энергии [5].

Возможно также протекание каталитических реакций, приводя­щих к образованию в полимере ненасыщенных связей и функцио­нальных групп, вступающих затем во взаимодействие со склеивае­мым материалом [5, 6].

Повышение адгезии полимеров может быть достигнуто введе­нием полисопряженных систем. Так, например, ничтожные добавки полифенилацетилена или полифенилбутадиена в полиэфиримид приводят к увеличению адгезии полимера к металлу [6].

Нанесение на субстрат, в том числе на металл, пленки полиме­ра может привести к повышению прочности субстрата, что откры­вает принципиально новые перспективы увеличения адгезии [7].

Адгезионные явления могут быть рассмотрены также в свете квантовых представлений о строении и взаимодействии молекул [35, с. 288].

Полнота контакта адгезива с поверхностью субстрата в процес­се — адгезионного соединения, определяемая вязкостью адгезива, ус­ловиями склеивания, состоянием поверхности субстрата и другими факторами, в значительной степени зависит от смачивающей спо­собности и поверхностного натяжения [36, 37]. Чем полнее смачи­вание, тем выше в конечном счете может быть прочность адгезион­ного соединения.

Учитывая представления о критическом поверхностном натя­жении смачивания для твердого тела и об условиях смачивания жидкостью твердого тела, в ряде случаев удается заранее предви­деть возможность применения того или иного адгезива для данно­го субстрата или наоборот—предусмотреть, какой из субстратов будет лучше склеиваться данным адгезивом [38—40].

Вполне обоснованным можно считать мнение о том, что смачи­вание, а также и растекание следует рассматривать как проявле­ние молекулярных сил на границе раздела фаз, связанных прежде всего с химической природой адгезива и субстрата [5].