Лако-красочные материалы — производство

Природа склеиваемого материала и состояние его поверхности оказывают существенное влияние на выбор клея, процесс склеива­ния и свойства клеевого соединения. Ниже рассмотрены очень ко­ротко некоторые особенности склеивания металлов, пластических масс, целлюлозы, стекла и других материалов. Подробно об этом рассказано в соответствующих разделах.

Применение клеев для склеивания металлов сильно возрос­ло, и за последние годы опубликовано много работ, посвященных вопросам склеивания металлов и прочности клеевых соединений [35, 45].

Прочность клеевых соединений металлов зависит от их приро­ды, атомного объема, вида и способа обработки поверхности. В не­которых случаях склеиваемые металлы оказывают ингибирующее действие на процесс отверждения полимериаационных клеев, а сле­довательно, снижается прочность клеевого соединения. Так, уста­новлено [46], что при склеивании меди, свинца, латуни и бронзы сильно замедляется полимеризация диметилвинилэтинилкарбино — ла. Удовлетворительная прочность клеевых соединений достига­лась только в случае предварительной полимеризации клея.

Существенное влияние на качество клеевых соединений метал­лов оказывает механическая обработка поверхности (обдувка пе­ском, обработка шкурой и т. д.). Не менее значительно и влияние таких методов обработки, как, например, обезжиривание ацетоном: при склеивании эпоксидным клеем Аральдит I такая обработка по­зволяет повысить прочность соединения при равномерном отрыве с 500—600 до 800—1000 кгс/см2.

Описаны термические методы очистки поверхности металлов путем отжига изделий в атмосфере водорода, окислительно-вос­становительный отжиг, являющийся наиболее качественным и про­изводительным [35, 47]. Существуют методы обработки поверхно­сти металлов ионной бомбардировкой [35, 48], пламенем, тлеющим коронным разрядом при пониженном давлении, струей ионизиро­ванного газа [35]. А 1 А. "7 2 2-2591 ^ 17

В ряде случаев обезжиривание и другие упомянутые выше спо­собы обработки склеиваемых поверхностей металлов не обеспечи­вают максимальной прочности клеевого соединения. Более эффек­тивны методы химической обработки Поверхности. Так, алюминие­вые сплавы обрабатывают электрохимическим методом в кислот­ных ваннах или в растворах, содержащих окислители, что приво­дит к образованию окисной пленки на поверхности металла. Кро­ме того, при такой обработке увеличивается поверхность контакта клея со склеиваемым материалом.

Характер и условия образования окисной пленки на поверхно­сти металла могут существенным образом влиять на качество кле­евого соединения. Окисные пленки некоторых металлов являются весьма непрочными, в особенности в толстых слоях, что может при­вести к разрушению клеевого соединения по окисному слою, а не по клею.

Изучение влияния окислов алюминия на свойства клеевых со­единений на эпоксидном клее показало, что не только кислород и влага воздуха, но и качество воды, применяемой для промывки окисных пленок, а также температурные условия промывки влия­ют на прочность клеевого шва [49].

Известны способы модификации поверхности металлов органи­ческими и элементоорганическими веществами [35; 50; 51, с. 110]. Так, показано, что адгезия полиэтилена к металлам повышается, если поверхность металла предварительно покрыть мономолекуляр­ным слоем органической кислоты [52, 53].

Поверхность металлов может быть обработана нафтенатами ме­таллов с последующим выжиганием органической части вещества при температуре около 500 °С. Лучшие результаты получены щ? и использовании нафтената цинка [54].

Описаны и способы снижения адгезии полимеров к металлам. Чаще всего для этой цели используются силоксаны [55, с. 14].

Значительные трудности обычно возникают при склеивании так называемых «инертных» термопластов-—неполярных полиме­ров (полиэтилена, полипропилена, политетрафторэтилена и др.). При склеивании таких материалов необходима обработка их по­верхности — либо механическими методами (опескоструивание, за — шкуривание), либо физическими (газопламенная обработка, обра­ботка электрическим разрядом, ультрафиолетовым светом и др.), либо с помощью химических агентов (например, раствора металли­ческого натрия в жидком аммиаке), изменяющих полярность по­верхностных слоев полимеров. Последний метод наиболее эффек­тивен. Так, обработка полиэтилена хромовой смесью повышает прочность клеевого соединения на полиуретановом. клее ПУ-2 при сдвиге с 1 до 90—95 кгс/см2 [56, с. 126]. Приблизительно такая же прочность склеивания полиэтилена с дуралюмином достигается и при применении эпоксидно-полисульфидного клея, а также других клеев на основе полярных полимеров. Обработка хромовой смесью приводит к увеличению полярности поверхности, что видно из ре­
зультатов измерения краевого угла смачивания полиэтилена водой до и после обработки. Аналогичные результаты получаются и при обработке поверхности полиэтилена разбавленными водными рас­творами КМ1Ю4.

Интересные данные получены при сравнении адсорбционных свойств исходного полиэтилена И полиэтилена с окисленной поверх­ностью [57]. Гидрофильность полиэтилена с окисленной .поверх­ностью значительно выше, чем исходного. Изотерма адсорбции воды исходным полиэтиленом обратима. В этой же работе было установлено, что при обработке хромовой смесью удельная поверх­ность полиэтилена практически не изменяется, но резко увеличива­ется теплота адсорбции воды.

Согласно результатам исследования ИК-спектров поглощения [58], обработка полиэтилена хромовой смесью и раствором КМп04 приводит к образованию в поверхностном слое ОН — и С=0-групп, причем в первом случае наблюдается преимущественное образова­ние карбонильных, а во втором гидроксильных групп.

Для повышения адгезионной способности политетрафторэтиле­на (фторопласта-4) поверхность его обрабатывают раствором нат­рия в жидком аммиаке, натрийнафталиновым комплексом и рас­плавленным ацетатом калия. Значения разрушающего напряжения при сдвиге фторопласта [59], обработанного тремя указанными ме­тодами и склепного полиуретановым клеем, близки друг к дру­гу и составляют 110—120 кгс/см2, в то время как исходные не­обработанные образцы фторопласта-4 клеем ПУ-2 не склеивают­ся [59].

Для получения прямых данных [58] о природе поверхностного слоя было проведено ИК-спектроскопическое исследование моди­фицированных образцов фторопласта-4. В поверхностном слое об­наружены двойные и сопряженные двойные связи, возникновение которых обусловлено отрывом от макромолекул поверхностного слоя атомов фтора. Кроме того, при обработке натрийаммиачным комплексом наряду с двойными связями в поверхностном слое по­лимера обнаружены аминогруппы; при обработке натрийнафтали­новым комплексом образуются карбонильные и гидроксильные группы; при обработке ацетатом калия — карбонильные группы. Образование этих функциональных групп и обусловливает повы­шение полярности и адгезионной способности политетрафторэти­лена.

При склеивании каучуков наблюдается четкая закономер­ность: к полярным каучукам (наирит, бутадиен-нитрильный) не­полярные каучуки (например, бутадиен-стирольный) имеют низкую адгезию, а полярные — более высокую. К неполярным каучукам сравнительно высокую адгезию имеют тоже неполярные каучуки.

Важным фактором, который следует учитывать при склеива­нии резин, — это микрорельеф поверхности субстрата; шероховатая поверхность в этом случае является очень благоприятным факто­ром.

2*

В ряде случаев введение в резиновые клеи таких добавок, как перекиси, гидроперекиси, иод, хлорное железо, повышает их адге­зию к резинам на основе неполярных или слабополярных каучу­ков. Однако более эффективны способы повышения адгезии, осно­ванные на химической модификации поверхности субстрата.

Специфической особенностью большинства целлюлозных материалов (древесины, бумаги и др.) является их пористость, что увеличивает расход клея при склеивании. Подверженность целлюлозных материалов гидролизу исключает применение клеев, содержащих кислотные компоненты.

Предполагается, что метилольные группы феноло — и карбамидо — формальдегидных смол реагируют с гидроксильными группами целлюлозы с образованием эфирных групп. Полиизоцианатные и полиуретановые клеи прочно склеивают целлюлозные материалы в результате химического взаимодействия между изоцианатными’ группами клея и гидроксилами целлюлозы. Образование химиче­ских связей между эпоксидными смолами и целлюлозой, по-види­мому, обусловлено взаимодействием гидроксильных групп целлю­лозы не только с эпоксидными, но и главным образом с гидрок­сильными группами смолы. При склеивании целлофана эпоксид­ными смолами образуются стойкие к холодной и горячей воде с©- единения, прочность которых зависит от природы используемого катализатора и условий отверждения.

При склеивании силикатного стекла необходимо учиты­вать, что его поверхность, особенно в условиях воздействия влаги воздуха, сильно полярна. Это обусловливает высокую адгезию к стеклу полимеров, содержащих гидроксильные, карбоксильные, эпоксидные, изоцианатные и другие полярные группы, способные к образованию с гидроксильными группами поверхности стекла химических, водородных, а также межмолекулярных связей [60— 62].

Наибольшую адгезию к стеклу имеют эпоксидные и эпоксифе — нольные смолы, полиуретаны, полиэфиракрилаты, полисульфиды [60], а также фенолокаучуковые клеи.

Изменение адгезионных свойств стекла может быть достигнуто путем химической модификации его поверхности. Известно приме­нение комплексного соединения смешанной соли метакриловой и соляной кислот и хромоксихлорида (волана). Благодаря наличию у привитого к стеклу волана двойной связи возможно взаимодей­ствие обработанного таким образом стекла с непредельными груп­пами полимеров.

Повышение адгезии полимеров к стеклу может б£лть достигну­то путем нанесения на его поверхность, модифицированную произ­водными силанов, дифункционального мономера, способного реаги­ровать как с полимером, так и с молекулами, привитыми к по­верхности стекла. Полимерами могут быть акрилонитрильный и Другие каучуки [65, с. 75].