ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Особенности адгезии неорганических клеев из "Неорганические клеи" Некоторые вопросы теории адгезии. Контакт между веществами в твердом состоянии легче осуществить, если присутствует хорошо смачивающая жидкость. Жидкость создает условия подвижности частиц, что способствует образованию контактов и дает возможность осуществить их на большей площади. Обычно площадь контакта между двумя твердыми поверхностями мала, так как поверхности могут соприкасаться лишь на отдельных участках ввиду их шероховатости (даже в случае полированных поверхностей). Отношение истинной поверхности к кажущейся больше трех. Поэтому истинная поверхность контактов невелика. [c.38] Хорошее смачивание обеспечивается как свойствами жидкости, так и смачивающейся поверхности. При использовании неорганических клеев чаще всего приходится иметь дело с твердыми телами, обладающими ионной решеткой. Такие кристаллы хорошо смачиваются полярными жидкостями. [c.38] Полярные адгезионно активные функциональные группы клея улучшают совместимость поверхности склеиваемых материалов и клеевого слоя. Водородные связи — причина большой силы сцепления воды (высокое поверхностное натяжение) они определяют способность воды прилипать (смачивать) к различным веществам. Смачивание связано с образованием водородных связей между молекулами воды и атомами кислорода твердого тела. Поэтому у неорганических клеев в качестве затворителей или растворителей наиболее распространены вода и водные растворы, хотя, в принципе, можно использовать и неводные растворители. [c.38] Поляризуемость атомов и одноатомных ионов, составляющих поверхностные слои твердого тела (типа керамики), возрастает с увеличением числа электронов на внешней электронной оболочке. Одновременно изменяется равновесие положения частиц в поверхностном слое. Часть катионов несколько смещается внутрь материала, и поверхность приобретает заряд. Таким образом кристаллохимические свойства склеиваемого материала (как и частицы связующего, наполнителя и новообразований) и электронное строение катионов влияют на смачиваемость и адгезию. С этих позиций повышение полярности материала должно, видимо, увеличивать адгезию. Следует учитывать, что начальная адгезия (смачивание — прилипание с помощью жидкости) в неорганических клеях заменяется последующими прочными адгезионными контактами. [c.39] Нами высказано предположение об образовании двумерных поверхностных химических соединений, устойчивых благодаря избыточной поверхностной энергии (снижение уровня поверхностной энергии в результате образования поверхностных соединений) и неустойчивых (в виде объемных фаз) на диаграмме состояний. Термодинамический анализ на основе термодинамики необратимых процессов показал правомерность такого подхода [59]. Формирование двумерных фаз на поверхности фиксируется экспериментально (в частности, формирование двумерных оксидных фаз) [60]. [c.39] Во многих случаях исследуемые процессы хорошо объясняются с позиций электростатических представлений, рассматривающих двойной электрический слой и образование контактной разности потенциалов. [c.39] Интересный подход в плане поляризационных взаимодействий развивается в работах Ефремова [61]. Им предложена модель структуры клеевых прослоек, основанная на образовании на активных поверхностях ориентированных адсорбционных слоев и на способности системы, которая находится в переходном состоянии, к спонтанной поляризации [62]. Основой модели являются представления об адгезионной связи ион-дипольного характера и когезионной связи диполь-дипольного характера. Последние укрепляются в случае коллективного взаимодействия полярных молекул в ориентированном поверхностном слое адгезива. Учет изменения структуры воды у поверхности и свойств пленочных гелей привел к необходимости считаться с эффектом поляризации воды и полярных молекул — продуктов конденсации. [c.39] Образующиеся продукты конденсации способствуют превращению жидкой прослойки в сплошную неподвижную прочную пленку — клеевой шов. [c.40] Расчеты показали, что при сравнительно небольшой ориентации молекул в склеивающей прослойке поляризация достигает значений, которые соизмеримы с электрической составляющей сил адгезии. Даже небольшая ориентация единичных диполей создает заметный эффект поляризации, обеспечивающий высокую когезионную прочность клея, так что порядок величин электрических составляющих сил адгезии и когезии одинаков. Для воды характерный радиус ориентированного взаимодействия молекул соответствует 10 межмолекулярным расстояниям. [c.40] Поляризация воды в клеевой прослойке экспоненциально уменьшается вглубь от склеиваемой поверхности. Если предположить, что ориентированные молекулы соединены между собой водородными связями, то длины отдельных молекулярных цепочек оказываются равными 10 —Ю см, а длины молекулярных цепочек из ориентированных молекул воды соответствует оптимальной толщине прослойки [63]. [c.40] Поляризационные явления и механизм адгезии, согласно представлениям Кротовой — Дерягина — Смилга [64], могут трактоваться с чисто химических позиций — как образование химических связей. При переходе от адгезии через пленку жидкости к адгезии между двумя поверхностями твердых тел (плотный контакт двух твердых тел) имеют место контактные явления, связанные с различием электрохимических потенциалов (уровней Ферми) и разной работой выхода электрона, а также с разностью электроотрицательностей смежных атомов, что создает дополнительный межфазный скачок иа границе фаз (0,2—1,0 нм) [64]. [c.40] При возникновении в гетеропереходе пограничных химических связей на контактной поверхности устанавливаются два термических независимых равновесия а) равновесие электрохимических потенциалов (уровней Ферми) б) равновесие электроотрицательностей (Эа = Эв). в результате равновесия Эд = Эв возникают жестко закрепленные заряды на границе раздела фаз (двойной слой), равновесие уровней Ферми приводит к образованию слоя пространственного заряда, размеры которого определяются дебаевскими длинами и реализуются для систем 51—510г Се— Ог. [c.40] Прочность связи макромолекулы полимера с поверхностью наполнителя определяется числом и природой активных функциональных групп, находящихся в составе полимерной цепи, характером их распределения вдоль цепи, гибкостью цепи [67]. [c.41] Частицы активного наполнителя вызывают сильное изменение морфологии адсорбированных полимеров [49]. Если на предметное стекло нанести в виде пленки раствор полимера с наполнителем и использовать световой микроскоп МБЧ-6 в поляризованном свете, то на границе с наполнителем видна ориентация структуры полимера, причем присутствие наполнителя ускоряет скорость роста кристаллов. [c.41] Действие наполнителя объясняется воздействием полей его поверхности. [c.41] Для определения характера взаимодействия полимера с наполнителем успешно используется хроматография. Исследование взаимодействия полимера с непористым адсорбентом позволяет получить данные о природе сил в системе адсорбент — раствор полимера [70]. Температурная зависимость для удерживаемых объемов дает возможность оценить теплоту адсорбции [71]. Меняя состав растворителя (вода — спирт) и степень гидрокси-лирования силикагеля, можно изменять адсорбцию от неспецифической до специфической. [c.41] Все эти явления в этой или иной форме происходят и в случае использования неорганических клеев на основе растворов неорганических полимеров. [c.41] В формировании адгезионных контактов связка — наполнитель значительную роль играют химические взаимодействия на границе раздела фаз. Так, если связка — кислая, а наполнитель обладает основными свойствами, то равновесие на границе фаз между мономерными и полимерными формами в растворе нарушается из-за изменения pH (снижение кислотности) и усиливается катионная конденсация, приводящая к выделению цементирующей фазы. Цементирующая фаза другого состава образуется в результате взаимодействия наполнителя с анионом связки. Так, по данным [44] при введении в цинкоксихлоридную связку наполнителя в виде СиО образуется полимерный хлорид меди. Эти фазы и формируют адгезионный контакт. При взаимодействии боратных связок с наполнителем протекает химическая реакция образования комплекса с участием катиона твердой фазы [46]. [c.41] Для улучшения свойств клеевого соединения можно модифицировать склеиваемые поверхности, повышая их поляризационные характеристики (например, изменяя катионный состав поверхностного слоя, обрабатывая слой солями, кислотами или щелочами), используя поверхностно-активные вещества (ПАВ), понижая толщину клеевого слоя, повышая поляризационные характеристики компонентов клея — катиона и аниона образующихся гидратов. [c.42] Развитие химических аспектов адгезии позволяет существенно усилить и развить этот прием. Промотирование в катализе и ингибирование в процессах защиты металлов весьма эффективно. Не менее эффективны должны быть приемы химического воздействия на склеиваемую поверхность или наполнитель. [c.42] Вернуться к основной статье