ХиМиК.ru — АДГЕЗИЯ — Химическая энциклопедия
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
АДГЕЗИЯ (от лат. adhaesio-притяжение, сцепление) (прилипание), явление соединения приведенных в контакт поверхностей конденсиров. фаз. Эти фазы составляют основу образующегося в результате молекулярного (т.е. по всей межфазной площади) контакта адгезионного соед. и наз. субстратами, а в-ва, обеспечивающие соединение субстратов, — адгезивами. Обычно субстраты-твердые тела (металлы, полимеры, реже-стекла, керамика), адгезивы — жидкости (р-ры или расплавы полимеров, реже-низкомол. продукты). Частный случай адгезии — аутогезия, реализуемая при молекулярном контакте двух одинаковых по составу и строению объектов.
Закономерности образования и разрушения адгезионных соед.
Формирование межфазного контакта. Этот процесс в значит. мере определяется площадью контактов-фактического Sn и максимального (молекулярного) Sm
. Формирование контакта ускоряется повышением р ии снижением:Достижению Sm препятствует развитость микрорельефа повети субстрата, а также сопротивление граничащих с последней слоев адгезива, особенно существенное в случае р-ров или расплавов полимеров из-за неньютоновского характера их реологич.
поведения. Скорость установления межфазного контакта
определяется величиной образуемого каплей адгезива на субстрате краевого
угла:
Связь между
и поверхностными энергиями адгезива и субстрата в начальном приближении
устанавливается ур-нием Юнга посредством т. наз. термодинамич. работы адгезии (своб. энергии равновесного разделения фаз на бесконечно большое расстояние
в изобарно-изотермич. условиях):
Эффективность растекания адгезива по пов-сти субстрата помимо межфазных св-в
определяется также его когезионными характеристиками (в рамках термодинамич.
подхода-прежде всего значением т. наз. работы когезии W
Продолжительность достижения Sm в реальных соед. субстратов,
полученных с помощью полимерных адгезивов, достигает 102-103
ч.
Ее можно уменьшить, в соответствии с выражениями (1)-(3), интенсификацией
затекания адгезива в микровпадины на пов-сти субстрата и вытеснения воздуха
из впадин с деформацией микровыступов, а также повышением подвижности молекул
адгезива. На практике кинетич. зависимости изменения площади контакта при
адгезионном взаимод. имеют вид кривых с насыщением, плато на к-рых соответствует
равновесному значению S m. При его достижении образуется
соед., разрушаемое под действием мех. нагрузки или агрессивной среды по
наиб. слабому элементу (обычно адгезиву) независимо от природы межфазного
взаимодействия. На обеспечение этой цели направлены многочисл. технол.
приемы нанесения лакокрасочных покрытий, склеивания и т.д.
Взаимодействие контактирующих поверхностей. Между неполярными
адгезивами и субстратами реализуются преим. ван-дер-ваальсово взаимод.
или водородные связи, при протекании на границе раздела фаз р-ций обмена
или присоединения-хим.
связи; наблюдалось также образование межфазного
двойного электрич. слоя.
Термодинамич. предпосылка адгезионного взаимод. состоит в снижении при сближении пов-стей адгезива и субстрата на расстояния, сопоставимые с радиусом действия межмол. сил. Поверхностные энергии контактирующих фаз выражают суммой отдельных компонент, ответственных за проявление дисперсионных сил и хим. связей.
Более полный анализ включает также учет электростатич. взаимодействий. В общем случае эффективность адгезионного взаимод., выражаемая прочностью адгезионных соед., для полимерных систем описывается зависимостью:
где а, b, с — константы субстрата, характеризующие его адгезионные
св-ва и конкретный тип нагружения соед. вне зависимости от природы адгезива.
С помощью выражения (4) по расчетным или эксперим. значениями
табличным значениям a, b и с можно определить сопротивление
адгезионных соед. сдвигу (в МПа) или расслаиванию (в Н/м).
Молекулярно-кинетич. предпосылкой образования адгезионных соед. является обеспечение достаточно высокой подвижности молекул адгезивов и субстратов в зонах, прилегающих к границе раздела фаз. Для полимеров этот показатель увеличивается со снижением мол. массы, повышением гибкости макромолекул и т-ры. При 0 рост подвижности макромолекул обусловливает совместимость фаз адгезива и субстрата в зоне их контакта вплоть до предельного случая, когда возможна взаимная диффузия по механизму перемещения отдельных участков цепи (напр., сегментов) через границу раздела фаз.
Тип межфазных связей в адгезионном соед. устанавливают путем выявления
линейных зависимостей между
и отдельными компонентами
(на практике-более доступными характеристиками типа критич. поверхностного
натяжения). При наличии такой зависимости отадгезионное
взаимод. обусловлено преим. ван-дер-ваальсовым взаимодействием, от-хим.
связями. По известным значениям
можно теоретически прогнозировать эффективность адгезионного взаимод.
Прочность адгезионных соединений. Эта характеристика определяется как
межфазным взаимод., так и деформац. св-вами адгезивов и субстратов (различными
в объеме и в приповерхностных слоях фаз) и возникающими в них при адгезионном
контакте напряжениями G (прежде всего тангенциальными напряжениями Gn,
развивающимися в адгезиве при его усадке вследствие полимеризации или
взаимод. с субстратом). Вклад факторов термодинамич. происхождения в измеряемые
значенияможно
учесть вводимой по аналогии с плотностью энергии когезии уд. адгезионной
энергией Е А, вклад когезионных характеристик контактирующих
фаз — любым физ.
параметром Хк (напр., своб. объемом,
т-рой стеклования), а вклад межфазного контакта-отношениями sm
= Sm/Sn и SK = SK/Sn
(SK-суммарная площадь пов-сти разрушения). В общем виде:
Практически важный критерий прочности адгезионных соед. — их долговечность, т.е. продолжительностьсохранения целостности и заданных мех. св-в в условиях внеш. нагружения или воздействия агрессивных сред. Помимо названных выше факторов (t, G и Gn) эта величина определяется энергией активации разрушения UA . Согласно кинетич. концепции прочности:
где k-постоянная Больцмана,
пс,-т. наз.
структурный коэф. Из результатов мех. испытаний адгезионных соед. следует,
что при конкретных значениях т-ры величины G и Gn определяются
св-вами адгезива, UA — св-вами субстрата и только
чувствительна к эффективности адгезионного взаимодействия.
Для измеренияииспользуют гл. обр. разрушающие методы, при оценке результатов к-рых необходимо учитывать маскирующее влияние мех. св-в контактирующих фаз. При Sn -> Sm адгезионные соед. разрушаются, как правило, по наименее прочной из фаз (когезионный характер разрушения). Менее вероятно разрушение по межфазной границе (адгезионный характер). Оно реализуется при наличии на взаимодействующих пов-стях загрязняющих их продуктов, образующихся вследствие недостаточной очистки адгезива и субстрата, или деструкции фаз в процессе их контактирования (особенно при повыш. т-рах). На практике критерием оптимальности условий образования адгезионных соед. является обеспечение их высокой долговечности и коге-зионного характера разрушения.
===
Исп. литература для статьи «АДГЕЗИЯ»: Дерягин Б. В., Кротова Н.А., Смилга В.П., Адгезия твердых
тел, М., 1973; Берлин А. А., Басин В.
Е., Основы адгезии полимеров, 2 изд.,
М., 1974; Вакула В. Л., Притыкин Л.М., Физическая химия адгезии полимеров.
М. 1984; Bikerman J.J.. The science of adhesive joints, 2 ed., N. Y.-L.
1968; Kaelble D. H., The physical chemistry of adhesion, N.Y., 1971; Wu
S., Polymer interface and adhesion, N.Y., 1982; Bischof C, Possart W.,
Adhesion: Thcoretische und experimentelle Grundlagen, В., 1983.
Л. М. Притыкин. В. Л. Вакула.
Страница «АДГЕЗИЯ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
Еще по теме:
- адгезия — Коллоидная химия, В.А. Волков
Виды адгезии и ее применение в промышленности
В учебниках по физике достаточно чётко описано, что адгезия — это способность молекул первого вещества входить в контакт с молекулами второго, если говорить совсем просто, то это способность материалов прилипать.
Но стоит указать что адгезия — это способность прилипать верхних слоёв материала, если затрагиваются внутренние слои, то этот процесс является когезией. Например, то с какой силой прилипает краска к поверхностям является плохой или хорошей адгезией, а способность проникать внутрь грунта глубокого проникновения это уже когезия.
Во время адгезии смотрят на то какую силу необходимо применить для отрыва материала и измеряются в кг на метр квадратный. Вещество или слой, наносимый, для получения адгезионное соединение, именуют адгезивом. Материал, на который наносится адгезив, называют субстратом. Прилипание адгезива к субстрату происходит за счет проникновения в верхние поры вещества, а также за счет шероховатости поверхности, после чего происходит твердение или уплотнение адгезива. Степень проникания адгезива в субстрат зависит от силы нанесения, а также от вида и свойств самого адгезива. После твердения адгезива будет невозможно снять его с субстрата, за исключением механического разрыва.
Адгезия важна в следующих отраслях:
- Строительство. Здесь адгезия решает чуть ли неглавный эталон качества и надежности, почти во всех работах нужна качественная адгезия материалов. Например:
- Лакокрасочные материалы. Качество прилипания и дальнейшее удержание.
- Гипсовые и цементно песчаные смеси. От надежности прилипания этих смесей зависит эстетическое состояние помещений и иногда даже безопасность людей.
- Металлургическое производство. Важна адгезия специальных антикоррозионных смесей и красок, к тому же нужна плохая адгезия с водой.
- Механика. Тут важна адгезия масла с элементами механизмов.
- Медицина. К примеру, в стоматологии важна адгезия пломбы и зуба для качественной защиты и герметизации.
Есть факторы, ухудшающие и улучшающие адгезию. Для Улучшения адгезии применяют различные грунты, контактные жидкости, обезжириватели. Но есть факторы, понижающие адгезию, такие как пыль, смазка и нанесения веществ, уменьшающих пористость и делающих поверхность более гладкой.
Есть 3 основных вида адгезии:
- Физическая. Между молекулами поверхностей соприкасаемых материалов образуется электромагнитная связь, порой довольно высокая, понятным примером будет магнит или прилипание статически заряженных материалов.
- Химическая. Опуская всю терминологию, можно сказать, что химическая адгезия связь веществ на атомном уровне. Для образования этой адгезии необходим катализатор, но в отличие от физической адгезии тут возможно примыкание веществ разной плотности. Простым примером будет паяние и сварка.
- Механическая. Самая простая адгезия, которая происходит путем прилипания адгезива к субстрату (происходит проникновение в поры верхнего слоя и сцепление с шероховатой поверхностью). Простым примером будет окрашивание различных поверхностей.
Пример физической адгезии можно посмотреть на этом видео
- Чистка дымохода своими руками
- Домашняя мини сауна в квартире своими руками
- Как высушить подвал и погреб от сырости
- Как вывести плесень в квартире
:: МПК :: Химическая адгезия
В начале этого введения было указано, что механическую адгезию можно объяснить механической связью между адгезивом и адгезивом, а также кинетикой проникновения адгезива в поры и капилляры приверженцы.
Системное сцепление в цементных конгломератах достигается после процесса созревания, который проявляется в образовании гидрата силиката кальция среди других соединений.
Однако может существовать и другой тип адгезии, который подчиняется одной или нескольким теориям, выдвинутым для объяснения и характеристики этого явления. Этот тип адгезии можно назвать химическая адгезия , в связи с тем, что органическая химия обычно участвует в связывании посредством образования ковалентных союзов на границе адгезив/адгезив или кислотно-щелочных взаимодействий; Электростатические силы, следующие закону Кулона, также участвуют и, в меньшей степени, закон Ван-дер-Ваальса силы-расстояния в материалах с существенно различной электроотрицательностью.
На самом деле, наиболее интересные с точки зрения эффективности клеи основаны на органических материалах, в основном полимерах, или представляют собой клеи, которые становятся полимерами при образовании клеевой связи. Адгезионные физико-химические характеристики зависят от физико-химических характеристик полимерных соединений в их реакции на термические изменения или на приложение сил, в которых важную роль играет линейная вязкоупругость как функция температуры и времени.
В результате клеи на полимерной основе классифицируются в зависимости от их реакции на термическую обработку [это термопласты , если они возвращаются в исходное химическое состояние после охлаждения, и термостабильные , когда они не только не возвращаются в исходное состояние, но и химически разлагаются после длительной термической обработки], или с точки зрения их реакции на применение сила или в соответствии с их кривой плотности энергии деформации [ жесткие или хрупкие, когда они демонстрируют высокий модуль Юнга, но низкую плотность энергии деформации при разрыве; эластомеры , когда они демонстрируют низкий модуль Юнга и умеренно высокую энергию деформации, хотя и обладают высокой деформируемостью перед разрывом; и гибкий со средней/высокой жесткостью, промежуточной деформацией перед разрывом между двумя предыдущими типами и высокой плотностью энергии деформации].
Развитие технологии полимерных клеев позволило удовлетворить и другие требования, связанные с их применением: вязкость свежего клея или даже тиксотропность, смачивающая способность или смачиваемость, закрепление и проникновение в поверхность, микрошероховатость клеев, время нанесения и т.
д. Прогресс был достигнут, в частности, в базовой концепции, которая определяет адгезию как способность поглощать энергию до разрушения адгезионной связи, с улучшением деформируемости при комнатной температуре или, возможно, более точно, в диапазоне температур между температурой стеклования и температурой плавления. .
Несмотря на то, что некоторые типы клея были адаптированы для применения в строительстве (например, конструкционные акриловые, эпоксидные или уретановые клеи, а также некоторые эластомерные клеи), разработка модифицированных полимерами бетонов и строительных растворов, начиная с патентов Л. Крессона ( Соединенное Королевство, 1923 г.) и В. Лефебюр (Великобритания, 1924 г.), заслуживает особого внимания, причем последний является первым вкладом в концепцию строительного раствора, модифицированного натуральным латексом.
Химическая адгезия гидрогеля к поверхности эластомера, обеспечивающая направленно изгибаемые приводы
Юнтинг Он и а также Лидонг Чжан * и
Принадлежности автора
* Соответствующие авторы
и Школа химии и молекулярной инженерии, Восточно-китайский педагогический университет, Шанхай, Китайская Народная Республика
Электронная почта: ldzhang@chem.
ecnu.edu.cn
Аннотация
Химическая адгезия является эффективным протоколом для повышения прочности на границе раздела двух различных элементов, что имеет большое значение при разработке и производстве мягких приводов с кинематическим управлением. Основанная на серии межфазных химических реакций, эта работа вводит гидрогелевые сетки на поверхность эластомерной пленки и позволяет сформировать цельный композит в виде сэндвича. Сильная межфазная прочность полностью предотвращает межфазное разрушение при срабатывании в ответ на внешние раздражители. Слой эластомера, содержащий углеродные нанотрубки, способен генерировать фототермические эффекты, придавая сэндвич-подобному композиту чувствительность к облучению ближним инфракрасным светом. При воздействии влаги или погружении в воду гидрогелевый композит поглощает воду и набухает, вызывая изгибающее движение в сторону эластомера.