Межмолекулярные связи
Это связи, установленные между макромолекулами клеевого материала и активными центрами поверхностного слоя подложки. Данные тип связей является обратимым, однако, по мнению многих исследователей, именно они определяют процессы смачивания и растекания клея по подложке.
Донорно-акцепторное (кислотно-основное) взаимодействие. Данный тип взаимодействия между клеем и подложкой является основным, что связано с тем, что для образования ковалентных связей требуется полное перекрытие орбиталей, тогда как в действительности эти процессы происходят лишь частично. Кислота рассматривается как акцептор электронов, основание — как донор. Водородные связи являются частным случаем донорно-акцепторных. Их величина обычно составляет 40 кДж/моль. Пример образования водородной связи: взаимодействие между орбиталью у асимметричной связи типа О-N или N-H и орбитали атома, например, О, N, F или СУ характерно для межмолекулярных физико-химических связей.
Такой тип взаимодействий характерен между участками макромолекул, являющимися донорами электронов (основание Льюиса) и акцепторами электронов (кислота Льюиса). Часто в этом случае говорят о кислотно-основном взаимодействии. Однако по этой причине объясняется и некоторая путаница, когда рассматривают функциональные группы исключительно в качестве доноров или только акцепторов электронов. Из приведенной схемы следует, что ни материал подложки, ни материал клея не являются только донорами или только акцепторами, каждый одновременно донор и акцептор. Например, пограничный слой подложки больше акцептор, чем донор, относительно одного клея и больше донор, чем акцептор, относительно второго клея.
Некорректно пытаться однозначно какой-либо клеевой материал или материал-подложку определить в качестве основы (донора) или кислоты (акцептора). Каждый обладает двумя характерными свойствами (донор D. и акцептор А), проявляющимися одновременно, при межмолекулярном и межатомном взаимодействии с донором D. и акцептором А., а также при взаимодействиях DA и A.D., интенсивность которых может быть разной.
Описание механизма образования физико-химических связей между границами орбиталей очень упрощено. Причин возникновения дестабилизирующих взаимодействий обычно не уточняют, так же как и не учитывают роль электростатической части энергии связи, которая вместе с поляризованностью групп позволяет устанавливать отличия между свойствами доноров (основ) и акцепторов (кислот). Предлагаемая модель является упрощенной, однако она иллюстрирует главное, что при кислотно-основном взаимодействии происходит образование двух типов связи.
Могут возникать ситуации, при которых не происходит взаимодействий между функциональными группами:
- между идентичными функциональными группами, встречающимися в полярных жидкостях, например воды, этиленгликоля, глицерина и пр., для которых взаимодействия являются одинаковыми.
- асимметричными или сильно полярными молекулами. В этом случае одно из двух взаимодействий DA. или A.D. равно нулю, т.е. имеет место монополярный характер взаимодействия.
Ван-дер-Ваальсовое взаимодействие (или Лифшиц-Ван-дер-Ваальсовое). Такой тип связей возникает, если имеет место взаимодействие электрически нейтральных объектов и дисперсионные силы вызваны взаимодействием мгновенных диполей, вызванных флуктуацией электронной плотности.
Дисперсионные силы (Лондоновские силы). Каждый из атомов двух соседних макромолекул имеет определенное распределение положительных (ядра) и отрицательных (электроны) зарядов, на которые влияют соседние макромолекулы. При этом происходит взаимная поляризации и возникают связи, которые являются достаточно слабыми (2 кДж/моль). Такой тип связей характерен для большинства атомов, что и обеспечивает в итоге увеличение адгезионного взаимодействия.
Лондоновские силы, чаще называемые дисперсионными силами, являются основными ответственными за когезию жидкостей (как полярных, так и неполярных), полимеров и различных твердых тел, а также за величину адгезионного взаимодействия, которое между ними возникает.
Индукционные силы (Кеезомовские силы). Любая молекула или любой фрагмент макромолекулы, имеющий функциональную группу, представляет собой диполь, способный взаимодействовать с соседним диполем для создания энергетически слабой связи (порядка 10 кДж/моль).
В отличие от дисперсионных, индукционные силы не вносят существенный вклад в когезионную прочность материала. Исключением являются целлюлоза и сложные полиэфиры, для которых такое взаимодействие играет решающую роль, особенно при получении высокопрочных волокон.
Ориентационные силы (Дебаевские силы). Неполярная связь, также может рассматриваться как диполь, если будет иметь место некоторое смещение зарядов. В этом случае возникают достаточно слабые связи (5 кДж/моль), которые некоторые исследователи рассматривают в качестве несущественных по сравнению с другими межмолекулярными связями. Однако именно благодаря таким связям имеют место процессы аутогеии хлоропреновых каучуков.
Синтез по модели элементарных взаимодействий. В процессе адгезионного взаимодействия участвуют все типы Ван-дер-Ваальсовых связей (ориентационные, дисперсионные, индукционные). Очень важную роль играют водородные связи, энергия которых в отдельных случаях превышает величину Ван-дер-Ваальсового взаимодействия. Самый существенный вклад вносят донорно-акцепторные связи. Наиболее прочными являются связи, образованные переносом заряда от донора к акцептору. Между молекулами клея и поверхностными слоями подложки могут также образовываться химические связи, среди которых наибольший вклад вносят ковалентные связи. Химические связи являются наиболее прочными.
Следует учитывать, что в такие взаимодействия вступают не отдельные макромолекулы, а конденсированные фазы. Эта модель была впервые предложена Лифшицем. Свой вклад в величину адгезионного взаимодействия вносят все выше рассмотренные факторы: механические, электрические и адсорбционные.
Загрузка ...