Обработка поверхности силановыми праймерами
Первоначально эти кремнийорганические материалы были использованы в качестве средства для смазывания стекловолокна, что позволяло увеличить величину адгезионного взаимодействия между волокном и полимерной матрицей. Потом они стали использоваться в оптике для придания прозрачным поверхностям различного эффекта, например противоотражательного. Применяются в качестве клеев для склеивания микроэлектронных компонентов, чипов и пр. Используются также для обработки поверхности витражей зданий в качестве антиобледенительных материалов. Они используются в виде разбавленных водных растворов. В настоящее время силановые праймеры широко используются при склеивании, поскольку позволяют обеспечивать долговечность склеенных соединений разнородных материалов (стекло, сталь, медные и алюминиевые сплавы т др.).
Принцип получения становых покрытий. Раствор функционального силана в органических растворителях вступает в контакт с обезжиренным материалом подложки, предварительно обработанной механическим способом. При контакте с влагой, следы которой имеются на поверхности, гидроксильные группы вступают во взаимодействие и превращаются в силановые, освобождая вторичные продукты.
Если относится к ацетоксилановой группе, то вторичным продуктом является уксусная кислота. Ее характерный запах (уксуса) известен тем, кто использует кремнийорганические герметики.
После гидролиза происходят мгновенные реакции обезвоживания между силанами соседних молекул и гидроксильными группами поверхности.
Образование воды способствует продолжению реакции, конечным результатом которой является образование двухмерной полисилоксановой решетки. Эта решетка связана с металлом ковалентными связями, расположенными хаотически, что создает картину полисилоксановой сетки (10—100 нм), каждый «волосок» которой заканчивается функциональной группой.
Нанесение силановых покрытий позволяет создать гибридный органический или неорганический материал. От коррозии он защищен гидрофобным барьером, состоящим из полисилоксановой сетки и алкиловых звеньев. Его высокая реакционная способность по отношению к клеям связана с наличием функциональных групп.
Силановые покрытия позволяют одновременно решить две противоречивые задачи: стабилизировать свойства поверхности подложки и одновременно повысить ее активность. Многие исследователи считают такой метод подготовки поверхностей под склеивание технологией будущего. Недостатком данного способа являются технические трудности при нанесении покрытий (неравномерность толщины покрытий при средних и больших площадях). Стоимость таких технологий постепенно снижается, что повышает ее конкурентоспособность. Разнообразие функциональных групп открывает множество областей применения данных материалов как для повышения адгезионного взаимодействия (клеи, лаки, краски, композиты и др.), так и для ее уменьшения (антиадгезионные смазки, противогололедные покрытия и др.).
Антиадгезионные свойства. Направленно регулируя количество функциональных групп, можно добиться очень низких значений свободной энергии (в качестве функциональных групп можно использовать фтор, трифторметильные группы и пр.). Таким образом, можно придать поверхностям антиадгезионные свойства.
Другие специальные покрытия. Некоторые металлоорганические соединения позволяют придать органическим покрытиям хорошие адгезионные свойства по отношению к клеям.
У таких материалов нет способности силанов создавать сетку, врезанную в исходную поверхность, способную стирать поверхностные дефекты, одновременно являясь основой для «суперповерхности». Самыми эффективными считают цирконоорганические и титаноорганические соединения (их применяют в виде органических или водных растворов). По своим свойствам они достаточно близки к силанам. Хромоорганические материалы используют в авиационной и космической промышленности. Основные проблемы при использовании этих материалов заключается в том, что, например, в их состав входит шестивалентный хром, который, так же как и другие производные «тяжелых металлов», является очень токсичным, загрязняет почву и воду до такой степени, что Европейская комиссия приняла решение строго регламентировать его применение, начиная с 2006 года — запретить.
Методы защиты обработанных поверхностей. После очистки обработанные поверхности необходимо защитить от случайных загрязнений, таких как пыль, следы от пальцев, контакт с жирами, паром, маслами, вводов, конденсатом и пр. Для предотвращения попадания на очищенные поверхности загрязнений используется просто правило: «все работы выполняют в чистых перчатках и чистых помещениях» (к таким относятся помещения с минимальной и контролируемой запыленностью). Это правило обязательно для таких отраслей, как микроэлектроника, оптика, космонавтика, где существуют специальные помещения для хранения деталей после их подготовки к склеиванию.
Метод удаления поверхностных слоев. Достаточно часто приходится склеивать стекло- и углепластики. Для подготовки таких поверхностей к склеиванию, как правило, традиционные методы обезжиривания и механической обработки не используют. Одним из способов обеспечения хорошего качества склеивания является удаление поверхностных слоев. Непосредственно перед склеиванием верхний слой материала снимается (как шкура), что позволяет не только удалить вместе с ним и все слои пыли и грязи, но и придать поверхности определенный микрорельеф. Эта технология является очень простой, гарантирует хорошую воспроизводимость результатов, обеспечивает получение клеевого соединения с высокой адгезионной прочностью. Недостатком данного метода является возможное повреждение при удалении верхнего слоя, других слоев. Это становится особенно важным, если при получении стеклопластиков используют высокопрочные эпоксидные связующие, которые отличаются повышенной хрупкостью.
Загрузка ...