Химическая теория адгезии

Причина адгезионного взаимодействия объясняется устойчивостью когезионных (химические и физические связи) и адгезионных связей (атомами и/или группами атомов). При таком взаимодействии про­исходит хемосорбция (генерируются ионные или ковалентные или металлические связи). Результатом такого взаимодействия и являет­ся адгезия.

Металлическая связь. Металлическая связь возникает, когда валентные электроны поки­дают свои атомы и образуют внутри твердого тела электронный газ. Такой тип связей, конечно, не характерен при взаимодействии мак­ромолекул полимера друг с другом. Однако если для склеивания ис­пользуют металлические клеевые материалы, то может возникнуть и такой тип связей.

Химические связи. К химическим связям относятся ионные и ковалентные связи. Имен­но они являются основными при создании молекул. Такой тип свя­зей возникает в результате обмена или распределения электронов между двумя соседними атомами.

Ионная связь. Ионная связь возникает, когда электрон переходит с орбиты одного атома на орбиту другого. Если атом теряет электрон, то он становит­ся положительно заряженным (катионом), если, наоборот, приобре­тает электрон, то становится отрицательно заряженным (анионом). Электростатическое притяжение между катионами и анионами со­здает очень сильную связь. Определить величину адгезионного взаи­модействия только за счет ионных связей трудно, хотя теоретически такое взаимодействие представить легко, например, при введении в клей в качестве наполнителей дисперсного металлического порош­ка, может иметь место образование ионных связей.

Ковалентная связь. При ковалентной связи некоторые электроны равномерно распреде­ляются между соседними атомами, т.е. являются обобществленны­ми. Для простоты полагают, что обобществленными являются толь­ко валентные электроны. При ковалентной связи валентные электроны обобществлены определенными атомами так, что каждый из партнеров приобретает устойчивую электронную конфигурацию. Ковалентная связь редко является симметричной и обычно поляри­зована, т.е. является ассиметричной. Ковалентные связи являются достаточно прочными (более 400 кДж/моль), что связано с очень не­большим расстояние между соседними атомами, которое обычно со­ставляет 0,15 нм. Ковалентные связи характерны для элементов, за­нимающих промежуточное положение между металлами и неметаллами (бор, углерод, кремний, мышьяк и др.). Ковалентная связь является общей чертой всех полимеров. Возникновение ковалентной связи происходит только в результа­те химической реакции, однако не всегда они оказывают вклад в про­цесс адгезии.

В органической химии элементарные реакции (замещения, отщеп­ления или добавления) сводятся к обмену атомами или группами ато­мов. Они являются следствием разрыва и установления связей и ве­дут к образованию новых молекул. Любая асимметрия молекулярной орбитали открывает возможности при проведении химических реак­ций. Функциональные группы также являются асимметричными:

  • простые асимметричные связи (а-орбитали);
  • множественные связи (л-орбитали);
  • свободные электронные (р-орбитали).

На первом этапе химической реакции между молекулами происхо­дят взаимные нарушения молекулярных орбиталей путем перекрывания:

  • полная орбиталь (два электрона) и пустая орбиталь (электричес­кий уровень доступен, но не занят), стабилизирует взаимодействие;
  • при взаимодействии двух полных орбиталей, наоборот, происхо­дит их дестабилизация.

Для упрощенного изображения соответствующих взаимодействий каждая функциональная группа характеризуется двумя гра­ничными орбиталями:

  • молекулярная орбиталь с высоким энергетическим барьером, за­нятая электронами;
  • незанятая молекулярная орбиталь с низким энергетическим барь­ером занята электронами.

Величина перекрытия орбиталей, определяющая силу взаимодей­ствия, прямо пропорциональна средней величине энергетического уровня. Сила стабилизирующих взаимодействий обратно пропор­циональна отклонениям между энергетическими уровнями HOMO и LUMO). Если энергетический баланс (т.е. алгебраическая сумма всех взаимодействий) совпадает с соответствующей геометрией пере­крытия орбиталей, то имеет место возникновение нового переходного состояния, результатом которого является установление новых связей.

Если подложка и клеевой материал обладают реактивными хими­ческими связями и необходимыми релаксационными свойствами, ко­торые бы позволяли уменьшать величину механических напряжений на границе раздела фаз, то между ними может произойти взаимодей­ствие вплоть до образования ковалентных связей. Устойчивость этих связей обеспечит в дальнейшем высокие значения адгезионной прочности.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

  • Станки для гибки арматуры ручные станок для гибки арматуры.

Copyright © 2017 Современные технологии обработки древесины. All Rights Reserved.
При использовании материалов сайта гиперссылка на www.technologywood.ru обязательна.