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:
- купить облицовочный природный камень prirodnii-kamen.ru/product-tag/oblicovochnyj-kamen