Хемосорбционное взаимодействие

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 10Следующая ⇒

Такое взаимодействие возможно с использованием пленкообразователей, содержащих активные функциональные группы (изоцианатные, карбоксильные, эпоксидные), в определенных условиях формирования покрытия. Например, компоненты полиуретановых композиций взаимодействуют с оксидами и гидроксидами металлов при нормальной температуре по реакции:

Эпоксидные пленкообразователи реагируют с поверхностью металлов и стекла выше 170°С:

Карбоксилсодержащие полимеры и олигомеры взаимодействуют с металлами обычно при нагревании, но и при нормальной температуре при длительной эксплуатации может образоваться солевая связь:

При высоких температурах возможно химическое взаимодействие с металлической подложкой феноло- и мочевиноформальдегидных, кремнийорганических, масляных, алкидных, полиимидных и других пленкообразователей. Введение катализаторов, активация поверхности подложки может ускорять подобные взаимодействия при снижении температуры. Часто при высоких температурах взаимодействия полимеров с металлической поверхностью сопровождается переносом металла в полимер. Так, расплавы поливинилбутираля и полипропилена подрастворяют поверхность свинца, а расплавы пентапласта- поверхность цинка, растворы полиамидокислот при последующем превращении их в полиимиды на металлических подложках (Cu, Al, Fe) взаимодействуют с металлами, переводя их в солевую, а затем оксидные формы, содержащиеся в полимере. Полиэтилен выше 200°С восстанавливает оксиды железа до металла. Аналогичные явления наблюдаются и при формировании покрытий из полиакрилонитрильных дисперсий.

Электростатическое взаимодействие

Причинами образования двойного электрического слоя, который обнаруживается при разделении контактирующих поверхностей (при отслаивании пленки от подложки), являются:

1) образование донорно-акцепторной связи на границе адгезив-субстрат;

2) термоэлектронная эмиссия, т. е. переток электронов от субстрата (металла) в адгезив (диэлектрик); миграция электронов возможна в случае понижения электрического барьера на поверхности металла, особенно это проявляется у полимеров, содержащих полярные группы (-CN, -OH, -COOH, -NH₂ и др.) при высокой степени контакта с подложкой;

3) адсорбция и ориентация полярных групп адгезива на поверхности субстрата, причем в первую очередь происходит ориентация поверхностных диполей, вследствие чего поверхность приобретает заряд определенной величины и знака.

Следует отметить, что заряды возникают только при контакте разнородных поверхностей, а знак заряда зависит от природы контактирующих поверхностей. В качестве примера ниже приводится электростатический ряд, согласно которому любое вещество ряда при контакте с другим веществом ниже, заряжается положительно, а при контакте с веществом, расположенным выше, - отрицательно:

Этилцеллюлоза

Казеин

Полиметилметакрилат

Ацетилцеллюлоза

Стекло

Металлы (все)

Полистирол

Полиэтилен

Политетрафторэтилен

Нитрат целлюлозы

Направление перехода электронов определяется соотношением между потенциалами Ферми контактирующих тел. Значения потенциалов Ферми характеризуют работу выхода электронов, которые перемещаются до тех пор, пока потенциалы Ферми в граничной зоне обоих тел не сравняются. В результате этого различные пленки, нанесенные на одну и ту же подложку, например, на металл, могут иметь разные как по величине, так и по знаку, заряды. Образование двойного электрического слоя в контакте адгезив-субстрат лежит в основе электрической теории адгезива, разработанной Б. В. Дерягиным и Н. А. Кротовой.

Диффузионное взаимодействие

Сцепление между отдельными слоями многослойных полимерных покрытий может осуществляться за счет односторонней диффузии или взаимодиффузии макромолекул и их сегментов во времени.

Коэффициент диффузии для полимеров в высокоэластическом состоянии равен 10^-¹⁰-10^-¹⁶ см²/с. С возрастанием молекулярной массы полимера на один порядок D снижается примерно на два порядка. В этой связи взаимопроникновение полимеров происходит на небольшую глубину (переходная зона не более 10^-⁸ м). Температура, время адгезионного контакта, давление благоприятствует адгезии согласно диффузионной теории. Облегчению диффузионного обмена в контактном слое, и таким образом улучшению адгезии способствует введение пластификаторов в полимеры, а также наличие общего растворителя.

Однако следует отметить, что в ряде случаев наполнитель, увеличивая адгезионную прочность одного пленкообразователя, может не влиять или даже ухудшать адгезионную прочность другого; часто в избирательности действия наполнителей существенную роль может играть природа подложки. Не менее важна роль подложки в формировании адгезионного взаимодействия ее с адгезионным покрытием. Достаточно сложно получать адгезионно-прочные покрытия на гладких непористых подложках (металлы, ситаллы, стекло и др.), а также на материалах с низкой поверхностной энергией (некоторые полимеры).

Адгезионная прочность уменьшается в ряду:

Медь > углеродистая сталь > легированная сталь >

> алюминий > цинк > олово > свинец

С целью улучшения смачиваемости подложек лакокрасочными материалами их поверхность модифицируют, что зачастую обеспечивает увеличение адгезионной прочности покрытий.

В связи с тем, что для образования прочной адгезионной связи большое значение имеют процессы микрореологического затекания жидкого адгезива в микропоры и трещины подложки, важным фактором является шероховатость поверхности. Механическое зацепление резко усиливается, если поверхность металла подвергнуть абразивной обработке, фосфатированию, оксидированию и т. д., а лакокрасочный материал использовать с пониженной вязкостью.

Адгезия зависит и от технологических условий формирования покрытий. Повышение температуры и продолжительности нагревания до определенного предела благоприятствует адгезии. Но в случае протекания деструктивных процессов в материале пленки адгезионная прочность снижается. Поэтому для каждого покрытия существуют определенные оптимальные температурные режимы его формирования (рис. 6.3).

Обычно на воздухе формируются покрытия с большей адгезионной прочностью, чем в инертной среде, но превышение оптимального значения степени окисления пленкообразователя в покрытии снижает адгезионную прочность.

Адгезионная прочность зависит также и от режима охлаждения покрытий, особенно, если их формируют из расплавов кристаллических полимеров.

Проницаемость покрытий

Проницаемость покрытий характеризует комплекс их изолирующих свойств: способность препятствовать проникновению жидкостей, паров и газов к поверхности подложки из окружающей среды, обеспечивая защитные свойства материала пленки от внешней, контактирующей с ней среды.

На практике чаще всего приходится сталкиваться с проницаемостью водяных паров, воды, водных растворов электролитов, газов, чаще всего воздуха. По водопроницаемости полимерные пленки занимают промежуточное положение между неорганическими солями и жидкостями. Коэффициенты водо- и газопроницаемости составляют соответственно 10^-¹⁵-10^-¹¹ м²/ч×Па и 10^-¹⁶-10^-¹² м²/ч×Па.

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 488; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!