Теоретические основы процесса склеивания изделий из кожи, страница 2

Знания, накопленные современной физикой и химией, од­нако, не позволяют принять такое деление без оговорок, по­скольку существуют случаи, когда энергия взаимодействия по величине своей занимает промежуточное положение между слабой и сильной. Примером могут служить водородные связи, некоторые виды координационных связей (в результате донорно-акцепторного взаимодействия).

Характерным показателем интенсивности взаимодействия, а следовательно, и энергии образования или разрушения связей (что качественно соответствует ее прочности) является расстоя­ние между взаимодействующими центрами или, иначе, длина связи.

Так, межмолекулярное взаимодействие возникает, когда расстояние между взаимодействующими центрами равно 0,4— 0,5 нм, длина химической связи 0,1—0,2 нм, водородной — 0,25—0,32 нм; длина координационных связей может быть раз­личной— от величин, характерных для химических связей, до величин, сравнимых с водородной связью.

Многочисленными опытами доказано, что при контакте адгезива с субстратом происходит межмолекулярное взаимодей­ствие и могут возникать самые различные химические и водо­родные связи, а также донорно-акцепторное взаимодействие.

Энергия межмолекулярного взаимодействия, называемого еще Ван-дер-Ваальсовым UE, складывается из энергии ориентационного Uo, индукционного Uи и дисперсионного Uд взаимо­действия.

Ориентационным (электростатическим) называют взаимодействие между постоянными молекулярными диполями, а в случае полимерных молекул — постоянными диполями, об­разовавшимися в мономерных фрагментах цепочки.

 Индукцион­ное взаимодействие возникает между постоянными и наведен­ными диполями.

Дисперсионное (волномеханическое, лондоновское) взаимодействие объясняется законами квантовой, меха­ники и связано с возникновением мгновенных диполей в атомах и молекулах при вращении электронов вокруг ядер. Диспер­сионные силы действуют между любыми молекулами. Они обла­дают свойствами аддитивности, поэтому могут приобретать большие значения и быть главной причиной молекулярного сцепления.

            Водородная связь, являясь результатом своего рода специ­фического межмолекулярного взаимодействия, возникает обычно между двумя электроотрицательными атомами посред­ством водорода, который связан химической связью с одним из этих атомов и взаимодействует с неподеленной парой электро­нов другого. Энергия водородной связи больше, чем энергия Ван-дер-Ваальсова взаимодействия, и обычно имеет величину до 50 кДж/моль, а в некоторых случаях достигает 120 кДж/моль. Водородные связи являются причиной сильной когезии ряда ма­териалов, обычно содержащих большое число гидроксильных, аминных групп (целлюлоза, полиамиды). При наличии потен­циальных возможностей образования водородных связей между адгезивом и субстратом можно ожидать значительного увеличе­ния адгезии.

Образование химической связи сопровождается существен­ной перестройкой электронных оболочек связывающихся ато­мов (в то время как при межмолекулярном взаимодействии атомные группы в основном сохраняют индивидуальную элект­ронную структуру и микросвойства). Существует несколько ви­дов химических связей в соответствии с механизмом их обра­зования.

Энергия химических связей значительно выше, чем энергия межмолекулярных связей, и составляет от 100 до 1000 кДж/моль. Энергия координационных связей, образующихся в результате донорно-акцепторного взаимодействия, в некоторых случаях мо­жет быть и несколько меньше, приближаясь к значениям, харак­терным для водородных связей. Это обычно характерно для взаимодействия слабых доноров и акцепторов.

По принципу убывания электронно-донорных свойств функ­циональные группы атомов можно расположить в ряд, в кото­ром каждый предыдущий член является донором по отношению к последующему:

донор NН2>ОН>ОR>ОСОR>СН3>С6Н5>галоиды >СООR> >СО>СN> акцептор

Адгезия повышается по мере удаления друг от друга функ­циональных групп в донорно-акцепторном ряду и это может быть использовано при разработке или подборе адгезива для склеивания какого-либо конкретного материала, химическое строение которого известно.