Теоретические основы процесса склеивания изделий из кожи, страница 4

В двадцатые годы нашего века появилась гипотеза о специфическом взаимо­действии адгезива с субстратом. Была замечена специфичность адгезии, связанная с химическим строением веществ. Так, нитроцеллюлозный клей отлично склеивает дерево и кожу, но не склеивает резину. В настоящее время известен ряд частных теорий адгезии и гипотез, объясняющих адгезию как своего рода специфическое взаимодействие между адгезивом и субстратом. Кратко рас­смотрим некоторые из них.

В конце тридцатых — начале сороковых годов нашего века Мак-Лареном и Дебройном была сформулирована адсорбцион­ная теория адгезии, объясняющая адгезию как результат ад­сорбции молекул адгезива на поверхности субстрата.

Известно, что адсорбция может происходить лишь при на­личии молекулярного контакта, т. е. при приближении молекул адгезива (в случае макромолекул — их сегментов) к поверхно­сти субстрата на расстояние действия межмолекулярных сил 0,4—0,5 нм, что на геометрически измеримом участке площади возможно лишь при смачивании субстрата адгезивом. Таким образом, согласно адсорбционной теории смачивание является обязательным условием, а адсорбция — причиной адгезии.  Смачиванию адгезивом поверхности субстрата способствует повышение температуры, введение пластификаторов, применение растворителей, необходимое давление.

Существенным достижением в начальный период изучения адгезии явилось установление зависимости между числом функциональных групп в адгезиве и адгезионной прочностью. Сейчас это кажется наивным, поскольку на адгезионную прочность влияет ряд других физико-химических свойств адгезивов и субстратов (дипольные моменты, диэлектрическая проницаемость и др.)

Основным недостатком адсорбционной теории адгезии является противоречивость известного правила полярности, на котором она базируется: высокая адгезия не может быть достигнута между полярным субстратом и неполярным адгезивом или наоборот. В ряде работ доказана справедливость второй части этого правила и ошибочность утверждения, что полярные субстраты не могут быть склеены неполярными адгезивами. Кроме того, адсорбционная теория адгезии не может объяснить наличие адгезии между слабополярными и неполярными эластомерами, такими как гуттаперча, натуральный и некоторые синтетические каучуки.

В конце сороковых годов Б. В. Дерягиным и Н. А. Кротовой была предложена электрическая теория адгезии. Суть ее состоит в следующем. При контакте двух разнородных тел, в частности адгезива и субстрата, происходит утечка (передача) электронов из одной фазы в другую. Та фаза, которая отдает электроны,—донор, которая принимает,— акцептор. В результате такого донорно-акцепторного взаимодействия возникает двойной электри­ческий слой, образуется своего рода модель молекулярного кон­денсатора. При разъединении поверхностей по границе раздела фаз преодолеваются силы электростатического взаимодействия и возникает эмиссия электронов. Электронной эмиссией называется вылет электрона из твердых или жидких тел и переход его в другую фазу (газ или вакуум) под действием энергии, сообщаемой электронам извне.

Адгезию можно повысить правильным подбором функциональных групп адгезива и субстрата по признаку их донорно-акцепторных свойств. Наибольшая адгезия будет в том случае, когда комбинируемые функциональные группы адгезива и субстрата отстоят достаточно далеко друг от друга в донорно-акцепторном ряду.

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

Например, кожа состоит в основном из коллагена с типичными донорными амино- и гидроксильными функциональными группами. В полиуретане адгезионно- активными акцепторными группами являются группы СО и СООNН. Следовательно, при образовании адгезионной связи их комбинация приводит к высокой адгезионной прочности.

Таким образом, электрическая теория рассматривает адге­зию как специфическое межмолекулярное взаимодействие. Элек­трическая теория, однако, не в состоянии объяснить явление адгезии в тех случаях, когда при разделении фаз эмиссия элект­ронов не наблюдается, а также когда адгезивами являются токопроводящие материалы, которые в свою очередь могут да­вать весьма прочные адгезионные соединения.