6.7.1. Адгезия

Адгезия лакокрасочных покрытий  это явление, заключающееся в установлении связи между пленкой и подложкой, на которую она нанесена.

Адгезионная прочность  это работа, которую необходимо затратить на разрушение адгезионной связи.

Аутогезия или самослипание  это сцепление между слоями однородных материалов. Проявляется в многослойных покрытиях, наносимых из одного или одинакового по природе лакокрасочного материала.

Различают два типа адгезии:

1. специфическую или собственно адгезию, характеризующую прочность сцепления адгезива с субстратом;

2. механическую, обусловленную проникновением адгезива (впитыванием) в поры субстрата.

Этот вид адгезии имеет место при использовании пористых подложек (бумага, ткани, древесина), являясь результатом действия чисто механических (когезионных) сил.

Адгезия является важнейшим свойством лакокрасочных покрытий, от которого зависят многие эксплуатационные характеристики, в том числе долговечность и защитная способность.

6.7.2. Природа адгезионных связей

Работа адгезии (W_а) выражается уравнением:

(6.11)

где  средняя энергия единицы связи;

N  число связей, приходящееся на единицу поверхности адгезионного контакта.

Т. е. адгезионная прочность покрытий зависит от характера адгезионных связей и их плотности. Между разнородными телами могут возникать различные по природе связи:

1. химические (ионная, ковалентная, координационная), их энергия от 65 до 1000 кДж/моль;

2. водородные (энергия не 50 кДж/моль);

3. ван-дер-ваальсовы (индукционные, дисперсионные, дипольные и др.), их энергия не превышает 50 кДж/моль.

При нанесении жидкого лакокрасочного материала на подложку взаимодействие между ними устанавливается уже в момент контакта. Однако значения работы адгезии жидкого лакокрасочного материала и покрытия не равны между собой. При формировании покрытия изменяются химический состав, структура и свойства исходного материала, происходят конформационные перестройки макромолекул, возможны активация поверхности подложки и появление напряжений в контактном слое. То есть в процессе получения покрытия и в процессе его эксплуатации первоначально установившиеся связи могут сохраняться, разрушаться или дополняться новыми.

6.7.3. Молекулярное взаимодействие

При контакте адгезива и субстрата возможно проявление действия молекулярных сил:

• притяжения;

• отталкивания;

• дисперсионного взаимодействия.

Результат такого взаимодействия  адсорбция молекул адгезива на поверхности субстрата. Причем, первая стадия адсорбции  миграция молекул адгезива к твердой поверхности и их ориентация по отношению к полярным группам, которые имеются на ней; вторая стадия  установление адсорбционного равновесия, которое возможно в случае, если расстояние между молекулами будет меньше предела дальнодействия молекулярных сил, т. е. 0,5нм.

Адсорбция может иметь физический или химический характер в зависимости от действующих сил. Причем, образующийся граничный слой на межфазной границе полимера по структуре и свойствам отличается от свойств полимера в объеме. Толщина граничных слоев может колебаться от десятых долей нанометра до нескольких микрометров в зависимости от условий протекания адсорбции (из раствора, расплава, газовой фазы), свойств полимера и подложки. Причем, по мере увеличения толщины структурные и физические характеристики слоя изменяются не монотонно, как считает академик Ю. С. Липатов, строение и структура граничных слоев являются определяющими в межфазном взаимодействии и соответственно влияют на адгезию полимеров к твердым субстратам.

Теория, предложенная Дебройном и развитая А. Д. МакЛареном, Б. В. Дерягиным, А. А. Берлиным, В. Е. Басиным, объясняет адгезионное взаимодействие за счет действия молекулярных сил. Она получила название адсорбционной (молекулярной). Молекулярное взаимодействие, согласно этой теории, наиболее полно проявляется в случае полярных пленкообразователей и полярных субстратов: чем выше полярность адгезива, тем больше адгезионная прочность:

(6.12)

где  дипольный момент молекул адгезива;

 диэлектрическая проницаемость адгезива.

Увеличение адгезионной прочности достигается изменением химической природы полимера (накоплением полярных групп, уменьшением молекулярной массы, повышением подвижности цепей) и увеличением полярности подложки путем окисления, гидрофилизации и т. д. Физическая адсорбция на поверхности металлов характерна для многих пленкообразователей, имеющих полярные группы: например, карбоксилсодержащие полимеры и олигомеры:

 ион-дипольная связь;

пленкообразователи, содержащие амидные и аминные группы (полиамиды, казеин и др.):

 координационная связь.