Теория адгезии

Химическая теория адгезии до настоящего времени не полу­чила широкого развития, хотя для понимания многих очень сложных адгезионных явлений и факторов, влияющих на меха­низм процессов склеивания, разработка этой теории имеет ис­ключительно важное значение.

Современные знания в области химической теории адгезии наиболее полно изложены в монографии Д А. Кардашева «Син­тетические клеи», а также в работах Д. А. Кардашева и В. Л. Вакула. Эта теория базируется на большом эксперимен­тальном материале, полученном отечественными и зарубеж­ными учеными при исследовании процессов склеивания метал­лов с металлами, металлов с резиной и неметаллических мате­риалов.

На основании исследований и ряда наблюдений сделан вывод, что прочность соединения многих материалов обуслов­лена образованием химических связей между адгезивом и субстратом.

Общие представления и закономерности, которые лежат в основе теории адгезии, сводятся к тому, что адгезионные и коге­зионные свойства полимерных веществ в значительной мере за­висят от их структуры, химического состава, молекулярного веса, а также от ряда других факторов, определяющих условия формирования клеевого соединения.

На основе результатов исследований влияния строения и структуры полиуретанов, полиэфиров, акриловых производных и других полимерных соединений сделаны интересные выводы, имеющие теоретическое и практическое значение.

На примере феноло-, мочевино-формальдегидных, эпоксид­ных смол и других соединений показано большое влияние функ­циональных групп с высоким значением энергии когезии на клеящие свойства этих полимеров. При этом подчеркивается, что не каждое полимерное соединение, имеющее функциональ­ные группы, может быть использовано в качестве клеящего вещества. Для этого необходимо еще наличие в макромолекуле определенного, оптимального количества функциональных групп и соответствующее взаимное их расположение. Это важное положение иллюстрируется данными исследований полиметилен-оксифениленов резольного и новолачного типа. Показано, что, несмотря на содержание в фенольных ядрах новолачных смол 16—18% гидроксильных групп, новолачные смолы не обладают клеящими свойствами в связи с малой когезионной прочностью этих низкомолекулярных соединений.

Теория адгезии говорит, чтобы придать клеящие свойства феноло- формальдегидным смолам новолачного типа, необходимо доба­вить к ним определенное количество формальдегида или феноло-формальдегидной смолы резольного типа.

Признано, что большое влияние на клеящие свойства оказы­вает молекулярный вес полимера. Хотя эта зависимость требует дальнейшего изучения, можно предполагать, что полимеры с низким молекулярным весом обладают хорошими адгезион­ными свойствами, но слабой когезией. Напротив, соединения, имеющие высокий молекулярный вес, обладают хорошей коге­зией, но недостаточными адгезионными свойствами. По-види­мому, для каждого типа полимеров существуют оптимальные значения молекулярного веса, при котором сочетаются высокие адгезионные свойства полимера с достаточной когезионной прочностью.

Этот важный вывод подтверждается результатами опытов, исследования влияние молекулярного веса резольных и эпоксидных полимеров на их клеящие свойства. Найдено, что клеящие свойства фракции резольной смолы с молекулярным весом 300—500 значительно выше, чем у более высокомолекулярной фракции той же смолы, содержащей меньшее количество метинольных групп. Такая же зависимость установлена для эпоксидных смол. При исследовании эпоксидных смол с молекулярным весом 500 — 1500 установлено, что наиболее высокими клеящими свойствами обладают полимеры с молекулярным весом 600—1000.

По теории адгезии, большое значение имеет характер образования клеевого со­единения, а также режимы отверждения клеящих композиций, которые, в свою очередь, также влияют на клеящие свойства полимеров. Прежде всего должно выполняться основное требо­вание — полярные материалы надо склеивать полярными кле­ями, а неполярные — неполярными. Отсюда следует, что выбор клея должен быть сделан в соответствии с природой склеивае­мого материала. Так, по теории адгезии для склеивания древесины и других целлюлозных материалов лучшими признаны феноло- и мочевино-формальдегидные смолы, полиуретаны, эпоксидные и другие смолы, а также некоторые термопластичные полимеры.

Немаловажное значение имеют внутренние напряжения, воз­никающие в результате усадки клеевых соединений при форми­ровании путем удаления растворителя, плавления твердого полимера или химических реакций. Как правило, наибольшие внутренние напряжения характерны для термоактивных поли­меров, имеющих в отвержденном состоянии жесткие простран­ственные структуры. К их числу относятся и феноло-формальдегидные, мочевино-формальдегидные, резорциновые смолы и др. Чтобы свести к минимуму внутренние напряжения, для каж­дого технологического процесса, основанного на соединении материалов путем склеивания, должны быть изысканы опти­мальные условия образования клеевого соединения.

Снижение внутренних напряжений для ряда смол конденса­ционного типа, применяемых для склеивания древесины, по теории адгезии, дости­гается путем их модификации другими полимерными соедине­ниями, введением в их состав соответствующих наполнителей, нанесением на склеиваемые поверхности сравнительно тонких клеевых слоев, а также выбором соответствующих условий про­цесса склеивания — температуры, давления и времени.