Адгезия полимеров к неорганическим субстратам

Адгезия полимеров к стеклу

Стекло - аморфный субстрат. Он состоит в основном из оксида кремния - 71-73% и оксидов других металлов. В состав листового технического, оптического, щелочного и слабощелочного стекла для стекловолокон также входят оксиды одно-, двух-, трехвалентных металлов: К20, Na20, CaO, MgO, Fe203, А1203, As203, В203 (табл. 4.7).

С тетраэдрами кремния кислородной сетки связаны свободные гидроксильные группы. Кроме гидроксильной группы, на поверхности стекла находится слой адсорбированной влаги толщиной примерно несколько сотен А. Эта влага с трудом удаляется в вакууме при нагревании до 400-500°С.

Таблица 4.7

Химический состав стекол

Компо-

ненты

Содержание компонентов, %

Листовое

техническое

стекло

Оптическое

стекло

Слабощелочное стекло для стекловолокна

Щелочное стекло для стекловолокна

SiO?

71,5-73,0

72,0

54,5

71,0

АЬОз

1,0-2,0

-

13,5

3,0

В2

-

8,5

9,9

-

СаО

6,5-8,0

1,6

16,1

8,5

MgO

3,0-4,3

0,5

4,3

2,5

Na20

14,0-15,0

7,2

1,8

15,0

S03

0,3-0,5

-

-

-

Fe203

0,2

-

-

-

K20

2,0

10,5

-

-

Аб2

-

0,2

-

-

Исходя из этого следует предполагать, что высокой адгезией к стеклу обладают полимеры, содержащие гидроксильные, карбоксильные, эпоксидные, изоцианатные и другие полимерные группы, способные к образованию водородных связей с поверхностными ОН', а также к ион-дипольному взаимодействию, особенно к химическому взаимодействию. Полимеры с гидроксильными группами реагируют с поверхностью стекла по схеме

Полиизоционаты взаимодействуют с поверхностью стекла по схеме:

С эпоксидными смолами гидроксилы стекла могут реагировать следующим образом:

Наибольшая адгезия к стеклу наблюдается у тех полимеров, которые способны вступать в химическое взаимодействие по указанным схемам. Это эпоксидные полимеры, их композиции с фенольными смолами, полиуретанами, полисульфидами, полиэфиракрилатами и другими. Таким образом, природа полимера является основным фактором при рассмотрении вопроса увеличения адгезии в системе эластомер-стекло (табл. 4.8).

Таблица 4.8

Прочность адгезионного взаимодействия полимеров к стеклу

Природа полимера

Сопротивление отслаиванию, Г/см

НК

-72

Полиизобутилен П-118

-223

Хлорсульфополиэтилен

-390

Полихлоропропен

- 1110

С целью повышения адгезии полимера к стеклу используют метод химической модификации поверхности стекла. В качестве модифицирующего агента часто применяют волан - комплексное соединение смешанной соли метакриловой и соляной кислот и хромоксихлорида. При действии на стекло волана сначала происходит гидролиз под воздействием воды, связанной с поверхностью стекла. Затем продукт гидролиза взаимодействует с ОН' группами, находящимися на поверхности стекла, и одновременно конденсируется. Благодаря наличию у привитого к стеклу волана двойной связи возможно взаимодействие модифицированного стекла с ненасыщенными группами полимеров.

При действии на силикатное стекло силанов тоже происходит химическое взаимодействие, в котором участвуют гидроксильные группы, находящиеся на поверхности стекла. В результате образуется си- локсановый слой, химически связанный со стеклом.

Если радикал R - винил (СН2=СН-) или аллил (СН2-СН=СН2-), то адгезия к стеклу непредельных полиэфиров резко возрастает.

Эффективным способом повышения адгезии полимера к стеклу является нанесение на поверхность стекла, модифицированного производными силанов, полимера - дифункционального мономера, способного реагировать как с полимерами, так и с молекулами, привитыми на поверхность стекла. В качестве дифункционального мономера используются дивинилбензол, этилендиметакрилат и другие.

С целью снижения перенапряжения в стеклопластиках на границе раздела фаз поверхность стекла обрабатывают низкомолекулярными полимерами, содержащими кремний. Соединение -Si-0-Si- является очень прочным соединением, при модификации поверхности стекла кремнийорганическими жидкостями образуются пленки, имеющие хорошее сцепление со стеклом, но при этом снижается адгезия к полярным каучукам (табл. 4.9).

Таблица 4.9

Влияние вида обработки поверхности силикатного стекла _на адгезию к нему полиуретанового клея ПУ-2_

Вид обработки

Сопротивление отрыву, кГ/см2

Характер

разрушения

Без обработки

201

Когезионное

После обработки:

Т риметилхлорсилан

37

Адгезионное

Диметилдихлорсилан

0

Адгезионное

Метилтрихлорсилан

52

Адгезионное

При обработке стекла на его поверхности образуются полимеры в виде пленки.

Адгезия полимеров к стеклам, не содержащим оксидов кремния, например, фосфатному, боратному, кадмиевоборатному, очень низкая.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >