Авторами проведено масштабное
экспериментальное подтверждение теоретических основ кислотноосновного подхода
для широкого ряда соединений на основе
полимерных композиций, применяемых в качестве покрытий и клеев
различного назначения. <...> Вольпе [1, 2] или отдельные разделы монографий [3] в лучшем случае охватывают лишь десяток полимеров, что
не дает возможность делать обобщающие выводы и прогнозировать
адгезионную способность материалов с учетом их кислотно-основных
свойств. <...> А.В.Черновым, - позволили накопить и систематизировать
экспериментальные данные по поверхностным характеристикам
более ста пятидесяти полимерных объектов: карбоцепных и
гетероцепных полимеров, сополимеров и их смесей, а также
эпоксидных и каучуковых композиций различного состава,
используемых в адгезионных соединениях. <...> Также выявлена
зависимость адгезионной способности металл-полимерных систем на
основе полиэпоксидов, полиолефинов и каучуков от абсолютной
разности в кислотно-основных свойствах адгезива и адгеренда и
экспериментально подтверждена возможность прогнозирования
адгезионного взаимодействия с учетом этой величины. <...> Развитие
и всеобщее признание теории кислотно-основных взаимодействий в
адгезионных системах приобрело в последние годы заметные
масштабы. <...> Отметим,
что на сегодняшний день определение кислотных и основных
характеристик твердых «готовых» полимерных поверхностей и
различных
низкомолекулярных
добавок
–
наполнителей,
пластификаторов, промоторов и т.п., является нетривиальной задачей. <...> Необходим прежде всего
обоснованный выбор корректной количественной характеристики
кислотно-основных свойств компонентов адгезионного соединения. <...> Поэтому в предлагаемой монографии проведен сравнительный анализ
существующих
в
настоящее
время
методов
определения
поверхностно-энергетических и кислотно-основных характеристик
4
твердых гладких полимерных и металлических поверхностей. <...> В то же <...>
Кислотно-основные_взаимодействия_и_адгезия_в_металл-полимерных_системах._Учебное_пособие.pdf
Казанский государственный технологический университет
И.А.Старостина, О.В.Стоянов
Кислотно-основные взаимодействия
и адгезия в металл-полимерных
системах
Казань 2010
Стр.1
УДК 539.6
ББК 24.5
С 77
Рецензенты: д.х.н. проф Черкасов Р.А.
д.т.н. проф.Строганов В.Ф.
Старостина, И.А.
Кислотно-основные взаимодействия и адгезия в металлполимерных
системах/ И.А.Старостина, О.В.Стоянов.- Казань: Изд-во
Казан. гос. технол. ун-та. 2010.- 200 с.
ISBN 978-5-7882-0971-5
основной теории адгезионных соединений и проанализированы
используемые в современной
В книге рассмотрены основные научные положения кислотнопрактике
методы определения
кислотно-основных свойств твердых поверхностей органической и
неорганической природы. Авторами проведено масштабное
экспериментальное подтверждение теоретических основ кислотноосновного
подхода для широкого ряда соединений на основе
полимерных композиций, применяемых в качестве покрытий и клеев
различного назначения. Получены экспериментальные данные по
термодинамическим и кислотно-основным свойствам около двухсот
органических и неорганических поверхностей, имеющих широкое
практическое
применение. Экспериментально
подтверждена
возможность прогнозирования адгезионного взаимодействия между
адгезивом и адгерендом с учетом абсолютной разности в их кислотноосновных
свойствах.
ISBN 978-5-7882-0971-5
© СтаростинаИ.А., Стоянов О.В.
©Казанский государственный
технологический университет, 2010
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
Список принятых сокращений……………………………………… 6
Предисловие…………………………………………………………… 8
Введение……………………………………………………………… 9
Глава 1. Основные теоретические положения кислотноосновного
взаимодействия…………………………………………… 11
1.1. История вопроса……………………….………………… 11
1.2. Кислотно-основная способность веществ…………….
Глава 2. Термодинамика поверхностных явлений в адгезионных
соединениях полимер – металл…………………………………..
2.1. Термодинамическая работа адгезии и свободная
поверхностная энергия……………………………………………..
2.2. Кинетика смачивания …………………………………….
2.2.1. Гистерезис смачивания.
Углы натекания и отекания…………………………….
2.2.2. Определение равновесного контактного угла………
2.3. Термодинамика смачивания……………………………..
2.3.1. Термодинамическая работа адгезии тестовых жидкостей
на исследуемых поверхностях…………………………………….
2.3.2.Свободная поверхностная энергия и ее компоненты..
2.3.3.Расчет дисперсионной составляющей свободной
поверхностной энергии образцов методом нейтральных тестовых
жидкостей…………………………………………………………….
2.3.4.Теоретический
расчет
кислотно-основной
составляющей свободной поверхностной энергии……………….
3.1. Метод Драго………………………………………………….
3.2. Метод Гутмана……………………………………………….
14
17
17
21
21
29
36
36
42
45
48
Глава 3. Сравнительный анализ методов определения кислотных и
основных свойств жидкостей и твердых тел……………………… 54
55
56
3.3. Калориметрические методы………………………………… 57
3.4.Спектроскопические методы………………………………..
58
3.5. Эллипсометрия……………………………………………… 60
3.6. Индикация красителей……………………………………… 60
8
Стр.8
3.7. Обращенная газовая хроматография………………………… 60
3.8. Перенос заряда………………………………………………….
3.9. Методы смачивания тестовыми жидкостями……………..
3.9.1. Метод Фоукса и Мустафы…………………………………. 62
3.9.2. Смачивание растворами тестовых кислот и оснований..
3.9.3. Графический метод определения составляющих свободной
поверхностной энергии ……………………………………………..
76
61
62
63
64
3.9.4.Метод Э.Бергер……………………………………………… 74
3.9.5. Метод ван Осса…………………………………………….
3.9.5.1. Модификация Делла Вольпе и Сибони………………… 77
3.9.5.2. Нелинейная модификация Делла Вольпе и Сибони… 79
3.9.5.3. Компоненты свободной поверхностной энергии воды.. 80
3.9.6.Апобация метода ВОЧГ для полимерных поверхностей… 82
3.9.6.1. Научно-обоснованный подход к выбору триплета…..
3.9.6.2.Апробация нелинейной модификации метода ВОЧГ….
3.9.7.Практическое
86
90
использование
кислотно-основных
характеристик………………………………………………………..
Глава 4. Направленная модификация кислотно-основных свойств
полимерных композиционных материалов………………………..
4.1.Кислотно-основные свойства полиэпоксидов……………..
4.1.1.Влияние способа отверждения полиэпоксидов на кислотноосновные
свойства ………………………………………………….
4.1.2.. Влияние природы отвердителя на кислотно-основные
свойства полиэпоксидов ……………………………………………..
93
97
97
97
98
4.1.2.1.Использование метода Бергер…………………………… 98
4.1.2.2.Использование метода ВОЧГ…………………………..
103
4.1.3.Эффект модификации полиэпоксидов……………………… 105
4.1.4.Эффект наполнителей и пигментов………………………. 108
4.2.Кислотно-основные свойства полиолефиновых покрытий… 109
4.2.1.Влияние условий формирования………………………….. 109
4.2.2.Влияние модификации полиэтиленовых покрытий……….. 110
4.2.3.Влияние модификации покрытий на основе этиленвинилацетатных
сополимеров…………………………………….
4.2.4. Использование метода ВОЧГ для покрытий на основе
9
112
Стр.9
этилен-винилацетатных сополимеров……………………………..
4.3. Кислотно-основные свойства композиций на основе
сополимеров этилена………………………………………………..
114
116
4.4.Кислотно-основные свойства модифицированных каучуков... 120
4.5. Кислотно-основные свойства брекерных резиновых смесей.. 130
4.6. Кислотно-основные свойства металлических субстратов..
3.3.6. Глава 5. Кислотно-основной подход к проблеме усиления
взаимодействия в адгезионных соединениях…………………….
покрытий различной природы………………………………………… 139
5.2.Связь
5.1.Роль кислотно-основных свойств в адгезии полимерных
кислотно-основных и адгезионных свойств
полиэпоксидных покрытий………………………………………… 141
5.3.Связь кислотно-основных и адгезионных характеристик в
5.2. 5.4.Связь кислотно-основных и адгезионных свойств смесей
полиолефинов………………………………………………………..
системе полиолефиновое покрытие-металл………………………… 152
161
системе каучуковое покрытие-металл…………………………… 164
5.6.Связь
5.5.Связь кислотно-основных и адгезионных характеристик в
кислотно-основных и адгезионных свойств
модифицированных резиновых смесей …………………………… 174
Заключение…………………………………………………………..
Список использованной литературы…………………………….. 179
178
132
139
10
Стр.10