Адгезия. Основные термины и определения. Изучаем адгезионные свойства материалов: адгезия – что это такое и как она отражается на краске и бетоне Адгезивное покрытие

Отправим материал вам на e-mail

Это сцепление различных по своему составу и структуре материалов, обусловленное их физическими и химическими свойствами. Термин адгезия произошёл от латинского слова adhesion – прилипание. В строительстве дают более узконаправленное и специфическое обозначение тому, что такое адгезия – это способность декоративно-отделочных покрытий (ЛКМ, штукатурки), герметизирующих или клеящих смесей к прочному и надёжному соединению с внешней поверхностью материала основания.

Впечатляющая демонстрация эффекта адгезии современных клеевых составов

Важно! Следует различать понятия адгезии и когезии. Адгезия соединяет разнотипные материалы, затрагивая только поверхностный слой. К примеру, краска на металлической поверхности. Когезия - это соединение однотипных материалов, в результате которого образуются межмолекулярные взаимодействия.

Адгезия является одним из ключевых свойств материалов в следующих областях:

1. Металлургия – антикоррозионные покрытия.
2. Механика – слой смазки на поверхности элементов машин и механизмов.
3. Медицина – стоматология.
4. Строительство. В данной отрасли адгезия является одним из главных показателей качества выполнения работ и надёжности конструкций.

Практически на всех этапах строительства контролируются показатели адгезии для следующих соединений:

• лакокрасочные материалы;
• штукатурные смеси, стяжки и заливки;
• клеящие составы, кладочные растворы, герметики и т.п.

Пример химической адгезии — реакция соединения силиконового герметика со стеклом

Существует три основных принципа адгезионного соединения материалов. В строительстве и технологии они проявляются следующим образом:

1. Механический — сцепление происходит путем прилипания наносимого материала к основанию. Механизм такого соединения заключается в проникновении наносимого вещества в поры внешнего слоя или соединении с шероховатой поверхностью. Примером, является окраска поверхности бетона или металла.
2. Химический — связь между материалами, в том числе различной плотности, происходит на атомном уровне. Для образования такой связи необходимо присутствие катализатора. Примером адгезии такого типа является пайка или сварка.
3. Физический — на сопрягаемых поверхностях возникает электромагнитная межмолекулярная связь. Может образоваться в результате возникновения статического заряда или под воздействием постоянного магнитного или электромагнитного поля. Пример использования в технологии — окрашивание различных поверхностей в электромагнитном поле.

Адгезионные свойства строительных и отделочных материалов

Адгезия строительных и отделочных материалов осуществляется, преимущественно, по принципу механического и химического соединения. В строительстве используется большое количество различных веществ, эксплуатационные характеристики и специфика взаимодействия которых кардинальным образом отличаются. Разделим их на три основные группы и охарактеризуем более подробно.

Лакокрасочные материалы

Адгезия ЛКМ к поверхности основания осуществляется по механическому принципу. При этом, максимальные показатели прочности достигаются в том случае, если рабочая поверхность материала имеет шероховатости или пористая. В первом случае существенно увеличивается площадь соприкосновения, во втором, краска проникает в поверхностный слой основания. Кроме того, адгезионные свойства ЛКМ увеличиваются благодаря различным модифицирующим добавкам:

• органосиланы и полиорганосилоксаны оказывают дополнительное гидрофобизирующее и антикоррозионное действие;
• полиамидные и полиэфирные смолы;
• металлоорганические катализаторы химических процессов отвердения ЛКМ;
• балластные мелкодисперсные наполнители (к примеру, тальк).

Краска с тальковым наполнителем — не вспучивающийся антипирен

Строительные штукатурки и сухие клеящие смеси

До недавнего времени, строительные и отделочные работы велись с использованием различных растворов на основе гипса, цемента и извести. Зачастую, их смешивали в определённой пропорции, что давало ограниченное изменение их основных свойств. Современные готовые сухие строительные смеси: стартовые, финишные и мультифинишные штукатурки и шпаклевки, имеют гораздо более сложный состав. Широко применяются добавки различного происхождения:

• минеральные - магнезиальные катализаторы, жидкое стекло, глиноземистый, кислотоустойчивый или безусадочный цемент, микрокремнезём и т.п.
• полимерные - диспергируемые полимеры (ПВА, полиакрилаты, винилацетаты и т.п.).

Такие модификаторы существенно изменяют следующие основные характеристики строительных смесей:

• пластичность;
• водоудерживающие свойства;
• тиксотропность.

Важно! Использование полимерных модификаторов даёт более выраженный эффект усиления адгезии. Однако образование устойчивых соединений полимерных плёнок на границе разнотипных материалов (основание - твердеющая штукатурка) возможно только при определённой температуре. Этот термин называется минимальной температурой плёнкообразования – МТП. У разных штукатурок она может быть различной от +5°С до +10°С. Во избежание расслоения, необходимо точно придерживаться рекомендаций производителя относительно температуры, как окружающей среды, так и основания.

Герметики

Герметики, использующиеся в строительстве, различают по трём различным типам, каждый из которых требует определённых условий для высокопрочной адгезии с материалом основания. Рассмотрим каждый тип подробнее.

• Высыхающие герметики. В состав входят различные полимеры и органические растворители: бутадиен-стирольные или нитрильные, хлоропреновый каучук и т.п. Как правило, имеют пастообразную консистенцию с вязкостью 300-550 Па. В зависимости от вязкости, наносятся либо шпателем, либо кистью. После их нанесения на поверхность, необходимо определённое время для высыхания (испарения растворителя) и образования полимерной плёнки.

• Невысыхающие герметики. Состоят, как правило, из каучука, битума и различных пластификаторов. Имеют ограниченную устойчивость к высокой температуре, не более 70 0 С-80 0 С, после чего начинают деформироваться.

• Отверждающиеся герметики. После их нанесения, под воздействием различных факторов: влага, тепло, химические реагенты, происходит необратимая реакция полимеризации.

Из всех перечисленных разновидностей, отверждающиеся герметики обеспечивают максимальную надёжность сцепления с микронеровностями поверхности основания. Кроме того, они устойчивы к высоким температурам, механическим и химическим воздействиям. Они имеют оптимальное сочетание жёсткости и вязкости, позволяющее сохранять первоначальную форму. Однако, являются наиболее дорогостоящими и сложными в использовании.

Как измеряется адгезия?

Технология измерения адгезии, способы испытания, а также все показатели прочности соединения материалов указаны в следующих нормативах:

• ГОСТ 31356-2013 - шпаклёвки и штукатурки;
• ГОСТ 31149-2014 - лакокрасочные материалы;
• ГОСТ 27325 - ЛКМ к дереву и т.п.

Информация! Адгезия измеряется в кгс/см 2 , МПа (мегапаскали) или кН (килоньютоны) - это показатель силы, которую необходимо приложить, для разделения материалов основания и покрытия.

Если раньше адгезионные характеристики материалов можно было измерять только в лабораторных условиях, то на данный момент существует множество приборов, которые можно использовать непосредственно на строительной площадке. Большинство методов измерения адгезии, как «полевых», так и лабораторных связаны с разрушением внешнего, покрывающего, слоя. Но есть несколько устройств, принцип действия которых основан на ультразвуке.

• Нож адгезиметр. Используется для определения параметров адгезии методом решётчатых и или параллельных надрезов. Применяется для лакокрасочных и плёночных покрытий толщиной до 200 мкм.

• Пульсар 21. Устройство определяет плотность материалов. Используется для выявления трещин и расслоений в бетоне как штучном, так и монолитном. Существуют специальные прошивки и подпрограммы, которые по плотности прилегания, позволяют определить прочность адгезии штукатурок различных типов к бетонным поверхностям.

• СМ-1У. Используется для определения адгезии полимерных и битумных изоляционных покрытий методом частичного разрушения – сдвига. Принцип измерения основан на выявлении линейных деформаций изоляционного материала. Как правило, применяется для определения прочности изоляционного покрытия трубопроводов. Допускается использование для проверки качества нанесение битумной гидроизоляции на строительные конструкции: стены подвалов и цокольных этажей, плоские крыши и т.п.

Факторы, снижающие адгезию материалов

На снижение адгезии оказывают влияние различные физические и химические факторы. К физическим относится температура и влажность окружающей среды в момент нанесения декоративно-отделочных или защитных материалов. Также снижают адгезионные взаимодействия различные загрязнения, в частности, пыль покрывающая поверхность основания. В процессе эксплуатации влияние на прочность соединения лакокрасочных материалов может оказывать ультрафиолетовое излучение.

Химические факторы, снижающие адгезию, представлены различными материалами загрязняющими поверхность: бензин и масла, жиры, кислотные и щелочные растворы и т.п.

Также адгезию отделочных материалов могут снижать различные процессы, возникающие в строительных конструкциях:

• усадка;
• растягивающие и сжимающие напряжения.

Информация! Вещество, наносимое на поверхность для увеличения силы сцепления между основанием и отделочным материалом, называется адгезивом. Основание, на которое наносится адгезив, называется субстратом.

Методы повышения адгезии

В строительстве существует несколько универсальных способов повышения адгезии декоративных отделочных материалов с поверхностью основания:

1. Механический – поверхности основания придают шероховатость, чтобы увеличить площадь соприкосновения. Для этого её обрабатывают различными абразивными материалами, наносят насечки и т.п.
2. Химический – в состав наносимых защитно-отделочных материалов добавляют различные вещества. Это, как правило, полимеры, образующие более прочные связи и придающие материалу дополнительную эластичность.
3. Физико-химический – поверхность основания обрабатывают грунтовкой, изменяющей основные химические параметры материала и оказывающей влияние на определённые физические свойства. К примеру, снижение влагопоглощения у пористых материалов, закрепление рыхлого внешнего слоя и т.п.

Способы увеличения адгезии к различным материалам

Более подробно остановимся на методах повышения адгезии для различных материалов, применяемых в строительстве.

Бетон

Бетонные стройматериалы и конструкции повсеместно применяются в строительстве. За счёт высокой плотности и гладкости поверхности их потенциальные адгезионные показатели довольно низкие. Для увеличения прочности соединения отделочных составов необходимо учесть следующие параметры:

• сухая или влажная поверхность. Как правило, адгезия к сухой поверхности выше. Однако были разработаны множество клеевых смесей, требующих предварительного смачивания поверхности основания. В данном случае необходимо обращать внимание на требования производителя;
• температура окружающей среды и основания. Большинство отделочных материалов наносится на бетонные поверхности при температуре воздуха не менее +5°С...+7°С. При этом бетон не должен быть замёрзшим;
• грунтовка. Используется в обязательном порядке. Для плотных бетонов, это составы с наполнителем из кварцевого песка (бетонконтакт), для пористых бетонов (пено-, газобетон), это грунтовки глубокого проникновения на основе акриловых дисперсий;
• добавление модификаторов. Готовые сухие штукатурные смеси уже имеют в своем составе различные адгезионные добавки. Если штукатурка замешивается самостоятельно, то в неё рекомендуется добавить: ПВА, акриловую грунтовку, вместо такого же количества воды, силикатный клей, придающий отделочному материалу дополнительные влагоотталкивающие свойства.

Металл

Ключевую роль в прочности соединения лакокрасочных материалов с металлической поверхностью играет способ и качество подготовки поверхности. В домашних условиях рекомендуется выполнить следующие действия:

• обезжиривание – обработка металла различными растворителями: 650, 646, Р-4, уайт-спирит, ацетон, керосин. В крайнем случае, поверхность протирается бензином;
• матирование – обработка основания абразивными материалами;
• грунтование – использование специальных красок праймеров. Они реализуются в комплекте с декоративными ЛКМ определённого типа.

Важно! Адгезия свинца, алюминия и цинка намного ниже, чем у чугуна и стали. Причина заключается в том, что эти металлы образуют на своей поверхности оксидные плёнки. Поэтому отслаивание лакокрасочных покрытий происходит по оксидному слою. Окрашивание этих материалов рекомендуется осуществлять сразу после удаления плёнки механическим или химическим способом.

Древесина и древесные композиты

Древесина является пористой поверхностью с большим количеством неровностей и не испытывает особых проблем с прочностью соединения отделочных материалов. Но нет предела совершенству, поэтому были разработаны различные технологии для улучшения адгезии в сочетании с сохранением защитных и декоративных свойств самой отделки. Их использование, к примеру, в сочетании с акриловыми красками, значительно улучшает атмосферостойкость, устойчивость к ультрафиолетовому выцветанию, придает биологическую защиту материалу. Поверхность древесины обрабатывается самыми разнообразными грунтовками, чаще всего, на основе боразотных соединений и нитроцеллюлозы.

Адгезия при сварочных работах

Сварка является одним из наиболее прочных методов соединения металлических конструкций. Это сцепление молекул двух элементов без использования промежуточных или вспомогательных веществ — клея или припоя. Происходит данный процесс под воздействием термической активации. Внешний слой соединяемых элементов нагревают выше температуры плавления, после чего происходит межмолекулярное сближение и соединение материалов.

Препятствием к качественной адгезии при сварке могут служить следующие факторы:

• наличие оксидных плёнок. Они удаляются механически или химически при подготовке поверхности или исчезают непосредственно в процессе сварки под воздействием высокой температуры или флюсов;
• несоответствие химического состава материалов и электродов. Особое внимание следует уделять наличию и количеству кремния и углерода в соединяемых деталях. Для соединения сталей разных марок рекомендуется использовать электроды с низким содержанием диффузионного водорода;
• недостаточная глубина проплавления, которая напрямую зависит от силы тока и скорости передвижение электрода.

16291 0

Во-первых, давайте предположим, что первое условие для адгезии, соблюдать близкий контакт на молекулярном уровне между адгезивом и субстратом. А теперь представим, что будет происходить после того, как материалы вступят в контакт, и как они будут взаимодействовать. Адгезионная связь может быть механической, физической или химической, но обычно она представляет собой комбинацию этих видов связи.

Механическая адгезия

Простейшим видом адгезии является механическое сцепление компонентов адгезива с поверхностью субстрата. Эта адгезия образуется за счет присутствия таких неровностей поверхности, как углубления, трещины, щели, при развитии которых образуются микроскопические поднутрения.

Основным условием образования механической адгезии является способность адгезива легко проникать в углубления на поверхности субстрата, а затем твердеть. Это условие зависит от смачивания поверхности субстрата адгезивом, которая, в свою очередь, связана с соотношением поверхностных энергий материалов, находящихся в контакте, определяющим величину контактного угла смачивания. Идеальной ситуацией является полное смачивание субстрата адгезивом. Для улучшения контакта перед нанесением адгезива следует избавиться от воздуха или пара, присутствующих в углублениях. Если адгезив сможет заполнить поднутрения и затем затвердеть, то, естественно, он блокируется поднутрениями (Рис. 1.10.7).

Рис. 1.10.7. Механическое зацепление между адгезивом и субстратом на микроскопическом уровне

Степень проникновения адгезива в поднутрения зависит как от давления, которое было приложено при его нанесении, так и от свойств самого адгезива. Если попытаться оторвать адгезив от субстрата, то это можно сделать лишь путем его разрыва, так как адгезив невозможно извлечь из поднутрений. Концепция механической адгезии не противоречит условиям для крепления или ретенции несъемных зубных протезов, используемой при их фиксации, за исключением тех явлений, которые происходят на микроскопическом уровне. Важное отличие между этими концепциями заключается в том, что хорошая смачиваемость не является необходимым условием макроретенции, тогда как она играет определяющую роль в создании механического зацепления на микроскопическом уровне.

В целом, поднутрения часто увеличивают механическую прочность соединения, однако обычно этого недостаточно, чтобы был задействован механизм самой (специфической) адгезии. Существует ряд дополнительных механизмов адгезии, вызванных физическими и химическими причинами. Термин истинная или специфическая адгезия обычно используется для того, чтобы отличить физическую и химическую адгезию от механической, однако от подобных терминов лучше отказаться, поскольку они не совсем точны.

Понятие истинной адгезии предполагает, что кроме нее существует адгезия ложная, однако в действительности адгезия либо существует, либо ее нет. Физическая и химическая отличаются от механической адгезии тем, что первые вовлекают адгезив и субстрат в молекулярное взаимодействие друг с другом, в то время как для механической такое взаимодействие на поверхности раздела двух фаз не требуется.

Физическая адгезия

При близком контакте двух плоскостей образуются вторичные связи за счет диполь-дипольного взаимодействия между поляризованными молекулами. Величина возникших сил притяжения очень невелика, даже если они и обладают высоким значением дипольного момента или повышенной полярностью.

Величина энергии связи зависит от относительной ориентации диполей в двух плоскостях, однако обычно эта величина составляет не более 0,2 электрон-вольта. Это значение намного меньше, чем у первичных связей, таких, как ионные или ковалентные, у которых энергия связи обычно колеблется в пределах от 2,0 до 6,0 электрон-вольт.

Вторичные связи за счет диполь-дипольного взаимодействия возникают очень быстро (поскольку для их возникновения не нужна энергия активации) и являются обратимыми (так как молекулы на поверхности вещества остаются химически незатронутыми). Это слабое адсорбционное физическое притяжение легко разрушается при повышении температуры, и оно не подходит для тех случаев, когда требуется постоянное соединение. Тем не менее, такие связи, как водородная, могут стать важнейшей предпосылкой к образованию химической связи.

Из этого следует, что соединение неполярных жидкостей с полярными твердыми веществами затруднено, и наоборот, поскольку между этими двумя веществами будет отсутствовать взаимодействие на молекулярном уровне, даже при их близком контакте. Такое поведение наблюдается у жидких силиконовых полимеров, которые являются неполярными и поэтому не образуют вторичных связей с твердыми поверхностями. Связи с ними возможны только при прохождении химической реакции сшивания, которая создаст места соединений между жидкостью и твердым телом.

Химическая адгезия

Если после адсорбции на поверхности молекула диссоциирует, и затем ее функциональные группы, каждая в отдельности, смогут соединяться ковалентными или

ионными связями с поверхностью, то в результате образуется прочная адгезионная связь. Такую форму адгезии называют хемосорбцией, и она может быть по своей природе как ионной, так и ковалентной.

Химическая связь отличается от физической тем, что два соседних атома совместно обладают одними и теми же электронами. Поверхность адгезива должна быть прочно соединена с поверхностью субстрата через химические связи, поэтому необходимо присутствие реакционноспособных групп на обеих поверхностях. В частности, это относится к образованию ковалентных связей, что происходит, например, при связывании реакционноспособных изоцианатов с полимерными поверхностями, содержащими гидроксильные и аминные группы (Рис. 1.10.8).

Рис. 1.10.8. Образование ковалентной связи между изоцианатом и гидроксильными и аминными группами на поверхности субстрата

В отличие от неметаллических соединений, между твердым и жидким металлами легко образуется металлическая связь — этот механизм лежит в основе паяния. Металлическая связь возникает за счет свободных электронов и не зависит от присутствия реакционноспособных групп. Однако эта связь возможна только в том случае, если металлические поверхности будут идеально чистыми. На практике это означает, что для удаления оксидных пленок необходимо использовать флюсы, в противном случае эти пленки будут препятствовать контакту между атомами металлов.

Единственным путем отделения адгезива от субстрата является механический разрыв химических связей, однако это не означает, что в первую очередь будут разорваны именно эти, а не другие валентные связи. Это накладывает ограничения на прочность, которую можно достичь в соединении. Если прочность склеивания или адгезионного соединения окажется выше прочности при растяжении материалов адгезива или субстрата, тогда раньше, чем разрушится адгезионное соединение, произойдет разрушении когезионное адгезива или субстрата.

Адгезия переплетением молекул (Диффузионный механизм адгезии)

До сих пор мы исходили из предположения, что между адгезивом и субстратом существует четко выраженная поверхность раздела. Обычно адгезив адсорбируется поверхностью субстрата и может рассматриваться, как поверхностноактивное вещество, которое накапливается на поверхности, но не проникает вглубь. В некоторых же случаях адгезив или один из его компонентов способны проникать внутрь поверхности субстрата, а не накапливаться на ней. Следует подчеркнуть, что абсорбция молекул возникает в результате хорошего смачивания поверхности, а не является его причиной.

Если абсорбированный компонент представляет собой молекулу с длинной цепью, или образует молекулу с длинной цепью после поглощения субстратом, то в результате может произойти переплетение или взаимодиффузия молекул адгезива и субстрата, которое приведет к очень высокой адгезионной прочности (Рис. 1.10.9).

Рис. 1.10.9. Диффузионный переходный слой, образо ванный взаимным переплетением молекулярных фрагментов адгезива и субстрата

Это равенство называется уравнением Дюпре. Оно означает, что работа адгезии (W) является суммой свободных поверхностных энергий твердого тела (у) и жидкости (y|v) за вычетом энергии на поверхности раздела между жидкостью и твердым телом (ysl).

Из уравнения Юнга следует,

Ysv Ysi = Ysi cose

Адгезия будет максимальной при полном (идеальном) смачивании, т.е. в случае, когда cosq = 1, следовательно, энергией склеенных поверхностей и энергиями каждой из этих поверхностей в отдельности (Рис. 1.10.10).

Рис. 1.10.10. Отделение жидкости от твердой поверхности с образованием двух новых поверхностей

Поверхностное натяжение жидкого углеводорода составляет приблизительно 30 мДж/м. Если предположить, что силы притяжения убывают до нуля на расстоянии 3 х 10~ метров, то сила, требуемая для того, чтобы отделить жидкость от твердой поверхности равна работе адгезии, деленной на расстояние, и равна 200 МПа.

Фактически, эта величина значительно выше.

Таким образом, адгезивы должны сильно химически притягиваться поверхностью субстратов для обеспечения высокой адгезионной прочности.

Клиническое значение

Врачу необходимо знать, какой вид связи он стремится получить, а для этого требуется понимание этапов создания адгезионного соединения. Это позволит избежать ошибок в работе.

Основы стоматологического материаловедения
Ричард ван Нурт

Благодаря развитию новых технологий в стоматологии, сегодня мы получили возможность восстанавливать целостность и функциональность поврежденных и разрушенных зубов быстро, качественно и на долгий срок. Адгезивные системы обеспечивают уверенную фиксацию пломб и искусственных протезных конструкций.

В этой статье рассмотрим, что же собой представляет адгезия в стоматологии, и как она работает на службе красивой и здоровой улыбки.

Адгезия – что это такое

Вообще, слово «адгезив» в переводе с английского языка означает «клеящее вещество, прилипание». Этот «клей» используется в стоматологии с тем, чтобы соединять разные по составу материалы с тканью зуба (не путать адгезию и когезию – это физический термин).

Сам по себе пломбировочный материал не обладает химической адгезией, то есть способностью прилипать к влажному по своей природе дентину, так что здесь необходим «посредник», который позаботится о надежном сцеплении двух разнородных тканей. Во время полимеризации композитный материал дает усадку, так что если не использовать адгезивные системы, нужного качества сцепления добиться не удастся. А это прямая дорога к развитию повторного кариеса или даже под пломбой.

«Меня с детских лет беспокоила моя диастема, . Лет 5 назад я услышала, что существует такая методика, как адгезивная реконструкция зубов, при которой никакая болезненная обточка не нужна и материал буквально «прилипает» к зубам. Доктор просто шлифанул эмаль передних зубов и послойно закрыл непривлекательную щербинку композитом. Эмаль осталась целой, а улыбка сделалась открытой».

Елена Сальникова, отзыв на сайте одной из московских стоматологий

Инновационные светоотверждаемые адгезивные системы используются при пломбировке зубов композитами, при фиксации мостов, а также для установки брекетов, виниров, скайсов.

Классификация адгезивных систем

По сути своей состав адгезивной системы представлен группой жидкостей из протравливающего компонента, бонда, а также праймера. Все вместе они обеспечивают микромеханические связки между искусственными материалами и тканями зуба.

Поскольку структура эмали и дентина неоднородны, то и адгезивные системы для них используются тоже разные. В классификации адгезивных систем выделяют варианты отдельно для эмали и отдельно для дентина.

Современные адгезивные системы различаются по следующим характеристикам:

• число компонентов, которые входят в их состав (1, 2 и больше),
• содержание наполнителя: если присутствует кислота, то это самопротравливающая адгезивная система,
• способ отверждения: самостоятельно отверждаемые, с использованием света, а также двойного отверждения.

Так, в составе эмалевых адгезивов – низковязкие мономеры композиционных материалов. Важный момент состоит в том, что эмалевые адгезивы не работают в отношении дентина. Потому важно или ставить изолирующие прокладки для твердой части зуба, или применять специальный дентинный адгезив – праймер.

Какие есть типы адгезии

Существует несколько видов адгезии: механическая, химическая, а также их комбинации. Самым простым является механический. Суть действия системы сводится к созданию микромеханических связок между компонентами материала и шероховатой поверхностью зуба. Чтобы обеспечить высокое качество сцепления, перед нанесением адгезива естественные микроуглубления на поверхности зубных тканей тщательно высушивают.

Интересно! Доктор Буонкоре 63 года назад опытным путем выяснил, что фосфорная кислота делает зубную эмаль шероховатой. Это помогает усилению сцепления композита с тканями зуба. Появившаяся более полувека назад методика протравки зубной эмали кислотой стала фундаментом для современных адгезивных реставрационных методов.

Химический вариант сцепления основан на химической связи композитного материала с эмалью и дентином. Таким типом адгезии обладают исключительно стеклоиномерные цементы. Прочие материалы, что используют стоматологи, имеют только механическую адгезию.

Как «прилипает» композит к поверхности эмали

Как уже отмечалось выше, что в стоматологии механизмы адгезии с эмалью и дентином разнятся. Защитная внешняя оболочка зубов преобразуется под влиянием кислот. Если рассматривать эмаль после травления кислотой под микроскопом, то она будет напоминать собой пчелиные соты. Кислота в данном случае работает на усиление связки с композитом. В результате вязкие гидрофобные адгезивы легче проникают в более глубокие слои эмали и обеспечивают ее прочное сцепление с композитом.

Интересно! Эмаль считается наиболее твердой тканью в нашем организме. Она содержит в себе самое большое количество неорганических веществ – примерно 97%. Оставшиеся 2% – это вода, 1% – органика.

Как травят эмаль

Данный способ обработки подразумевает удаление с эмали части слоя в 10 микроньютонов (мкН). В результате на ее поверхности появляются поры глубиной в 5 – 50 мкН. Нередко для протравки эмаль смазывают ортофосфорной кислотой, а вот для дентина можно использовать органические кислоты, но в слабой концентрации.

Процесс травления длится от 30 до 60 секунд. Решающее значение имеют индивидуальные особенности строения эмалевой поверхности, в частности ее изначальная пористость. Если передержать кислоту, это неизбежно скажется на структуре эмали и ослабит сцепление. Так что если зубные ткани у пациента довольно слабые, то протравка должна длиться не дольше 15 секунд. Кислота удаляется струей воды, причем столько же по времени, сколько ее держат на эмали.

Как «прилипает» композит к поверхности дентина

Свойства дентина таковы, что его наружный слой – влажный. Жидкость в этой части зуба обновляется быстро, так что высушить ее очень сложно. И чтобы влага не сказалась на качестве сцепления дентина с композитом, используются особые водосовместимые (по-научному – гидрофильные) системы. Также на прочность связей непосредственное влияние оказывает так называемый «смазанный слой», который возникает как следствие инструментальной обработки дентина. Существует 2 подхода к использованию механизмов связывания:

• смазанный слой пропитывают водосовместимыми веществами,
• смазанный слой искусственно растворяют и счищают.

Стоит заметить, что последний метод, предполагающий удаление лишних микрочастиц с поверхности эмали, сегодня применяется значительно чаще, чем первый.

Как травят дентин

Японский стоматолог Фузаяма 39 лет назад первым в истории применил методику протравливания дентина. Сегодня перед процедурой на ткани зубов наносят специальные кондиционеры – они помогают гидрофильным веществам глубже проникать в дентинные ткани и сцепляться с водоотталкивающим композитом. Смазанный слой при этом отчасти уходит, происходит раскрытие дентинных канальцев, а из верхнего слоя выходят минеральные соли. После этого кондиционеры смываются водой. Следом идет этап сушки, и с этим главное не переусердствовать, иначе это скажется на сцеплении.

Далее наносится праймер, который помогает гидрофильным веществам пройти в канальцы и сцепиться с коллагеновыми волокнами. В итоге образуется своего рода гибридный слой, который способствует эффективному скреплению композита с дентином. Он также служит барьером от просачивания химии и микробов во внутренние структуры зуба.

Адгезивные системы для эмали

Если речь идет об эмали, то адгезия здесь обеспечивается на основе микромеханической сцепки. Для этого используются гидрофобные жидкости, однако необходимого «прилипания» к влажному дентину они не дадут, поэтому также используется праймер. Обращение с эмалевыми адгезивами, имеющими однокомпонентный состав, строится на следующих этапах:

1. протравка эмали ортофосфорной кислотой – примерно полминуты,
2. удаление водяной струей травильного геля,
3. сушка эмали,
4. соединение в одинаковой пропорции веществ адгезивной системы,
5. введение аппликатором в полость зуба адгезива,
6. разравнивание его воздушной струей.

Только после выполнения всех выше перечисленных манипуляций врач осуществляет введение композитного материала.

Адгезивные системы разных поколений в клинической стоматологии

К настоящему моменту известно 7 поколений адгезивных систем. Сегодня в ходу у стоматологов системы, начиная с 4-го поколения, которые помогают нам сохранять зубы целыми и здоровыми на протяжении всей жизни. Они содержат 3 компонента: кондиционер + праймер + адгезив. А вот инновационные 6 и 7 поколения с одноэтапными препаратами, увы, еще не приобрели повсеместного распространения.

Интересно, что многие эксперты говорят о первостепенной роли эмалевой адгезии, а вот дентинная идет во вторую очередь. Проведенные лабораторные исследования также указывают на то, что сегодня максимальную эффективность демонстрирует спиртовой протокол адгезии. Этанол помогает устранить боль и чувствительность после проведенной процедуры. К тому же при использовании этого вида протокола адгезии происходит меньшая утечка дентинной жидкости. Впрочем, в каждой индивидуальной ситуации врач решает сам, какому протоколу и какой адгезивной системе отдать предпочтение в имеющихся клинических условиях .

1 Протоколы использования адгезивов Попова А.О., Игнатова В.А. – студентки 4 курса стоматологического факультета.

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

Наиболее известные адгезионные эффекты - капиллярность , смачиваемость /несмачиваемость, поверхностное натяжение , мениск жидкости в узком капилляре, трение покоя двух абсолютно гладких поверхностей. Критерием адгезии в некоторых случаях может быть время отрыва слоя материала определенного размера от другого материала в ламинарном потоке жидкости.

Адгезия имеет место в процессах склеивания, пайки, сварки, нанесения покрытий. Адгезия матрицы и наполнителя композитов (композиционных материалов) является также одним из важнейших факторов, влияющих на их прочность.

Теории адгезии

Адгезия представляет собой крайне сложное явление, с чем связано существование множества теорий, трактующих это явление с различных позиций. В настоящее время известны следующие теории адгезии:

• Адсорбционная теория , согласно которой явление осуществляется в результате адсорбции адгезива на порах и трещинах поверхности субстрата.
• Механическая теория рассматривает адгезию как результат проявления сил межмолекулярного взаимодействия между контактирующими молекулами адгезива и субстрата.
• Электрическая теория отождествляет систему "адгезив – субстрат" с конденсатором, а двойной электрический слой , возникающий при контакте двух разнородных поверхностей, - с обкладкой конденсатора.
• Электронная теория рассматривает адгезию как результат молекулярного взаимодействия поверхностей, различных по своей природе.
• Диффузионная теория сводит явление к взаимной или односторонней диффузии молекул адгезива и субстрата.
• Химическая теория объясняет адгезию не физическим, а химическим взаимодействием.

Физическое описание

Адгезия представляет собой обратимую термодинамическую работу сил, направленных на разделение приведённых в контакт две разнородные (гетерогенные) фазы. Описывается уравнением Дюпре :

$\{Wa\; =\; \backslash sigma\_\{13\}\; +\; \backslash sigma\_\{23\}\; -\; \backslash sigma\_\{12\}\}$

$\{Wa\; =\; -\backslash Delta\; G^o\}$

Отрицательное значение ΔG° указывает на снижение работы адгезии в результате образования межфазного натяжения.

Изменения энергии Гиббса системы в процессе адгезии:

$\{\backslash Delta\; G^o\_1\; =\; \backslash sigma\_\{13\}\; +\; \backslash sigma\_\{23\}\}$

$\{\backslash Delta\; G^o\_2\; =\; \backslash sigma\_\{12\}\}$

$\{\backslash Delta\; G^o\; =\; \backslash Delta\; G^o\_2\; -\; \backslash Delta\; G^o\_1\}$

$\{\backslash sigma\_\{12\}\; -\; \backslash sigma\_\{13\}\; -\; \backslash sigma\_\{23\}\; =\; \backslash Delta\; G^o\}$.

Адгезия неразрывно связана со многими поверхностными явлениями , такими как смачивание . Если адгезия обусловливает связь между твёрдым телом и контактирующей с ним жидкостью, то смачивание является результатом подобной связи. Уравнение Дюпре-Юнга показывает отношение между адгезией и смачиванием:

$\{Wa\; =\; \backslash sigma\_\{12\}(1\; +\; cos\backslash theta)\}$

где σ 12 - поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз (жидкость-газ), cosθ - краевой угол смачивания, Wa - обратимая работа адгезии.

Напишите отзыв о статье "Адгезия"

Литература

• Дерягин Б. В. , Кротова Н. А., Смилга В. П. Адгезия твердых тел. - М .: Наука, 1973.
• Фрейдин А. С. Свойства и расчет адгезионных соединений. - М .: Химия, 1990.
• Берлин А. А., Басин В. Е. Основы адгезии полимеров. - М .: Химия, 1974.
• Тризно М. С., Москалев Е. В. Клеи и склеивание. - Л.: Химия, 1980.

Примечания

Ссылки

• Адгезия - статья из Большой советской энциклопедии .

См. также

Отрывок, характеризующий Адгезия

– Да, да, да, – радостно говорила Наташа.
Наташа рассказала ему свой роман с князем Андреем, его приезд в Отрадное и показала его последнее письмо.
– Что ж ты рад? – спрашивала Наташа. – Я так теперь спокойна, счастлива.
– Очень рад, – отвечал Николай. – Он отличный человек. Что ж ты очень влюблена?
– Как тебе сказать, – отвечала Наташа, – я была влюблена в Бориса, в учителя, в Денисова, но это совсем не то. Мне покойно, твердо. Я знаю, что лучше его не бывает людей, и мне так спокойно, хорошо теперь. Совсем не так, как прежде…
Николай выразил Наташе свое неудовольствие о том, что свадьба была отложена на год; но Наташа с ожесточением напустилась на брата, доказывая ему, что это не могло быть иначе, что дурно бы было вступить в семью против воли отца, что она сама этого хотела.
– Ты совсем, совсем не понимаешь, – говорила она. Николай замолчал и согласился с нею.
Брат часто удивлялся глядя на нее. Совсем не было похоже, чтобы она была влюбленная невеста в разлуке с своим женихом. Она была ровна, спокойна, весела совершенно по прежнему. Николая это удивляло и даже заставляло недоверчиво смотреть на сватовство Болконского. Он не верил в то, что ее судьба уже решена, тем более, что он не видал с нею князя Андрея. Ему всё казалось, что что нибудь не то, в этом предполагаемом браке.
«Зачем отсрочка? Зачем не обручились?» думал он. Разговорившись раз с матерью о сестре, он, к удивлению своему и отчасти к удовольствию, нашел, что мать точно так же в глубине души иногда недоверчиво смотрела на этот брак.
– Вот пишет, – говорила она, показывая сыну письмо князя Андрея с тем затаенным чувством недоброжелательства, которое всегда есть у матери против будущего супружеского счастия дочери, – пишет, что не приедет раньше декабря. Какое же это дело может задержать его? Верно болезнь! Здоровье слабое очень. Ты не говори Наташе. Ты не смотри, что она весела: это уж последнее девичье время доживает, а я знаю, что с ней делается всякий раз, как письма его получаем. А впрочем Бог даст, всё и хорошо будет, – заключала она всякий раз: – он отличный человек.

Первое время своего приезда Николай был серьезен и даже скучен. Его мучила предстоящая необходимость вмешаться в эти глупые дела хозяйства, для которых мать вызвала его. Чтобы скорее свалить с плеч эту обузу, на третий день своего приезда он сердито, не отвечая на вопрос, куда он идет, пошел с нахмуренными бровями во флигель к Митеньке и потребовал у него счеты всего. Что такое были эти счеты всего, Николай знал еще менее, чем пришедший в страх и недоумение Митенька. Разговор и учет Митеньки продолжался недолго. Староста, выборный и земский, дожидавшиеся в передней флигеля, со страхом и удовольствием слышали сначала, как загудел и затрещал как будто всё возвышавшийся голос молодого графа, слышали ругательные и страшные слова, сыпавшиеся одно за другим.
– Разбойник! Неблагодарная тварь!… изрублю собаку… не с папенькой… обворовал… – и т. д.
Потом эти люди с неменьшим удовольствием и страхом видели, как молодой граф, весь красный, с налитой кровью в глазах, за шиворот вытащил Митеньку, ногой и коленкой с большой ловкостью в удобное время между своих слов толкнул его под зад и закричал: «Вон! чтобы духу твоего, мерзавец, здесь не было!»
Митенька стремглав слетел с шести ступеней и убежал в клумбу. (Клумба эта была известная местность спасения преступников в Отрадном. Сам Митенька, приезжая пьяный из города, прятался в эту клумбу, и многие жители Отрадного, прятавшиеся от Митеньки, знали спасительную силу этой клумбы.)
Жена Митеньки и свояченицы с испуганными лицами высунулись в сени из дверей комнаты, где кипел чистый самовар и возвышалась приказчицкая высокая постель под стеганным одеялом, сшитым из коротких кусочков.
Молодой граф, задыхаясь, не обращая на них внимания, решительными шагами прошел мимо них и пошел в дом.
Графиня узнавшая тотчас через девушек о том, что произошло во флигеле, с одной стороны успокоилась в том отношении, что теперь состояние их должно поправиться, с другой стороны она беспокоилась о том, как перенесет это ее сын. Она подходила несколько раз на цыпочках к его двери, слушая, как он курил трубку за трубкой.
На другой день старый граф отозвал в сторону сына и с робкой улыбкой сказал ему:
– А знаешь ли, ты, моя душа, напрасно погорячился! Мне Митенька рассказал все.
«Я знал, подумал Николай, что никогда ничего не пойму здесь, в этом дурацком мире».
– Ты рассердился, что он не вписал эти 700 рублей. Ведь они у него написаны транспортом, а другую страницу ты не посмотрел.
– Папенька, он мерзавец и вор, я знаю. И что сделал, то сделал. А ежели вы не хотите, я ничего не буду говорить ему.
– Нет, моя душа (граф был смущен тоже. Он чувствовал, что он был дурным распорядителем имения своей жены и виноват был перед своими детьми но не знал, как поправить это) – Нет, я прошу тебя заняться делами, я стар, я…
– Нет, папенька, вы простите меня, ежели я сделал вам неприятное; я меньше вашего умею.
«Чорт с ними, с этими мужиками и деньгами, и транспортами по странице, думал он. Еще от угла на шесть кушей я понимал когда то, но по странице транспорт – ничего не понимаю», сказал он сам себе и с тех пор более не вступался в дела. Только однажды графиня позвала к себе сына, сообщила ему о том, что у нее есть вексель Анны Михайловны на две тысячи и спросила у Николая, как он думает поступить с ним.
– А вот как, – отвечал Николай. – Вы мне сказали, что это от меня зависит; я не люблю Анну Михайловну и не люблю Бориса, но они были дружны с нами и бедны. Так вот как! – и он разорвал вексель, и этим поступком слезами радости заставил рыдать старую графиню. После этого молодой Ростов, уже не вступаясь более ни в какие дела, с страстным увлечением занялся еще новыми для него делами псовой охоты, которая в больших размерах была заведена у старого графа.

Уже были зазимки, утренние морозы заковывали смоченную осенними дождями землю, уже зелень уклочилась и ярко зелено отделялась от полос буреющего, выбитого скотом, озимого и светло желтого ярового жнивья с красными полосами гречихи. Вершины и леса, в конце августа еще бывшие зелеными островами между черными полями озимей и жнивами, стали золотистыми и ярко красными островами посреди ярко зеленых озимей. Русак уже до половины затерся (перелинял), лисьи выводки начинали разбредаться, и молодые волки были больше собаки. Было лучшее охотничье время. Собаки горячего, молодого охотника Ростова уже не только вошли в охотничье тело, но и подбились так, что в общем совете охотников решено было три дня дать отдохнуть собакам и 16 сентября итти в отъезд, начиная с дубравы, где был нетронутый волчий выводок.

Термин «адгезия» нередко встречается документах по разным научным дисциплинам. Он применяется и в физике, и в химии, и в биологии. Однако у каждой науки свой подход к тому, что такое адгезия, определение которой с учетом всех граней явления дать не может пока ни один ученый. Правда, все сходятся в одном: она представляет собой соединение, взаимодействие различных частиц.

Если рассматривать ее как процесс, можно сказать, что адгезия - это явление, которое заключается в появлении взаимодействия между некоторыми конденсированными фазами. Когда происходит их молекулярный контакт, это взаимодействие приводит к возникновению новой гетерогенной сущности.

Если этот феномен понимать как свойство, то адгезия - это (в случае с жидкостями) взаимодействие между жидкой и твердой фазами на границе их раздела.

Физика

С позиций физики, адгезия - это сцепление поверхностей различных веществ при их соприкосновении. Причем вещества могут находиться как в одинаковом, так и в разном агрегатном состоянии. Таким образом, эффект может касаться двух твердых, двух жидких или жидкого и твердого веществ.

Вещества сцепляются под воздействием следующих факторов:

• возникают химические связи молекул двух веществ,
• происходит диффузия, когда молекулы первого вещества проникают под границу поверхности второго,
• действуют силы Ван-дер-Ваальса, возникающие тогда, когда происходит поляризация молекул.

Имеются еще частные случаи, когда может проявляться адгезия. Их часто путают. Это аутогезия и когезия.

Аутогезия возникает как следствие сцепления однородных тел, однако граница раздела фаз при этом сохраняется.

Когезия может возникать при взаимодействии молекул одного тела.

В природных условиях возникают случаи, когда адгезия из-за разнообразных внешних причин становится когезией. Такая ситуация возникает при диффузии в случае, если границы фаз становятся размытыми. В ряде случаев сила адгезионной связи между фазами может оказаться больше когезионной. Тогда, в зависимости от прочности вещества, при приложении силы к соединению веществ граница раздела сохраняется либо когезионные связи разрываются.

Химия

Химия имеет сходное с физикой видение процесса адгезии. Многие технологические процессы в химической промышленности взяли на вооружение практическое использование данного явления. Именно оно лежит в основе технологии изготовления композитных материалов, на нем же основано и производство лакокрасочных материалов. Понятие адгезии в химической науке применяют тогда, когда ведут речь о процессе склеивания поверхностей в твердом состоянии клеящим веществом (субстраты склеиваются адгезивом).

Биология

В биологической науке термин используется не в отношении молекул, а применительно к относительно большим по размерам биологическим частицам - клеткам. Адгезия - это такое соединение клеток, которое позволяет сформировать гистологические структуры правильно, а тип этих структур определяется спецификой клеток, участвующих во взаимодействии. Результат взаимодействия зависит от наличия на поверхности соединяющихся клеток определенных белков.

Влияние на свойства материалов

Адгезия обладает возможностью в значительной степени изменять характеристики поверхностей, пришедших в соприкосновение. Она может способствовать приобретению поверхностями низкого коэффициента трения. Если при этом вещества имеют твердую кристаллическую структуру, то становится возможным их дальнейшее использование в качестве антифрикционных смазок. Такие эффекты, как капиллярность и смачиваемость, также происходят вследствие этого явления.

Единица измерения

Когда происходит адгезия, энергия тела на некоторой части поверхности мгновенно становится меньше. По этой причине ее принятоизмерять работой или силой, потребовавшейся для того, чтобы оторвать друг от друга поверхности на определенной единице площади.

Применение адгезии в строительстве

Такое физическое явление, как адгезия, способствовало усовершенствованию технологического процесса изготовления стальных плит и блоков, имеющих тонкие и толстые стенки. Владение информацией о механизмах явления дало возможность увеличить производительность линий изготовления этой строительной продукции и заметно сократить вес конструкций.

Только это явление дает возможность производить окраску и покрытие лаком поверхностей стройматериалов, наносить гальванические и анодные покрытия. Эти операции способствуют созданию антикоррозийной защиты металла, приданию материалу товарного внешнего вида.

Знание природы явления оказывает существенную помощь в качественном склеивании разнообразных материалов и прочной их сварке. При участии адгезии производится покрытие металлов оксидными пленками, выполняющими защитные функции. Эффект находит применение при производстве бетонных работ - в ситуациях, когда не удается сразу добиться полной заливки бетоном объекта. При проведении повторной заливки два бетонных основания образуют между собой так называемый холодный стык, отрицательно влияющий на прочностные характеристики соединения. Адгезия также рекомендована к применению в случаях, когда необходимо отделить бетон от формы из стали. Другими способами эту операцию выполнить просто невозможно. Применение адгезии дает возможность успешно бороться с дефектами поверхностей готовых изделий из бетона.

Цементные растворы

Деление клеевых растворов с участием цемента на классы С1 и С2 базируется на оценке степени адгезии раствора к основанию после затвердевания. Адгезия раствора клея класса С1 к основанию по требованиям европейских стандартов качества должна составлять более 0,5 МПа, в то время как для цементного клеевого раствора класса С2 ее значение - не меньше 1,0 Мпа. Таким образом, разницу между двумя классами растворов определяет прочность адгезии.

Методы определения адгезии

Методы, которыми определяется адгезия (ГОСТ 15140-78):

• отслаивание;
• решетчатые надрезы;
• решетчатые надрезы с обратным ударом;
• параллельные надрезы.

Адгезия в металлургии

При адгезии происходит сохранение границы раздела фаз между телами. Адгезия металлов находит свое проявление тогда, когда производится коагуляция неметаллических включений в составе жидких металлов и сплавов. Адгезия содействует укрупнению неметаллических включений, что в дальнейшем приводит к их выведению из металла в шлак.

Эффект адгезии или смачивания неметаллических включений жидким металлом может:

• мешать извлечению включений из металла в том случае, если расплав металла хорошо смачивает неметаллические включения (в этом случае имеет место хорошая адгезия);
• создавать условия для удаления неметаллических включений из металла в ситуации, когда эти включения недостаточно смачиваются металлическим расплавом (в этом случае величина адгезии невелика).

При проведении холодной сварки практически все твердые металлы, находящиеся в пластичном состоянии, подвергаются соединению под давлением. Адгезия лежит в основе сцепления с металлом гальванических, оксидных, сульфидных покрытий, которые наносятся на поверхность металла с целью защиты изделий от коррозии. Адгезия покрытия обеспечивает надежное его сцепление подобных составов с поверхностью металлов. Она нашла свое применение в порошковой металлургии, когда формируются и спекаются изделия из металлических порошков.

Адгезия материалов широко применяется в случаях, когда необходимо паять, лудить, цинковать, наносить разнообразные лакокрасочные покрытия. Без нее не обходится создание различных композитных материалов. При изготовлении таких материалов частицы какого-либо вещества входят в контакт с основой сплава. Эффект увеличивается при наличии электрического заряда на поверхностях тел, что позволяет при соединении образовать донорно-акцепторную связь. Усиливается адгезия также при проведении химической очистки соединяемых поверхностей. Для этих целей используются обезжиривание, вакуумирование, ионная бомбардировка, воздействие электромагнитного излучения.

Активатор адгезии

Когда эксплуатируется автомобиль, поры мельчайших размеров на поверхности лакокрасочного слоя и полимерных деталей засоряются остатками пыли, смол, автохимии. Вследствие этого попытка что-нибудь приклеить на детали часто оканчивается неудачей вследствие плохой адгезии поверхности. Обезжиривание не позволяет устранить все загрязнения. Активатор адгезии разработан для использования при подготовке поверхностей перед нанесением декоративных пленок, наклеек, шильдиков, двустороннего скотча. Активатор существенно увеличивает адгезионные свойства поверхностей благодаря специально разработанному составу. Его применение позволяет гарантировать, что приклеивание будет надежным и позволит эксплуатировать соединяемые материалы в течение длительного времени. Высокая адгезия, обеспечиваемая активатором, является причиной высокого спроса на него.