- DUNG DỊCH POLYME ĐẬM ĐẶC
TÍNH CHẤT KẾT DÍNH VÀ ĐỘ BỀN LIÊN KẾT DÁN CỦA POLYME I/ MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU
I/ MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU
Người học hiểu được giai đoạn để tạo ra một sự kết dính, các thuyết và hiện tượng kết dính.
II/ NỘI DUNG
1/ Khái niệm:
- Tất cả các hệ thống kết dính vật liệu đều bao gồm vật liệu kết dính và chất keo. Hầu hết chất keo đều là polyme. Chất keo được điều chế bằng phương pháp hòa tan vào một dung môi dễ bay hơi.
- Trong quá trình dính kết vật liệu có thể xảy ra hiện tựơng đóng rắn của mạch polyme và sự kết dính có thể xảy ra giữa lớp keo với vật cần dán hoặc giữa lớp keo với hai vật cần dán. Độ bền của hệ thống kết dính phụ thuộc vào lực kết dính giữa keo với vật, giữa các lớp keo với nhau, hoặc giữa nội bộ vật dán làm xuất hiện ba lực kết dính.
+ Kết dính ngoại: Là năng lượng liên kết bề mặt keo và vật dán và lực này xuất hiện do sự định hướng phân tử, do sự biến dạng, hoặc do liên kết vật lí hoặc hóa lí.
+ Kết dính nội: là năng lượng liên kết trong nội bộ vật dán.
+ Lực kết dính tự có: là năng lượng tác dụng tương hỗ trong nội bộ keo dán, phụ thuộc vào tác dụng tương hỗ của nguyên tử, phân tử có khả năng chuyển dịch.
Tùy thuộc vào trị số của lực tác động, các đặc điểm, đặc trưng của quá trình đặt lực mà sự phá hủy của hệ thống là khác nhau.
Tuy nhiên trong ba lực thì lực liên kết, kết dính tự có nhỏ hơn so với hai lực kết dính kia. Vì vậy mà thông thường độ bền của hệ thống được quyết định bởi độ kết dính tự có do đó sự phá hủy hệ thống theo các xu hướng khác nhau.
- Tùy thuộc vào việc sử dụng bán chất của keo, của vật dán hoặc trị số, đặc đểm của lực phá hoại.
- Hệ thống bị phá hủy hỗn hợp là do: + Ba năng lượng tương đương nhau.
+ Khuyết tật của bề mặt tiếp xúc; của bề mặt dán của vật liệu, keo dán.
- Để có được một năng lượng kết dính ngoại thực tế gần đúng với năng lượng tính toán lí thuyết thì cần tạo ra bề mặt dán có độ phẳng cao (không có các lỗ rãnh) và cần phải đặt lực vuông góc với bề mặt tiếp xúc bề mặt dán.
2/ Các giai đoạn để tạo ra một sự kết dính
- Chuyển polyme vào dung môi để tạo ra được một dung dịch có những chỉ tiêu cần thiết về nồng độ [C] của dung dịch, độ nhớt, thành phần.
- Chuẩn bị một bề mặt của vật cần dán: + Làm tăng độ sạch
+ Độ nhẵn (tùy thuộc vào bản chất của vật cần dán hoặc keo dán - có thể nhám hoặc nhẵn bóng)
- Đưa keo dán lên bề mặt cần dán bằng các phương pháp khác nhau (co 1thể nhúng hoặc quét keo lên) như mỏng nhất, đồng nhất, không gây ra ứng sất nột tại.
Nhận xét:
Vì các kết quả của quá trình chỉ thu nhận được qua những kinh nghiệm mà chưa có được hệ thống lí luận nhằm giải thíchco chế sự kết dính và chỉ ra điều kiện liên kết tốt nhất. Nên hiện nay người ta vẫn còn tồn tại lí thuyết khác nhau của quá trình kết dính.
3/ Các thuyết về hiện tượng kết dính a. Thuyết hấp phụ:
Khi đưa chất kết dính lên bề mặt vật cần dán thì xuất hiện sự hấp phụ phân tử polyme lên lớp phân tử ở bề mặt vật dán do đó lực kết dính phụ thuộc vảo lực hấp phụ.
* Những yếu tố ảnh hưởng đến lực hấp phụ: - Khoảng cách giữa hai bề mặt rắn.
- Diện tích bề mặt kết dính.
- Trạng thái vật lý chất kết dính: tính chất vật lý của dung dịch (độ nhớt, nồng độ, dung môi hoặc hệ dung môi), khả năng biến dạng (hiện tượng kết tinh co ngót …)
- Diện tích ở bề mặt vật dán so với polyme làm chất kết dính.
- Độ mền và kích thước của polyme (Độ mền càng cao thì khả năng hấp phụ càng tăng, khả năng biến dạng càng dễ …)
- Đặc tính của dung môi
- Điều kiện để tiến hành kết dính. * Nhược điểm:
- Các mẫu để nghiên cứu qui luật kết dính theo cơ chế hấp phụ là các hợp chất thấp phân tử. Nên kết quả thu được chưa thích ứng với hệ kết dính polyme và các vật cần dán (ví dụ thủy tinh)
- Không thể giải thích được những hiện tượng kết dính của các vật thể và keo có độ phân cực nhỏ.
b. Thuyết điện tích:
Khi nghiên cứu các mối dán bị phá, người ta thấy xuất hiện hai lớp điện tích trái dấu ở bề mặt của hai vật (keo dán và vật cần dán) Mật độ phân bố dần khi mà khoảng cách giữa hai bề mặt tăng. Như vậy khi dán một vật bằng lớp keo dán sẽ tạo ra một tụ điện, có thế hiệu nhất định. Do đó để phá mối dán này thì tốn một công:
D h h A 2 2πδ = Với: δ: mật độ điện tích
h: khoảng cách giữa hai bề mặt. D: hằng số điện môi
Giải thích: sở dĩ có hiện tượng tạo ra điện tích trái dấu là do sự xâm nhập các phân tử chất kết dính qua bề mặt tiếp xúc hai pha. Nhờ sự sắp xếp lại của các diện tích trái dấu mà dẫn đến có khả năng kết dính các vật liệu có bề mặt rất nhẵn.
Hiện tượng kết dính càng tốt khi xử lí bề mặt của hợp chất hợp lí. * Nhược điểm:
- Chưa cho biết được một cách cụ thể nguyên nhân để tạo ra điện tích trái dấu (-), (+) ở hai bề mặt.
- Không giải thích được hiện tượng điện tích không chỉ tồn tại trên hai bề mặt của hai vật thể mà còn có phần sâu trong từng vật thể.
- Không giải thích được hiện tượng kết dính hai vật liệu có bản chất giống nhau (thế hiệu giữa bề mặt kết dính bé là vô lí: ví dụ dùng keo cao su để dán hai tấm cao su thì rất tốt nhưng cùng bản chất không có điện tích)
- Thuyết này chỉ giải thích hiện tượng phá hủy mối kết dính.
- Khi sử dụng chất kết dính mà chất phụ gia là kim loại hoặc oxit kim loại thì chất lượng của mối dán tốt hơn.
c. Thuyết khuếch tán:
Chất lượng mối dán không được đánh giá qua khả năng khuếch tán của phân tử polyme vào lớp bề mặt của vật được dán.
* Khả năng dán phụ thuộc vào yếu tố:
- Khối lượng phân tử polyme: đa tụ, trùng ngưng, đóng rắn
Khi khối lượng phân tử tăng thì độ bền khuếch tán hoặc độ bền mối dán tăng (nếu khối lượng phân tử giảm thì độ nhớt polyme càng nhỏ nhưng để tăng độ kết dính người ta tiến hành đa tụ, trùng ngưng, đóng rắn các polyme khối lượng phân tử nhỏ này thành polyme khối lượng phân tử lớn)
- Độ phân cực, có cực của polyme: Sử dụng polyme có cực dễ khưếch tán vào bề mặt rắn. Chọn polyme có cực hoặc không có cực tùy thuộc vào độ nhẵn của bề mặt vật dán.
- Tăng độ bền lực yêu cầu phụ thuộc vào khả năng phối trộn của phân tử polyme vào lớp phân tử vật dán.
- Điều kiện tiến hành kết dính mà cung cầp được năng lượng cho phân tử polyme vượt qua được thềm thế năng khuếch tán và tiếp xúc với bề mặt vật cần dán.
* Nhược điểm: Không giải thích được hiện tượng dán với với các vật dán rất cứng, nhẵn (sứ, kim loại được mạ).
d. Một số ảnh hưởng đến quá trình kết dính trong cộng nghệ
- Sử dụng polyme có khối lượng phân tử thích hợp (độ phân tán nhỏ nhất). Nếu khối lượng quá bé nên liên kết ngoại tốt nhưng liên kết tự có xấu (khuếch tán tốt nhưng độ bền kém). Nếu khối lượng quá lớn. liên kết ngoại xấu, liên kết tự có tốt nên gây ra phức tạp cho các quá trình kết dính (độ nhớt cao quá, tìm cách phân bố chất kết dính mỏng, đồng đều khó).
- Tốc độ giải phóng dung môi khỏi lớp kết dính cần thích hợp (chọn dung môi hoặc hệ dung môi phù hợp). Nếu tốc độ nhỏ, quá chậm thì dung môi vẫn còn dư trong lớp kết dính và khi bay hơi tiếp tục để lại hạt lỗ rỗng nên độ bền của lớp kết dính giảm. Nếu quá trình còn có mặt của sự đông tụ bằng phản ứng hóa học (trùng ngưng, đông tụ, đóng rắn) thì vận tốc bay hơi của dung môi tương ứng với tốc độ phản ứng.
- Độ mền của mạch polyme: + đưa chất hóa dẻo
+ dùng biện pháp kết tinh tăng độ cứng của polyme sau kết dính - Chiều dày của lớp kết dính:
+ tạo độ dày nhỏ nhất.