что это такое: адгезивные свойства и способности материалов и что они решают в строительных работах

Каждый человек, работающий в области строительства или ремонта квартир, прекрасно разбирается в терминах и особенностях различных материалов.

А вот те, кто впервые решил покрасить стены в комнате, часто задаются вопросом: “Адгезия – что это такое и для чего нужна?” Расскажем про это более развернуто.

Особенность современных лакокрасочных изделий

“Адгезия” в Википедии определяется как способность лаков и красок прочно сцепляться с поверхностью, на которую их накладывают. Именно от наличия этого свойства у материалов зависит, насколько долговечным будет ремонт.

Если адгезия достаточно хорошая, то краска ложится ровно, хорошо закрепляется на стене, полу или потолке и служит многие годы.

И наоборот, если адгезионные свойства слишком слабые, краска быстро отслаивается, даже при незначительных механических нагрузках начинает отваливаться целыми пластами. Разумеется, такой ремонт особо не обрадует владельцев помещения. Для улучшения адгезии созданы многочисленные препараты.

Принцип действия

Существует три вида адгезии, различающихся по самому принципу “прилипания” одного вещества к другому:

1. Физическая. Её можно наблюдать в случаях, когда между молекулами двух веществ образуется электромагнитная связь, достаточно мощная, чтобы надежно соединить их.
2. Химическая. Более сложная, так как происходит на молекулярном уровне. При этом молекулы двух веществ проникают друг в друга. Причем их плотность может значительно различаться. Обычно происходит при наличии какого-то катализатора.
3. Механическая. Наиболее простая. Одно вещество надежно сцепляется с другим в результате того, что проникает в его поры. Соответственно, первое должно быть достаточно жидким, а другое – пористым.

Для строительства важным является именно третий вид адгезии – механический. Ведь использование железных опилок, магнита или сварки, при которой металлы плавятся, чтобы смешаться, здесь не актуально. А вот механическая адгезия применяется повсеместно – самым простым и наглядным примером того является нанесение краски на стену.

Если краска достаточно жидкая, а стена имеет поры, то ремонт пройдет без проблем и будет радовать жильцов долгие годы. В противном случае наносимая смесь просто станет скатываться с гладкой поверхности.

Физические свойства

Когда рабочая смесь (грунтовка, краска, шпаклевка) схватываются, в ней происходит целый ряд сложных процессов, в результате которых физические свойства значительно изменяются. Например, когда краска сохнет и дает усадку, поверхность контакта с окрашиваемой стеной немного сокращается. Возникает растягивающее напряжение, нередко приводящее к появлению микротрещин. Из-за этого сцепление двух поверхностей значительно ослабевает.

К сведению: Когезия является частным случаем адгезии – этим термином называется возможность молекул одного вещества прилипать друг к другу, создавая монолитную массу.

У отдельных веществ изначальное сцепление различается. К примеру, если наносить слой свежего бетона поверх старого, то оно будет составлять не более 1 МПа.

Соответственно, при засыхании слой бетона будет просто осыпаться или же держаться не крепко и не долго. А вот строительные смеси, содержащие в себе сложные химические компоненты, улучшающие связь с гладкой поверхностью, могут похвастать куда лучшим показателем – 2 МПа и даже больше.

Поэтому при схватывании они образуют надежную и долговечную связь.

Смеси и растворы

Разобравшись, что такое адгезия в строительстве, будет полезно понять, для каких материалов она является особенно важной в сфере строительства. В первую очередь это:

• Лакокрасочные материалы. От их адгезивности зависит глубина проникновения, качество прилипания, а значит и долговечность покрытия. Хорошая адгезия гарантирует, что краска будет крепко держаться на основании, и даже серьезные механические нагрузки не навредят ей.
• Гипсовые смеси. Декоративная отделка мягкими, привлекательными и легкими в обработке веществами станет невозможной при плохом сцеплении с  основанием.
• Раствор для кирпичной кладки. В этом случае разговор идет не об эстетической стороне строительства, а скорее о безопасности возведения зданий. Если раствор имеет слабую адгезию, это повлияет на прочность и долговечность кирпичной кладки.
• Клеящие растворы, включая герметики. Важно своевременно узнать, какие материалы обеспечивают хорошее прилипание. Применение неподходящих смесей приводит к снижению качества соединений.

Как видите, без высокой адгезионной способности материалов нельзя построить дом, не говоря уж про то, чтобы сделать его привлекательным.

Повышение качества сцепления

Это бывает необходимо в самых разных случаях. Важнее всего – адгезия к бетону. Строителям нужно обеспечить хорошее сцепление нескольких слоев бетона или же качественную покраску.

Соответственно и методы достижения желаемого результата значительно различаются. Сегодня доступно несколько вариантов обработки поверхности:

1. Механическое – шлифование.
2. Химическое – эластификация.
3. Физико-химическое – нанесение грунтовки.

Совет: Щелочной раствор цемента обычно плохо соединяется с гладкой поверхностью бетона. Поэтому, работая с последним желательно применять многослойные составы для улучшения адгезии.

Лучшего результата при проведении ремонтно-строительных работ можно достичь, если две контактирующие поверхности имеют не только разный химический состав, но и условия образования.

Проведение измерений

Чтобы работа адгезии была качественной, обеспечивая надежное соединение слоев строительных и отделочных материалов, необходимо регулярно осуществлять контроль качества. Лучше всего использовать для этого специальный адгезиметр. Современные образцы позволяют точно устанавливать эффективность адгезии с усилием до 10 кН.

При этом измеряется усилие, необходимое для отделения слоя от рабочей поверхности. Причем отделение нужно производить строго перпендикулярно рабочей плоскости. Адгезиметр имеет доступную цену и при этом имеет небольшие размеры, что упрощает процесс использования, позволяя моментально получать результаты. Прибор укомплектован несколькими “грибками” – металлическими цилиндрами с основанием разной площади, что дает возможность выбрать подходящий. Измерение проходит в несколько этапов:

1. “Грибок” соединяется с проверяемой поверхностью мощным клеем.
2. “Грибок” вставляется в прибор.
3. Механизм отрыва медленно вращается, пока покрытие не отрывается от основания.
4. Изучаются показания прибора, фиксирующего момент отрыва.

Принцип использования современных адгезиметров прост, благодаря чему использовать их могут даже непрофессионалы.

Лакокрасочные материалы для отделки

Начиная ремонт, не все знают, что такое адгезия краски, и в результате сталкиваются с большими проблемами – отделочные работы затягиваются и не приносят желаемого результата.

Аутогезия – частный случай адгезии, демонстрирующий возможность частиц однородного материала сцепляться между собой, обычно в результате высокого давления или температуры. Применяется при изготовлении ДВП, ДСП, OSB.

На самом деле здесь всё просто. Адгезия краски это её возможность фиксироваться на окрашиваемой поверхности. Материал должен обладать высокой химической активностью, чтобы проникать в поры голого бетона, а вот на шпаклевку или штукатурку он ложится легко и имеет хорошее сцепление с ними.

Если необходимо получить хороший результат, нужно наносить краску в несколько слоёв. Но он стоит довольно дорого, поэтому можно использовать специальные адгезивные материалы, например, обычную грунтовку. Она стоит дешевле  краски, но при этом позволяет гарантировать прекрасный результат.

Взаимодействие с бетоном

Бетон является на сегодняшний день самым востребованным строительным материалом. Но не всегда бывает легко обеспечить качественное сцепление отделочных материалов (плитки, обоев, краски) с таким основанием. Особенно это касается высокопрочных марок с низкой пористостью и гладкой поверхностью. К счастью, есть способы улучшить адгезионный слой.

В некоторых случаях это не требуется – краски, а также обойные и плиточные клеи премиум класса и без того обеспечивают прекрасное соединение благодаря специальным добавкам (полиамидные смолы, эфир канифоли, органосиланы и прочие). Чтобы добиться хорошего результата при работе с более дешевыми аналогами приходится использовать дополнительные материалы – грунтовку и прочее.

Полезное видео: что такое адгезия материалов

Разобравшись с тем, что представляет собой адгезия, частными случаями и способами улучшения, вы без труда справитесь даже с самым сложным ремонтом.

Адгезия — Википедия

Капли росы на лепестках розы как пример адгезии

Адге́зия (от лат. adhaesio — прилипание) в физике — сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярными взаимодействиями (Ван-дер-Ваальсовыми, полярными, иногда — взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. В некоторых случаях адгезия может оказаться сильнее, чем когезия, то есть сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, то есть разрыв в объёме менее прочного из соприкасающихся материалов.

Частным случаем адгезии является аутогезия — связь между однородными конденсированными телами при их молекулярном контакте^[1]. При аутогезии сохраняется граница раздела между телами; этим аутогезия отличается от когезии, относящейся к связи между частицами внутри тела в пределах одной фазы и характеризующей прочность конденсированных тел, то есть их способность противодействовать внешнему усилию

[1].

Адгезия существенно влияет на природу трения соприкасающихся поверхностей: так, при взаимодействии поверхностей с низкой адгезией трение минимально. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен (тефлон), который в силу низкого значения адгезии в сочетании с большинством материалов обладает низким коэффициентом трения. Некоторые вещества со слоистой кристаллической решёткой (графит, дисульфид молибдена), характеризующиеся одновременно низкими значениями адгезии и когезии, применяются в качестве твёрдых смазок.

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.

В биологии клеточная адгезия — не просто соединение клеток между собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определённых правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток. Специфичность клеточной адгезии определяется наличием на поверхности клеток белков клеточной адгезии — интегринов, кадгеринов и др. Например, адгезия тромбоцитов на базальной мембране и на коллагеновых волокнах повреждённой сосудистой стенки.

В антикоррозионной защите адгезия лакокрасочного материала к поверхности — наиболее важный параметр, влияющий на долговечность покрытия. Адгезия – прилипание лакокрасочного материала к окрашиваемой поверхности, одна из основных характеристик промышленных ЛКМ. Адгезия лакокрасочных материалов может иметь механическую, химическую или электромагнитную природу и измеряется силой отрыва лакокрасочного покрытия на единицу площади подложки. Хорошая адгезия лакокрасочного материала к окрашиваемой поверхности может быть обеспечена лишь при тщательной очистке поверхности от грязи, жира, ржавчины и прочих загрязнений. Также для обеспечения адгезии необходимо достичь заданной толщины покрытия, для чего используются толщиномеры мокрого слоя. Для оценки адгезии/когезии приняты и утверждены критерии

[2].

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:

W a = σ 13 + σ 23 − σ 12 {\displaystyle {Wa=\sigma _{13}+\sigma _{23}-\sigma _{12}}}

Работа адгезии связана с энергией Гиббса:

W a = − Δ G o {\displaystyle {Wa=-\Delta G^{o}}}

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

Изменения энергии Гиббса системы в процессе адгезии:

Δ G 1 o = σ 13 + σ 23 {\displaystyle {\Delta G_{1}^{o}=\sigma _{13}+\sigma _{23}}}

Δ G 2 o = σ 12 {\displaystyle {\Delta G_{2}^{o}=\sigma _{12}}}

Δ G o = Δ G 2 o − Δ G 1 o {\displaystyle {\Delta G^{o}=\Delta G_{2}^{o}-\Delta G_{1}^{o}}}

σ 12 − σ 13 − σ 23 = Δ G o {\displaystyle {\sigma _{12}-\sigma _{13}-\sigma _{23}=\Delta G^{o}}} .

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

W a = σ 12 ( 1 + c o s θ ) {\displaystyle {Wa=\sigma _{12}(1+cos\theta )}}

где σ₁₂ — поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз (жидкость-газ), cosθ — краевой угол смачивания, Wa — обратимая работа адгезии.

Прочность адгезионных контактов зависит не только от работы отрыва поверхностей, но и от формы контакта. Контакты сложной формы начинают отрываться с краёв^[3], фронт отрыва затем распространяется к центру контакта вплоть до достижения некоторой критической конфигурации, при которой происходит мгновенная потеря контакта. Процесс отрыва для контактов различной формы можно наблюдать в фильме^[4].

См. также

Примечания

Литература

• Дерягин Б. В., Кротова Н. А., Смилга В. П. Адгезия твердых тел. — М.: Наука, 1973.
• Фрейдин А. С., Турусов Р.А. Свойства и расчет адгезионных соединений. — М.: Химия, 1990.
• Берлин А. А., Басин В. Е. Основы адгезии полимеров. — М.: Химия, 1974.
• Зимон А. Д. Коллоидная химия: Общий курс. — 6-е изд. — М.: Красанд, 2015. — 342 с. — ISBN 978-5-396-00641-6.
• Тризно М. С., Москалев Е. В. Клеи и склеивание. — Л.: Химия, 1980.
• Белов П. А., Лурье С. А. Теория идеальных адгезионных взаимодействий. Механика композиционных материалов и конструкций, 2007 г., том 13, № 4, стр. 519

Ссылки

Адгезия и когезия — что это? И в чём их отличия? БЛОГ ПЛИТОЧНИКА

Автор Роман Шушков На чтение 5 мин. Просмотров 426

А Вы знали, что у штукатуров есть такое понятие, как штукатурный обрызг? Его ещё называют “адгезионный слой”.

По сути, задача этого слоя — создание шероховатой высокоадгезионной поверхности — чтобы цементная штукатурка, которая ляжет сверху, хорошенько приклеилась. Кстати, в процессе высыхания она благополучно набирает не только адгезионную но и когезионную прочность.

То что набрызгано — обрызг, там, где видны следы от гладилки — предварительное промазывание “насдир” для улучшения адгезии (подробнее ниже)

• Что такое адгезия основания?
• Можно ли её как-нибудь усилить?
• И что это в конце-концов за зверь такой — “когезия”?

Давайте разбираться
🧐👇

Когезия в строительстве

Если просто, когезия — это связь между молекулами внутри материала.

По сути, речь идёт о прочности материала (тела), например, плиточного клея, и его способности противостоять внешнему воздействию — “на разрыв”, если быть совсем точным “на когезионный разрыв”.

Разумеется, речь идёт о “телах”, которые уже успели набрать свою заложенную прочность😉.

Отсюда и название: когезионная прочность, или такое понятие, как “степень когезионной прочности”.

Разница между адгезией и когезией хорошо видна на этом изображении:

Связи, которые отображены голубым — когезия, оранжевым — адгезия.

Справка из википедии: Когезионный (англ. cohesion от лат. cohaesus — «связанный», «сцепленный»).

Адгезия и строительные материалы

Адгезия — это сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел.

Например, плиточного клея с плиткой и штукатуркой или цементной гидроизоляцией. Как раз недавно сцеплял клей ceresit cm17 с цементной гидроизоляцией и плиткой 1200*600:

Важно перед тем, как был нанесён клей основания (штукатурка и плитка) были тщательно промазаны плиточным клеем.

Или адгезия герметика с плиткой:

Этот скрин я сделал из видео Шайтера Андрея. Кстати, очень рекомендую к просмотру — много любопытного узнаете о герметике.

В ролике есть фрагмент, где наглядно видно как герметик рвётся при когезионном разрыве:

Справка из википедии: Адгезия (от лат. adhaesio — прилипание)

Иными словам, когда упоминают про адгезию, то имеют ввиду прочность сцепления в местах соприкосновения разных материалов, а когда когезию — рвётся в середине (теле) материала.

Наглядный пример из жизни: штукатурка + плиточный клей + плитка

На самом деле все, кто трудиться на стройке очень часто сталкиваются с проявлениями этих видов разрушений.

Случай первый — когда когезионная прочность сильнее, чем адгезионная прочность:

Представим себе, что нам понадобилось демонтировать уложенную пару недель назад плитку.

Берём для этого широкое зубило, обычный молоток:

Этого друга можно смело награждать всевозможными почестями. Чего только он не видел — и барбекю с печами им клали и стены ломали…) Зубило, шириной 10 см иногда очень выручает. Как только встретил его в Кастораме, сразу же купил.

Вставляем зубило между плиткой и основанием и начинаем производить удары, тем самым прилагая усилие “на разрыв”. Т.е мы не сверху бьём, а сбоку, иначе плитка разобьётся и эксперимент будет провален.

Если  в этом случае плитка вместе с клеем легко отпадает от стяжки или штукатурки, не оставляя там следов или наоборот — весь клей остался на основании, а плитку даже и чистить не надо, то в этом случае адгезионное сцепление было крепче, чем когезионное.

Случай второй — когда адгезионная прочность сильнее, чем когезионная:

Если в нашем примере остаётся клей и на штукатурке и на плитке и разрыв идёт в слое плиточного клея, то здесь когезия была слабее нежели адгезия.

На фото яркий пример когезионного разрыва или “когезионного разрушения” внутри слоя — вся штукатурка, как видите на плитке.

На самом деле, в данном случае она осыпалась даже тогда, когда я просто проводил по ней пальцем… Да, и такое бывает…

Можно ли усилить адгезию и когезию?

Усиление адгезии

Для этого как раз и существуют специальные пропитки, те же самые грунтовки для предварительной обработки поверхности. Например, популярная на сегодня Грунтовка ceresit ct17:

Или адгезионная добавка для штукатурки. К примеру адгезионную добавку ceresit cc81 я использовал при штукатурке лестницы:

На самом деле зачастую, чтобы улучшить адгезию достаточно просто тщательно пропылесосить + перед тем как штукатурить или наносить смесь — тщательно промазать оcнование (на сдир), а там нед всякого рода углубления руками в перчатках + соблюдать все технологические процессы и условия при проведении работу.

Поверьте, если в жару попытаться приклеить плитку на клей, который уже минут пять, как “начёсан” — ничего хорошего из этого не получится (на солнце и в ветреную погоду влага очень быстро испаряется из плиточного клея и верхний слой выветривается и адгезия плитки с клеем сильно уменьшится).

Разумеется, существуют специальные клея с увеличенным открытым временем, но это не панацея.

Улучшение когезионной прочности

Существуют пластификаторы на подобии этого:

Которые помимо всего прочего увеличивают прочность цементной смеси + придают ей гидрофобные свойства, чтобы готовый бетон меньше впитывал влагу.

Методы испытания адгезии и когезии (ГОСТ-56387-2018)

Расскажу на примере плиточного клея и ГОСТ-56387-2018. У самого простого плиточного клей класса C0, адгезия после выдерживания приклеенной на него плитки в комнатных условиях 27 суток должна быть не менее 0,5 MPa.

Проверка:

Сверху к плитке приклеивают штамп с помощью высокопрочного клея (эпоксидного например), далее через 24 часа к штампу прикладывают нагрузку с постоянной скоростью возрастания (250 ± 50) Н/с.

После чего смотрят, где порвётся. Разрушения делят на два уже знакомых Вам типа:

Адгезионные разрушения:

Разрушения могут быть на границе между поверхностями клеевого раствор и основания:

Разрушение между поверхностями керамической плитки и клеевого раствора:

В случае если оторвался штамп от самой плитки, то опыт повторяют:

Когезионные разрушения:

Разрушение происходит внутри слоя клеевого раствора:

Внутри керамической плитки:

Разрушение происходит внутри слоя клеевого раствора:

Подробнее о том как обрабатывают результаты и производят вычисления читайте в ГОСТ-56387-2018)

На сегодня всё). Всем добра!)

Нравится1Не нравится

адгезия — Химическая энциклопедия

АДГЕЗИЯ (прилипание) (от лат. adhaesio — притяжение, сцепление)

явление соединения приведенных в контакт поветей конденсиров. фаз. Эти фазы составляют основу образующегося в результате молекулярного (т. е. по всей межфазной площади) контакта адгезионного соед. и наз. субстратами, а вещества, обеспечивающие соединение субстратов, — адгезивами. Обычно субстраты-твердые тела (металлы, полимеры, реже — стекла, керамика), адгезивы — жидкости (растворы или расплавы полимеров, реже — низкомол. продукты). Частный случай А. — аутогезия, реализуемая при молекулярном контакте двух одинаковых по составу и строению объектов.

Закономерности образования и разрушения адгезионных соед. описывают на основе двух независимых подходов-термодинамического и молекулярно-кинетического. В рамках первого из них рассматривают энергетич. характеристики (поверхностные энергии адгезивасубстрата и межфазной границы в рамках второго рассматривают когезионные свойства адгезивов и субстратов (прочность и обусловливающие ее параметры, вязкость адгезива а также условия их контакта (температуру t, давление р и продолжительность наиб. изучена А. полимеров, определяющая закономерности склеивания, сварки, совмещения, получения композитов. А. проявляется в процессах трения, смазки, порошковой металлургии, флотации и др., а также при взаимодействии биол. объектов (целостность тканей и т. п.).

Формирование межфазного контакта. Этот процесс в значит. мере определяется площадью контактов-фактического S_n и максимального (молекулярного) S_m. Формирование контакта ускоряется повышением р ии снижением:

Достижению S_m препятствует развитость микрорельефа повети субстрата, а также сопротивление граничащих с последней слоев адгезива, особенно существенное в случае растворов или расплавов полимеров из-за неньютоновского характера их реологич. поведения. Скорость установления межфазного контакта определяется величиной образуемого каплей адгезива на субстрате краевого угла:

Связь между и поверхностными энергиями адгезива и субстрата в начальном приближении устанавливается уравнением Юнга посредством т. наз. термодинамич. работы А. (своб. энергии равновесного разделения фаз на бесконечно большое расстояние в изобарно-изотермич. условиях):

Эффективность растекания адгезива по поверхности субстрата помимо межфазных свойств определяется также его когезионными характеристиками (в рамках термодинамич. подхода-прежде всего значением т. наз. работы когезии W_K = ). При W_A — W_K > 0 наблюдается полное смачивание субстрата адгезивом, в иных случаях S_n < S_m.

Продолжительность достижения S_m в реальных соед. субстратов, полученных с помощью полимерных адгезивов, достигает 10²–10³ ч. Ее можно уменьшить, в соответствии с выражениями (1)-(3), интенсификацией затекания адгезива в микровпадины на поверхности субстрата и вытеснения воздуха из впадин с деформацией микровыступов, а также повышением подвижности молекул адгезива. На практике кинетич. зависимости изменения площади контакта при адгезионном

взаимод. имеют вид кривых с насыщением, плато на которых соответствует равновесному значению S_m. При его достижении образуется соед., разрушаемое под действием мех. нагрузки или агрессивной среды по наиб. слабому элементу (обычно адгезиву) независимо от природы межфазного взаимодействия. На обеспечение этой цели направлены многочисл. технол. приемы нанесения лакокрасочных покрытий, склеивания и т. д.

Взаимодействие контактирующих поверхностей. Между неполярными адгезивами и субстратами реализуются преим. ван-дер-ваальсово взаимод. или водородные связи, при протекании на границе раздела фаз реакций обмена или присоединения-хим. связи; наблюдалось также образование межфазного двойного электрич. слоя.

Термодинамич. предпосылка адгезионного взаимод. состоит в снижении при сближении поверхностей адгезива и субстрата на расстояния, сопоставимые с радиусом действия межмол. сил. Поверхностные энергии контактирующих фаз выражают суммой отдельных компонент, ответственных за проявление дисперсионных сил и хим. связей.

Более полный анализ включает также учет электростатич. взаимодействий. В общем случае эффективность адгезионного взаимод., выражаемая прочностью адгезионных соед.σ, для полимерных систем описывается зависимостью:

где а, b, с

— константы субстрата, характеризующие его адгезионные свойства и конкретный тип нагружения соед. вне зависимости от природы адгезива. С помощью выражения (4) по расчетным или эксперим. значениями табличным значениям a, b и с можно определить сопротивление адгезионных соед. сдвигу (в МПа) или расслаиванию (в Н/м).

Молекулярно-кинетич. предпосылкой образования адгезионных соед. является обеспечение достаточно высокой подвижности молекул адгезивов и субстратов в зонах, прилегающих к границе раздела фаз. Для полимеров этот показатель увеличивается со снижением мол. массы, повышением гибкости макромолекул и температуры. При 0 рост подвижности макромолекул обусловливает совместимость фаз адгезива и субстрата в зоне их контакта вплоть до предельного случая, когда возможна взаимная диффузия по механизму перемещения отдельных участков цепи (

напр., сегментов) через границу раздела фаз.

Тип межфазных связей в адгезионном соед. устанавливают путем выявления линейных зависимостей междуσ и отдельными компонентами (на практике — более доступными характеристиками типа критич. поверхностного натяжения). При наличии такой зависимости отадгезионное взаимод. обусловлено преим. ван-дер-ваальсовым взаимодействием, от

-хим. связями. По известным значениям можно теоретически прогнозировать эффективность адгезионного взаимод. разл. объектов, а на практике — регулировать последнюю (и обусловленную ею прочность адгезионных соед.). Это достигается введением в молекулы адгезивов и субстратов функц. групп, повышающих поверхностную энергию и гибкость молекул контактирующих фаз. Данный подход составляет основу разработки рецептур клеев и процессов подготовки субстратов к склеиванию или нанесению покрытий.

Прочность адгезионных соединений. Эта характеристика определяется как межфазным взаимод., так и деформац. свойствами адгезивов и субстратов (различными в объеме и в приповерхностных слоях фаз) и возникающими в них при адгезионном контакте напряжениями G (прежде всего тангенциальными напряжениями G_n, развивающимися в адгезиве при его усадке вследствие полимеризации или взаимод. с субстратом). Вклад факторов термодинамич. происхождения в измеряемые значенияσможно учесть вводимой по аналогии с плотностью энергии когезии уд. адгезионной энергией Е_А, вклад когезионных характеристик контактирующих фаз — любым физ. параметром Х_к (напр., своб. объемом, температурой стеклования), а вклад межфазного контакта-отношениями s_m = S_m/S_n и S_K = S_K/S_n (S_K-суммарная площадь поверхности разрушения). В общем виде:

Практически важный критерий прочности адгезионных соед. — их долговечность, т. е. продолжительностьсохранения целостности и заданных мех. свойств в условиях внеш. нагружения или воздействия агрессивных сред. Помимо названных выше факторов (t, G и G_n) эта величина определяется энергией активации разрушения U_A. Согласно кинетич. концепции прочности:

где k — постоянная Больцмана, пс, — т. наз. структурный коэф. Из результатов мех. испытаний адгезионных соед. следует, что при конкретных значениях температуры величины G и G_n определяются свойствами адгезива, U_A — свойствами субстрата и только чувствительна к эффективности адгезионного взаимодействия.

Для измеренияииспользуют гл. обр. разрушающие методы, при оценке результатов которых необходимо учитывать маскирующее влияние мех. свойств контактирующих фаз. При S_n → S_m адгезионные соед. разрушаются, как правило, по наименее прочной из фаз (когезионный характер разрушения). Менее вероятно разрушение по межфазной границе (адгезионный характер). Оно реализуется при наличии на взаимодействующих поверхностях загрязняющих их продуктов, образующихся вследствие недостаточной очистки адгезива и субстрата, или деструкции фаз в процессе их контактирования (особенно при повышенных температурах). На практике критерием оптимальности условий образования адгезионных соед. является обеспечение их высокой долговечности и коге-зионного характера разрушения.

^{Лит.: Дерягин Б. В., Кротова Н.А., Смилга В.П., Адгезия твердых тел, М., 1973; Берлин А. А., Басин В. Е., Основы адгезии полимеров, 2 изд., М., 1974; Вакула В. Л., Притыкин Л.М., Физическая химия адгезии полимеров. М. 1984; Bikerman J.J.. The science of adhesive joints, 2 ed., N. Y.-L. 1968; Kaelble D. H., The physical chemistry of adhesion, N.Y., 1971; Wu S., Polymer interface and adhesion, N.Y., 1982; Bischof C, Possart W., Adhesion: Thcoretische und experimentelle Grundlagen, В., 1983.}

_{Л. М. Притыкин, В. Л. Вакула}

Источник: Химическая энциклопедия на Gufo.me

---

Значения в других словарях

1. АДГЕЗИЯ — (от лат. adhaesio — прилипание), возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных (твёрдых или жидких) тел (фаз), приведённых в соприкосновение. Является результатом межмолекулярного взаимодействия, ионной или металлич. связей. Физический энциклопедический словарь
2. Адгезия — (от лат. adhaesio прилипание) — процесс слипания поверхностей двух разнородных объектов. В молекулярной биологии чаще всего речь идет о т.н. Физическая антропология
3. адгезия — (лат.: adhaesio – прилипание) Слияние двух рядом расположенных единиц: звуков, слов (вышеуказанный). Словарь лингвистических терминов Жеребило
4. адгезия — АДГЕЗИЯ и, ж. adhésion f., нем. Adhäsion <�лат. adhaesio прилипание. 1372. Лексис. Слипание поверхностей двух разнородных твердых или жидких тел. СИС 1985. Словарь галлицизмов русского языка
5. адгезия — орф. адгезия, -и Орфографический словарь Лопатина
6. Адгезия — (лат. adhaesio) — прилипание: это название носит в физике сила, обусловливающая взаимное притяжение поверхностей двух разных тел, когда они приходят во взаимное прикосновение сравнительно многими своими точками. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
7. адгезия — АДГЕЗИЯ -и; ср. [лат. adhaesio — прилипание]. Техн. Слипание поверхностей двух разнородных тел. ◁ Адгезивный; адгезионный, -ая, -ое. А-ые свойства. Толковый словарь Кузнецова
8. Адгезия — (от лат. adhaesio — прилипание) слипание поверхностей двух разнородных твёрдых или жидких тел. Пример А. — прилипание капелек воды к стеклу. А. обусловлена теми же причинами, что и Адсорбция. Количественно… Большая советская энциклопедия
9. Адгезия — (лат. adhaesio прилипание, слипание; син. адгезивный процесс) в морфологии — сращение серозных оболочек в результате воспаления. Медицинская энциклопедия
10. адгезия — Адгезия (син.: прилипание) — образование на поверхности твердого или жидкого тела тонкого слоя соприкасающихся с ней газа или жидкости. А. вызывается силами молекулярного притяжения. Толковый словарь по почвоведению
11. адгезия — сущ., кол-во синонимов: 5 приклеивание 12 прилипание 15 склеивание 16 слипание 6 сцепление 20 Словарь синонимов русского языка
12. Адгезия — (от лат. adhaesio — прилипание * a. adhesion, adherence; н. Adhesion; ф. adhesion; и. adhesion) — сцепление приведённых в контакт разнородных твёрдых или жидких тел (фаз). Mожет быть обусловлена как межмол. взаимодействием, так и хим. связью. Горная энциклопедия
13. АДГЕЗИЯ — АДГЕЗИЯ, притяжение молекул одного вещества к молекулам другого. В резинах, клеях и пастах свойство адгезии для удерживания вместе различных веществ. см. также КОГЕЗИЯ. Научно-технический словарь
14. адгезия — Клеток (от лат. adhaesio— прилипание), способность их слипаться друг с другом и с разл. субстратами. А. обусловливается, по-видимому, гликокаликсом и липопротеидами плазматич. мембраны. Для большинства клеток характерна избират. Биологический энциклопедический словарь
15. адгезия — адгезия ж. Слипание поверхностей двух соприкасающихся разнородных твёрдых или жидких тел (в физике). Толковый словарь Ефремовой
16. АДГЕЗИЯ — АДГЕЗИЯ (от лат. adhaesio — прилипание) — сцепление поверхностей разнородных тел. Благодаря адгезии возможны нанесение гальванических и лакокрасочных покрытий, склеивание, сварка и др., а также образование поверхностных пленок (напр., оксидных). Большой энциклопедический словарь

Адгезивные материалы

Появление адгезивов, специально предназначенных для применений в рамках промышленности композиционных материалов, привело к заметному росту их использования. Имеющиеся в настоящее время адгезивные материалы удовлетворяют большинству требований, выполняя от сравнительно простых связующих функций до технически сложных конструкционных.
Сегодня в композиционной отрасли используется четыре основных технологии производства адгезивов. Все они описываются в данном разделе наряду с уникальной линейкой адгезивных материалов марки «Crestomer» компании Scott Bader.

Адгезивы на основе полиэфирных смол

Полиэфирные смолы «Crystic» используются для получения связующих паст — вязких, наполненных соединений, предназначенных для сборки и склеивания отливок их армированного волокном пластика. Они используются, в основном, для неконструкционных или полуконструкционных применений, например, при изготовлении внутренних каркасов, ребер жесткости, корпусов палубных агрегатов и деталей автомобилей, для обеспечения умеренно высокой прочности на сдвиг без необходимости механической фиксации.

Адгезивы на основе эпоксидных смол

Эпоксидные смолы используются в производстве конструкционных адгезивов широкого спектра применения. Адгезивные материалы на основе эпоксидных смол склеивают широкий диапазон субстратов, включая композиционные материалы, металлы, керамику и резину. В зависимости от рецептуры адгезивы проявляют теплостойкость и устойчивость к химическим воздействиям, обладают порозаполняющей способностью и иными требуемыми свойствами. Адгезивные материалы на основе эпоксидных смол способны достигать очень высокой прочности на сдвиг и широко используются в авиационной промышленности в качестве связующего конструкционного назначения.

Адгезивы на основе акриловых (метакрилатных) смол

Адгезивы на основе метакрилатов — ударновязкие, эластичные материалы, обладающие высокой сдвиговой и ударопрочностью, а также прочностью на отрыв. Могут склеивать обширный диапазон субстратов и применяться в широком температурном диапазоне. Использование данного вида материалов позволяет добиться очень короткого времени отверждения, обеспечивая тем самым быструю оборачиваемость производства.

Адгезивы на основе полиуретановых смол

Большинство адгезивов на основе полиуретановых смол являются отверждаемыми во влажной среде материалами. Они крайне эластичны и присоединяются к целому ряду субстратов. Сочетание высокой прочности на отрыв с умеренной сдвиговой прочностью делает эти адгезивные материалы пригодными для различных применений, от герметизации до конструкционной склейки.

Адгезивы на основе уретано-акрилатных смол марки «Crestomer»

Адгезионные свойства материалов марки «Crestomer» обусловлены новой структурой входящей в их состав базовой уретано-акрилатной смолы. Уретановый компонент полностью вступает в реакцию с основной молекулярной цепью, придавая материалу адгезионные свойства и пластичность без угрозы воздействия изоцианата. Ненасыщенные связи акрилата и мономер стирола придают ударновязкие, высокие термореактивные характеристики. Вследствие этого адгезивы «Crestomer» проявляют превосходную адгезию к таким субстратам как заполнители из бальзы и пеноматериала, отвержденные композиционные материалы и металлы.

Линейка адгезивных материалов марки «Crestomer» предназначена для удовлетворения специальных адгезионных и строительных требований, таких как конструкционная и полуконструкционная склейка, приклеивание профильных элементов, связывание заполнителей и заполнение зазоров.
Последние усовершенствования технологии «Crestomer» обеспечили возможность выпуска этих уникальных адгезивных материалов в картриджах и с различными схемами отверждения, тем самым еще более расширив сферы их применения.

адгезия – что это такое и как она отражается на краске и бетоне Процесс адгезии

Почему краска, наносимая на окрашиваемую поверхность по истечению некоторого времени прочно удерживается на ней? Почему штукатурное покрытие при застывании схватывается с основой? Почему в принципе возможно бетонирование? Ответ на эти вопросы один: всё дело в адгезии — явлении прилипания двух поверхностей, соединённых друг с другом.

Что же такое адгезия

Адгезия определяет возможность склеивания твердых тел с помощью клеящего состава, а также прочность связи декоративного или защитного покрытия с основой. Причиной появления адгезионной связи является влияние молекулярных сил (физическая адгезия ) либо сил химического взаимодействия (химическая адгезия ).

Интенсивность адгезии определяется давлением отрыва, которое следует приложить к покрытию (штукатурке, краске, герметику и т.д.), чтобы оторвать/отделить его от основы.

Таким образом, данный показатель принято измерять в единицах удельного усилия — мегапаскалях (МПа). Например, значение усилия отрыва (или прилипания, что одно и то же) в 1 МПа означает, что для отделения покрытия, имеющего площадь 1 мм 2 , следует приложить усилие в 1 Н (напомним, что 1 кг = 9,8 Н). Адгезионные показатели покрытий являются их основной характеристикой, которая обеспечивает необходимую прочность, надёжность, а также определяет трудоёмкость работы с ними.

Что влияет на адгезионную способность веществ, применяемых в строительстве

В процессе схватывания рабочей смеси в ней происходят различные процессы, которые обуславливают определённые изменения её свойств. В частности, при усадке растворной смеси возможно сокращение поверхности контакта с появлением растягивающих напряжений , которые приведут к образованию усадочных трещин . Как результат — ослабляется сцепление поверхностей. Например, сцепление старой бетонной поверхности с новым бетоном не превышает 0,9…1,0 МПа, в то время, как сцепление сухих строительных смесей (в состав которых входят компоненты, инициирущие процессы химической адгезии) с новым бетоном достигает 2 МПа и более.

Как улучшить адгезию

Обычно реализуют комплекс мер, обеспечивающих улучшение сцепляемости: проводят механическую (шлифование), физико-химическую (шпаклевание, грунтовка) и химическую (эластификация) обработку поверхности основы. Особенно эффективны указанные процессы в ремонтно-строительных работах, когда контактирующие поверхности разнородны не только по своему химсоставу, но и по условиям их образования.

Важно! Свежий щелочной цементный раствор всегда плохо сцепляется с поверхностью старого бетона, поэтому при работах со старым бетоном обязательно следует использовать многослойные адгезионные составы

Как измерить адгезионную способность материалов

ГОСТ 31356-2007 регламентирует определяющие показатели прочности сцепления сухих строительных смесей с основанием. О последовательности проведения тестовых испытаний материалов на их сцепляемость. Технология проведения подобных испытаний позволяет определить прочность сцепления таких покрытий, как керамическая плитка, различные защитные покрытия, штукатурка и т.д. с основанием.

Для контроля качества выполненных работ удобно использовать адгезиметр системы ОНИКС-АП NEW. Диапазон измерения усилий схватывания с применением данного прибора составляет 0…10 кН. При испытании измеряется усилие, которое необходимо для отделения или отрыва покрытия от поверхности основы в направлении, перпендикулярном плоскости покрытия. Удобство применения адгезиметра заключается в том, что с его помощью возможен оперативный контроль качества отделочных и штукатурных работ. Прибор компактен и удобен в обслуживании (см. рис. 1.2,3).

Рис.1. Определение усилия схватывания керамической плитки с помощью адгезиометра (шаг 1)

АДГЕЗИЯ

АДГЕЗИЯ

(от лат. adhaesio — ), возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных (твёрдых или жидких) тел (фаз), приведённых в соприкосновение. Является результатом межмолекулярного взаимодействия, ионной или металлич. связей. Частный случай А.- — вз-ствие соприкасающихся одинаковых тел. Предельный случай А.- хим. вз-ствие на поверхности раздела (хемосорбция) с образованием слоя хим. соединения. А. измеряется силой или работой отрыва на ед. площади контакта поверхностей (адгезионного шва) и становится предельно большой при полном контакте по всей площади соприкосновения тел (напр., при нанесении жидкости (лака, клея) на тв. тела в условиях полного смачивания; образовании одного тела как новой фазы другого; образовании гальванопокрытий и т. д.).

В процессе А. уменьшается свободная тела. Уменьшение этой энергии, приходящееся на 1 см2 адгезионного шва, наз. свободной энергией А. fA, к-рая равна работе адгезионного отрыва WA (с обратным знаком) в условиях обратимого изотермич. процесса и выражается через натяжения на границах раздела первое тело — внеш. среда (в к-рой находятся тела) s10, второе тело — среда s20, первое тело — второе тело s12:

FA=WA=s12-s10-s20.

При полном смачивании q=0 и W=2s10.

Совокупность методов измерения силы отрыва или скалывания при А. наз. а д г е з и о м е т р и е й. А. может сопровождаться взаимной диффузией в-в, что ведёт к размытию адгезионного шва.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . . 1983 .

АДГЕЗИЯ

(от лат. adhaesio — прилипание, сцепление, притяжение) — связь между разнородными конденсированными телами при их контакте. Частный случай А.- аутогезия, проявляющаяся при соприкосновении однородных тел. При А. и аутогезии сохраняется граница раздела фаз между телами, в отличие от когезии, определяющей связь внутри тела в пределах одной фазы. Наиб. значение имеет А. к твёрдой поверхности (субстрату). В зависимости от свойств адгезива (прилипшего тела) различают А. жидкости и твердых тел (частиц, плёнок и структурированных упруговязкопластич. масс, напр. расплавов, битумов). Аутогезия характерна для твёрдых плёнок в многослойных покрытиях и частиц, определяет дисперсных систем и композиц. материалов (порошков, грунта, бетона и др.).

А. зависит от природы контактирующих тел, св-в их поверхностей и площади контакта. А. определяется силами межмолекулярного притяжения и усиливается, если одно или оба тела электрически заряжены, если при контакте тел образуется донорно-акцепторная связь, а также вследствие капиллярной конденсации паров (напр., воды) на поверхностях, в результате возникновения хим. связи между адгезивом и субстратом. В процессе диффузии возможны взаимное проникновение молекул контактирующих тел, размывание границы раздела фаз и переход А. в когезию. Величина А. может измениться при адсорбции на границе раздела фаз, а также за счёт подвижности полимерных цепей Между твёрдыми телами в жидкой сред

Адгезионное свойство — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Адгезионное свойство

Cтраница 1

Адгезионные свойства характеризуются нормальным напряжением отрыва p двух приведенных во взаимодействие твердых поверхностей. Рост силы адгезии увеличивает интенсивность гранулообразования, однако затрудняет работу с материалом из-за налипания его на стенки аппаратов. При прочих равных условиях / ад существенно зависит от концентрации связующего, причем эта зависимость носит экстремальный характер.  [1]

Адгезионные свойства клеев растительного и животного происхождения неразрывно связаны с их химической природой. Однако выявить непосредственную связь между химической природой адгезива и субстрата при склеивании древесины в ряде случаев затруднительно не только из-за сложности химической природы древесины, но и оттого, что она подвержена более значительным изменениям, чем слой адгезива. Например, в условиях повышенной влажности и высоких температур древесина вследствие разбухания и усушки деформируется. Кроме того, деревянные конструкции и изделия, освещенные солнечным светом, поглощают лучистую энергию и нагреваются до температуры, значительно превышающей температуру окружающего воздуха. Температура в фанерной обшивке самолета, например, может достигать 90 С.  [2]

Адгезионные свойства играют большую роль при функционировании повязок. С одной стороны, нижний слой повязки должен легко смачиваться, обеспечивая плотное прилегание повязки к ране, с другой, — поверхностная энергия на границе повязка-рана должна быть минимальной, чтобы обеспечить наименьшую травму при ее снятии с раны.  [3]

Адгезионные свойства оказывают иногда решающее влияние на выбор способа и условий изготовления, хранения, применения и транспортировки порошкообразных материалов.  [4]

Адгезионные свойства у различных высокопрочных и нагревостойких эмалей примерно одинаковы и значительно выше, чем у проводов марок ПЭЛ и ПЭЛУ. При испытании закручиванием образцы длиной 50 мм в соответствии с ГОСТ 7262 — 54 должны выдерживать в зависимости от своих размеров не менее 7 — 17 кручений. Фактически при этих испытаниях часто получаются более высокие результаты. Так, провода марки ПЭЛР-2 диаметром 0 55 — 1 20 мм часто выдерживают до 30 — 24 кручений.  [5]

Адгезионные свойства ( клейкость) синтетических клеев изучены еще недостаточно, но ученые предполагают, что они зависят по крайней мере от двух основных факторов: гибкости звеньев макромолекулы и наличия в ней полярных групп.  [6]

Адгезионные свойства у различных высокопрочных эмалей примерно одинаковы и значительно выше, чем у проводов марок ПЭЛ и ПЭЛУ. При испытании закручиванием образцы длиной 50 мм в соответствии со стандартом должны выдержать в зависимости от своих размеров не менее 7 — 17 кручений. Фактически при этих испытаниях часто получаются более высокие результаты. Так, при ис — — пытаниях проводов ПЭЛР-2 диаметром 0 55 — 1 20 мм образцы часто выдерживают до 30 — 24 кручений.  [8]

Адгезионные свойства некоторых пленкообразующих материалов находятся в зависимости от их пластических свойств. Так как при затвердевании происходит усадка пленкообразующих материалов, то напряжения, развивающиеся между пленкой и древесиной, могут привести к значительному ослаблению связи покрытия с древесиной — их отставанию, а в хрупких покрытиях — к растрескиванию. Поэтому во многие лакокрасочные материалы вводят пластификаторы, повышающие пластические свойства покрытия. Увеличение толщины лаковой пленки отрицательно сказывается на адгезионных свойствах покрытий вследствие увеличения усадочных напряжений.  [9]

Адгезионные свойства могут проявляться только в монослое частиц, осевших на стенках или фильтрующих поверхностях газоочистных аппаратов, и из-за очень малой толщины такого слоя, как правило, не оказывают влияния на работу систем пыле — и золоулавливания.  [10]

Адгезионные свойства парафина наиболее сильно увеличивают атактический полипропилен и окисленный петролатум, при этом их совместное присутствие дает синер-гический эффект.  [11]

Свойства клея

(любезно предоставлено 3M)

Выбор клея для прочности конструкции для конкретного применения требует критериев эффективности по нескольким характеристикам. Во-первых, это свойства связывания, которые определяют простоту использования и стоимость производства на месте:

• Необходимая степень подготовки поверхности
• Время до достижения прочности
• Условия отверждения при нагревании или комнатной температуре, степень давления и крепление для поддержания этого давления
• Вязкость для перекачивания и удержания на месте после нанесения.Желательны псевдопластические и тиксотропные свойства, так что клей истончается во время сдвига при доставке и утолщается на месте без дальнейшего сдвига.
• Применение с автоматическими системами насыпания или ручным аппликатором для удовлетворения различных производственных требований.

Далее существуют следующие свойства отвержденного склеивания:

Физические свойства

• Адгезия к различным субстратам позволяет при необходимости склеивать разнородные материалы
• Желательна высокая когезионная прочность
• Гибкость повышает прочность на отслаивание за счет изгиба с напряжение отслаивания
• Высокий модуль упругости подложки и адгезив противостоит нагрузке на линии склеивания
• Высокая демпфирующая способность клея рассеивает динамические напряжения вибрации, движения и ударов по всей длине соединения и напряжения отслаивания на линии склеивания
• Гибкость и демпфирование Сопротивление сопротивляется напряжениям теплового расширения, когда коэффициенты теплового расширения различаются между клеем и подложками

Устойчивость к окружающей среде

• Устойчивость к конечным температурам использования или последующей обработки для поддержания химического состава клея и физического сцепления
• Вт выдерживает физические удары в диапазоне температур
• Сохраняет адгезионные свойства, несмотря на воздействие УФ-излучения, дождя, соленой воды и других погодных условий

Химическая стойкость

• Способность противостоять разложению под воздействием дизельного топлива, растворителей и других химикатов

,

Адгезивные материалы для биомедицинских приложений

2.2.1. На основе желатина

Желатин получают в результате гидролиза коллагена [6] и широко используются в биомедицинских приложениях из-за его биосовместимости и разлагаемости [26]. Желатин способен образовывать физически сшитые гидрогели, но его механическая прочность низкая, и гидрогели не обладают адгезионными свойствами [27]. По этой причине тканевые адгезивы на основе желатина используют химическое сшивание и часто также включают дополнительные полимерные добавки.

Рисунок 3.

(A) Химия сшивки желатина с формальдегидом и (B) сеть, которая образуется при реакции резорцина с формальдегидом.

Рис. 4.

Поперечное сшивание желатина глутаровым альдегидом посредством реакции с основанием Шиффа.

Самый ранний клей на основе желатина состоял из желатина, резорцина и формальдегида. Называемый клеем GRF, он образует уплотнение на месте, потому что формальдегид перекрестно связывается с желатином (рис. 3А) и резорцином (рис. 3В), образуя сеть.Резорцин добавляется для улучшения механических свойств клея [10]. В состав клея GRF входит 18 мас.% Формальдегида, несмотря на известные опасения по поводу его токсичности [1, 6]. Браунвальд и др. [28] оценили клей GRF на модели собак in vivo, отметив, что степень раздражения, вызванного формальдегидом, зависит от васкуляризации ткани. Избыток формальдегида можно разбавить и смыть в местах с достаточно высоким кровотоком. Однако из-за опасений по поводу безопасности клея GRF его рецептура была позже пересмотрена, чтобы заменить часть формальдегида в клее на глутаральдегид, который менее гистотоксичен [29, 30].Глутаральдегид образует основание Шиффа со свободными аминами на желатине, образуя поперечные связи в сети, как это делает формальдегид (рис. 4). Этот обновленный состав был назван клеем желатин-резорцин-формальдегид-глутаральдегид (GRFG). При применении в печени крыс не было обнаружено признаков некроза, и было показано, что он является эффективным герметиком и кровоостанавливающим средством. Другая группа модифицировала состав GRFG, добавив 2,5% натрийкарбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Это создавало «желеобразную» консистенцию клея, помогая предотвратить миграцию от целевого участка ткани.Желе применялось у людей для герметизации утечек воздуха и было признано безопасным при неглубоких порезах в легких [31]. Несмотря на некоторые успешные результаты, глутаральдегид технически классифицируется как токсичное вещество, поэтому соображения безопасности препятствуют одобрению клеев GRF / GRFG Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США [32, 33].

2.2.2. Достижения в адгезивах на основе желатина

Исследователи изучили альтернативные сшивающие агенты для желатина, которые потенциально менее токсичны, чем глютаральдегид и формальдегид. Быстро полимеризуемые эластичные желатиновые сетки были также получены посредством фотохимического сшивания в присутствии трисбипиридилхлорида рутения II [RuII (bpy) ₃ ] ²⁺ катализатора и окислителя персульфата аммония [34].Видимый свет вызывает фотолиз [RuII (bpy) ₃ ] ²⁺ . Ru (II) и сульфатные радикалы окисляют остатки тирозина, присутствующие на желатине, обеспечивая образование межмолекулярной дитирозиновой поперечной связи. Когда желатин был модифицирован дополнительными фенольными (тирозиноподобными) остатками, жесткость герметика увеличилась в пять раз, а набухание было ограничено по сравнению с гелями, изготовленными из немодифицированного желатина из-за повышенной плотности сшивки [35]. Смеси модифицированного и немодифицированного желатина могут давать регулируемую эластичность и модуль упругости [33].Было обнаружено, что реагенты нетоксичны при концентрациях, использованных для изготовления гелей [35].

В другом исследовании хлорформиат холестерина был использован для частичного превращения аминогрупп желатина в холестерины. Сшивание происходило путем смешивания комбинации желатина, модифицированного холестерином, с дисукцинимидилтартратом. Ковалентное связывание также происходило с коллагеном во внеклеточном матриксе окружающей ткани (ВКМ). Кроме того, адгезия усиливается за счет гидрофобных холестериновых групп, которые способствуют проникновению полимерной цепи в ткань и закреплению на клеточных мембранах [36].

Было показано, что гидрохлорид N- (3-диметиламинопропил) -N’-этилкарбодиимида, водорастворимый карбодиимид (WSC), является эффективным сшивающим агентом желатина, но высокие концентрации (20 мг / мл) отрицательно влияют на Жизнеспособность клеток. Группе удалось снизить концентрацию EDC в адгезиве за счет функционализации желатина N-гидроксисукцинимидными (NHS) группами [37]. Известно, что сложные эфиры N-гидроксисукцинимида (NHS) реагируют с первичными или вторичными аминами (рис. 5). В этом опубликованном исследовании добавление низких концентраций NHS (1 мг / мл) позволило снизить концентрации EDC до 10 мг / мл без ущерба для прочности адгезии и поддержания высокой жизнеспособности клеток (89–100%) [37].

Рис. 5.

Схема реакции для конъюгации эфира NHS с первичным амином.

Другой подход включает использование ферментативного сшивания. Преимущество этого способа состоит в том, что гелеобразование происходит в физиологических условиях. Трансглутаминазы вездесущи по своей природе и катализируют реакцию между лизином и глутамином, что приводит к сшиванию белков (рис. 6). Chen et al. [38] использовали этот фермент для введения поперечных связей в желатин во влажных условиях.Клей не вызывал гибели клеток в ткани сетчатки крысы при применении in vivo в течение 2 недель. Важно отметить, что, поскольку реакция поперечного сшивания вызывает высвобождение аммиака, возможно локальное повреждение тканей или воспаление.

Рисунок 6.

Сшивка желатина с помощью фермента трансглутаминазы [38].

2.2.3. Клеи на основе альбумина

Другой тип клея на белковой основе основан на альбумине и глутаральдегиде. Альбумин — это белок, который содержится в большом количестве в крови млекопитающих.Глутаральдегид перекрестно связывает альбумин с самим собой и с белками в окружающей ткани в месте восстановления посредством реакции основания Шиффа. Сеть альбумина образует жесткое хрупкое твердое тело [29]. Bioglue® — это доступный на рынке клей на основе бычьего альбумина, одобренный для сердечной и сосудистой хирургии [39]. Биоклей менее гистотоксичен, чем клей GRF, и обладает превосходной связывающей способностью [40, 41]. Биоклей успешно применялся для клинического лечения бронхоплевральной фистулы [42], частичной нефрэктомии почек [43] и сосудистых анастомозов [44].Из-за присутствия глутарового альдегида все еще существуют проблемы с безопасностью его применения в определенных областях тела с высокой клеточностью. Например, сообщалось о побочных эффектах на нервную функцию на модели свиньи, когда клей наносился непосредственно на диафрагмальный нерв [45].

2.2.3.1. Достижения в адгезивах на основе альбумина

De Somer et al. [46] разработали клей на основе аутологичного альбумина, чтобы избежать иммунного ответа, связанного с бычьими компонентами. Свежую плазму человека подвергали ультрафильтрации для концентрирования белков плазмы, которые затем объединяли с глутаровым альдегидом.Аутологический клей продемонстрировал более высокую податливость, чем жесткий биоклей, вероятно, из-за присутствия фибриногена в концентрированной плазме крови. Недостатком этого метода является то, что после получения плазмы требуется 60 минут времени на подготовку. В качестве альтернативы перекрестному связыванию с глутаральдегидом другая группа приготовила модифицированную винную кислоту с двумя активными группами сложного эфира NHS и объединила ее с альбумином человека [47]. Подкожная имплантация мышам показала, что адгезив безопасен, вызывая умеренный воспалительный ответ, но результаты не сравнивались с адгезивом, поперечно сшитым глутаральдегидом.

2.2.4. Фибриновые адгезивы

Фибриновые адгезивы работают, имитируя биохимические реакции последней стадии свертывания крови [48, 49]. Образовавшийся сгусток в месте репарации представляет собой поперечно-сшитую сеть белков, которая также образует ковалентные связи с окружающей тканью, позволяя происходить адгезии. Фибриновые клеи применяются как кровоостанавливающие средства, чтобы остановить кровотечение, в дополнение к использованию в качестве герметиков для достижения закрытия [6].

В целом фибриновые герметики состоят из трех основных строительных блоков: фибриногена, тромбина и фактора XIII, которые происходят из плазмы крови человека или крупного рогатого скота [1].При смешивании компонентов тромбин превращает фибриноген в мономеры фибрина. Мономеры фибрина будут самоорганизовываться в полимер фибрина, образуя сеть, слабо удерживаемую водородными связями. В то же время тромбин активирует фактор XIII, который катализирует образование поперечных связей в полимере фибрина и между полимером и окружающей тканью, обеспечивая стабильный сгусток [49–51]. Герметики также содержат ионы кальция, так как они необходимы для реакций в каскаде свертывания крови [52].Коммерческие фибриновые герметики, доступные в США, содержат компоненты, полученные из банков крови, и включают TISSEEL®, Crosseal ^TM , Beriplast® и Evicel® [53]. Поскольку фибриновый клей является одним из старейших адгезивов, он имеет длинный список заявленных применений, таких как восстановление нервов [54], желудочно-кишечного тракта [55], местных ран [56] и офтальмология [57].

Рисунок 7.

(A) Доли печени кролика до травмы, (B) после травмы после резекции и (C) после применения FSF [62].Copyright 2008. Воспроизведено с разрешения Elsevier Inc.

Компоненты представляют собой либо лиофилизированные порошки, которые требуют восстановления перед использованием, либо жидкие продукты, которые хранятся в замороженном виде, а затем размораживаются и смешиваются вместе в операционном поле [58]. Компоненты фибриногена и тромбина, поставляемые по отдельности, можно наносить последовательно или одновременно с помощью двойного шприца или распылительного устройства. Свойства материала сгустка и, следовательно, его клинические характеристики будут определяться его эластичностью, прочностью на разрыв и прочностью адгезии (Kjaerd 2000).По этой причине несколько групп исследовали характеристики полимеризации и сшивания фибриновых герметиков. Сообщалось, что ключевыми факторами обеспечения эффективности клея являются адекватное содержание фибриногена, эффективное смешивание компонентов и поддержание активности фактора XIII [59]. Sierra et al. [60] обнаружили, что прочность на разрыв, модуль упругости, прочность на разрыв и прочность на разрыв увеличиваются с увеличением концентрации фибриногена.

Распыление фибринового клея может иметь преимущества по сравнению с одновременным и последовательным капельным нанесением, поскольку нанесение распылением приводит к образованию наиболее однородных сгустков [61] и позволяет лучше контролировать сильное кровотечение на больших участках, которое может возникнуть после травмы.Был охарактеризован саморасширяющийся фибриновый герметик (FSF) [62]. Для приготовления герметик помещали в стойкий к давлению баллон со сжиженным газом-вытеснителем, который превращал компоненты фибрина в пену при атмосферном давлении. Его использовали для остановки кровотечения при резекции печени кролика (рис. 7).

В качестве другого варианта, фибриновые герметики доступны в виде готовых к использованию лиофилизированных порошков, которые можно хранить при комнатной температуре. Fibrocaps (Raplixa; ProFibrix BV, Лейден, Нидерланды, дочерняя компания The Medicines Company) представляет собой сухой порошок тромбина и фибриногена, который можно наносить прямо на место раны для образования сгустка [58].При компрессионных повреждениях лиофилизированный фибриноген и тромбин комбинируют с марлей (Larson 1995), а также пластинами коллагена (Nistor 1997).

2.2.4.1. Заметные достижения в области фибриновых герметиков

Фибриновые клеи хорошо известны своей полной нетоксичностью и биоразлагаемостью [1], однако есть некоторые недостатки, ограничивающие их применимость в сложных областях применения. Во-первых, деградация in vivo произойдет в течение нескольких дней, что может привести к повторному кровотечению. Апротинин — это молекула, состоящая из 58 аминокислот, которая добавляется к коммерческим фибриновым клеям для замедления его клеточной деградации [63].Когда апротинин просто совместно растворяется в фибриновом геле, он может свободно диффундировать из-за своего небольшого размера. Чтобы еще больше продлить время деградации, апротинин был ковалентно конъюгирован с фибриногеном [64]. Варьируя уровни конъюгированного апротинина, можно было контролировать время разложения.

Второй недостаток фибриновых герметиков заключается в том, что они в основном получены от людей-доноров или из крови животных с совместимыми системами свертывания, что ограничивает их доступность, делает их дорогими и создает возможность передачи патогенов, переносимых с кровью.Один из вариантов, который был исследован, заключается в получении белковых компонентов от животных, которые эволюционно удалены от людей, что позволяет свести к минимуму риск передачи заболеваний. Таким образом, компоненты фибрина были получены из яда лосося [65, 66] и змеиного яда crotalus durissus terrificus [67]. Другой вариант — использовать полностью аутологичный фибриновый клей. Система Vivostat® — это автоматизированное устройство, которое позволяет производить 5 мл фибринового герметика из 120 мл крови пациента [68].Когда Kjaergard et al. [69] сравнили его характеристики с коммерчески доступными Tissucol® и Beriplast®, аутологичный клей показал более высокое удлинение при разрыве. Однако на приготовление герметика уходит около 30 минут. В другом сообщении описан полностью рекомбинантный герметик для человека, который продемонстрировал гемостатическую эффективность, сопоставимую с коммерческим герметиком, полученным из плазмы, на модели иссечения печени свиньи [70].

Третий важный недостаток фибриновых герметиков — плохие адгезионные свойства, особенно во влажной среде, и низкие механические свойства по сравнению с большинством эластичных тканей [2].Исследователи разрабатывают фибриновые клеи с альтернативными структурами, которые приводят к улучшенным физическим свойствам. Был описан адгезив из сшитого генипином фибрина, который использовался для заделки небольших дефектов фиброзного кольца межпозвонкового диска [71]. Генипин представляет собой химический сшивающий агент растительного происхождения, реагирующий с аминами и обладающий низкой цитотоксичностью [72]. Фибриновые гели, поперечно сшитые с генипином, были стабильными по размеру в течение 21-дневного исследования in vitro и демонстрировали более высокую сдвигающую жесткость, чем фибриновые гели, которые не были сшиты с генипином.В другом исследовании эластичные гели получали путем фотохимического сшивания фибриногена с использованием [RuII (bpy) ₃ ] ²⁺ и персульфата аммония. В целом, гели фибриногена, сшитые этим методом, имеют более высокую прочность на разрыв, чем Tisseel® [73].

2.2.5. Синтетические гидрогелевые герметики

2.2.5.1. Фотосшиваемые полиэтиленгликолевые герметики

Хотя природные материалы, такие как фибрин, обладают преимуществами биоразлагаемости и биосовместимости, различные недостатки свойств фибрина привели к развитию синтетических полимерных сеток [74].Инженеры имеют больший контроль над механическими и разрушающими свойствами, чем с натуральными материалами, потому что структура полимера может быть адаптирована. В этих герметиках гемостаз достигается с помощью реагентов, которые сшивают полимерную сеть, связываясь с тканью, чтобы закрыть поврежденный участок. Поли (этиленгликоль) (PEG) — одобренный FDA материал, который широко используется в качестве основного компонента в синтетических адгезивах [32].

Рис. 8.

FocalSeal формируется из двух разных водных растворов реакционноспособных макромеров, (A) диакрилата PLAm-PEGn-PLAm и (B) диакрилата PTMCm-PEGn-PTMCm.

FocalSeal® был одобрен FDA в 2000 году для герметизации утечек воздуха после операций на легких. Герметик предоставляется хирургам в двух частях (праймер и герметик). Грунтовка представляет собой водный раствор триблок-сополимера поли (лактида) и полиэтиленгликоля (PLA-PEG-PLA) с акрилированными концевыми группами (рис. 8A). Герметик представляет собой водный раствор сополимера поли (этиленгликоля) -триметиленкарбонат-лактида (PTMCm-PEGn-PTMCm) с акрилированными концевыми группами и фотоинициатором, эозином Y (рис. 8B). Растворы грунтовки и герметика смешиваются непосредственно перед нанесением на целевую область тела.Под воздействием света (450–550 нм) макромеры полимеризуются с образованием поперечно-сшитой сетки из-за реакции между акрилатными группами [75]. Адгезия происходит из-за механического сцепления, другими словами, раствор жидкого мономера проникает в поры и неровности на поверхности ткани, и при образовании геля происходит адгезия [32]. Со временем лактидные и триметиленкарбонатные группы разлагаются в результате гидролиза, а цепь ПЭГ выводится почками. Для рассасывания герметика требуется 3–4 недели [1].FocalSeal был оценен как заменитель твердой мозговой оболочки в модели трепанации черепа у собак [75]. Все обработанные участки оставались свободными от утечек спинномозговой жидкости (CSF) в течение 56-дневного исследования. В более поздних клинических испытаниях у 100% из 46 пациентов, получавших герметик для твердой мозговой оболочки после черепной хирургии, не было утечек спинномозговой жидкости [76]. FocalSeal использовался со 100% успехом в качестве дополнения к швам или скобам для устранения утечек воздуха после резекции легких у свиней [77]. Он также успешно использовался для восстановления разрывов сетчатки [78].

Недостатком фотополимеризации является то, что она не может быть идеальной для всех частей тела, поскольку ультрафиолетовый свет не может проникать в ткани, расположенные на глубине более 5 мм, в тело [79]. Кроме того, фотоактивация затрудняет нанесение герметика в случае кровотечения [80]. Существует опасность выброса свободных радикалов в физиологическую среду [1]. Еще одним недостатком FocalSeal является то, что он может набухать до 300% от своего первоначального веса [81]. Это может ограничить его применение в тех областях тела, где есть вероятность сдавления нервов [82].

Рис. 9.

Реактивные компоненты DuraSeal, (A) трилизин и (B) пентаэритритолполи (этиленгликоль) эфир тетрасукцинимидилглутарат.

DuraSeal® представляет собой двухкомпонентную систему трилизина (тетраминовый сшивающий агент, рис. 9A), растворенного в боратном буфере с pH 10. Второй — тетрасукцинимидилглутарат пентаэритритолполи (этиленгликоля) простого эфира (ПЭГ с 4 ответвлениями, заключенный в сложные эфиры N-гидроксисукцинимида (NHS)), растворенный в натрий-фосфатном буфере (pH = 4) (рис. 9B) [1].При смешивании трилизин реагирует с группами сложного эфира NHS, образуя сшитый гидрогель. Кроме того, при контакте с аминогруппами во внеклеточном матриксе цепи PEG, функционализированные NHS, будут ковалентно связываться с окружающей тканью, обеспечивая адгезию в сочетании с механическим сцеплением. Деградация происходит в течение 4–8 недель [83]. Одно из первых сообщений о DuraSeal было в 2003 г. [84], когда он был охарактеризован как эффективное дополнение к швам для закрытия твердой мозговой оболочки на модели собаки.О клинических испытаниях DuraSeal сообщалось в 2011 году [85]. 158 пациентам были выполнены операции на позвоночнике с разрезом твердой мозговой оболочки. 100% из 102 пациентов, которым вводили DuraSeal в сочетании с наложением швов, имели полное закрытие, по сравнению с только 64% ​​в контрольной группе, которым наложили только швы.

Рисунок 10.

Комбинация (А) ПЭГилированного лизинового дендрона и (В) ПЭГ сукцинимидилвалерата приводит к образованию гидрогеля ПЭГ-LysNh3, показанного на (С), окрашенного зеленым пищевым красителем [87].Авторские права 2015. Воспроизведено с разрешения Biomed Central.

После гелеобразования DuraSeal может набухать до 50% после нанесения [1]. Чтобы минимизировать набухание, была разработана другая рецептура — система адгезионных барьеров и герметиков DuraSeal® Xact (DSX). По сравнению с DuraSeal он имеет повышенную плотность сшивки за счет изменения соотношения ПЭГ и трилизина [1, 86]. Вилла-Камачо и др. [87] сообщили о новом герметике, который по химическому составу аналогичен DuraSeal. Здесь дендрон с ПЭГилированным лизином, растворенный в буфере при рН 9, объединяется с солюбилизированным ПЭГ сукцинимидилвалератом при рН 6.5 (рисунок 10). Гидрогель образуется самопроизвольно при смешивании. Способность клея выдерживать давление, аналогичное артериальному давлению человека, была продемонстрирована ex vivo.

CoSeal ^TM — двухкомпонентный тканевый герметик. Первый компонент 20% (мас. / Об.) Буферного раствора 4-ветвевого полимера ПЭГ с молекулярной массой 10 кДа, концевой блокированный тиоловыми группами (pH 9,6) (рис. 11), а второй компонент представляет собой 20% (мас. / Об.) ) буферный раствор пентаэритритполи (этиленгликоля) эфира тетрасукцинимидилглутарата (pH 6.0) (Рисунок 9B). Компоненты взаимодействуют друг с другом и с белками в окружающем ECM [88], обеспечивая адгезию за счет химической связи и механической блокировки. Гидрогель разлагается в течение нескольких недель из-за гидролиза. В одном из самых ранних исследований CoSeal уменьшил кровопотерю и время до гемостаза в кровоточащих артериях кролика по сравнению с использованием тампонады [89]. Сообщается, что CoSeal неудобно использовать, потому что он поставляется в виде порошка, который требует перемешивания 20 раз вперед и назад для растворения [90].Также сообщалось, что он набухает до 400% от своего первоначального размера [1, 90]. Вероятно, связанное с высокими характеристиками набухания, механическая прочность CoSeal оказалась слабее, чем у DuraSeal и других коммерчески доступных герметиков на белковой основе и цианоакрилатных герметиков [30].

Рис. 11.

Структура 4-ответвленного ПЭГ с концевыми тиоловыми концами, используемого в CoSeal®.

Рис. 12.

Структура блок-сополимеров поли (этиленгликоль) -поли (D, L-лактида) (PEG-PLA) с концевыми альдегидными группами, полученными Murakami et al.[80].

Другая группа клеев ПЭГ использует базовую химию Шиффа в качестве реакции сшивания. Например, 8-звенная молекула PEG функционализирована либо альдегидной, либо аминогруппой. При смешивании с водой он самопроизвольно образует гели из-за реакции между альдегидными и свободными аминогруппами [91]. Гели, образованные из ветвей ПЭГ, которые имели размер 10 кДа, были более жесткими, чем гели, полученные из 20 кДа, из-за более высокой плотности поперечных связей. Тестирование на сдвиг внахлестку in vitro показало, что клей прочнее, чем фибриновый клей (Tissucol).Он набух примерно до 200% от своего первоначального веса, что меньше, чем у CoSeal и FocalSeal. Результаты анализа прямого контакта клеток с фибробластами L929 показали отсутствие цитотоксичности, связанной с отвержденными гелями. Мицеллы поли (этиленгликоль) -поли (D, L-лактид) (PEG-PLA) с концевыми альдегидными группами также получали (фиг. 12) растворением блок-сополимера в водной среде. При добавлении полиаллиламина к мицеллам гидрогель образуется за ~ 2 с. Было обнаружено, что адгезионная сила сетки пропорциональна концентрации альдегида, при этом прочность клеев с высоким содержанием альдегидов сопоставима с прочностью фибринового клея [80].

2.2.5.2. Заметные достижения в адгезивах PEG

Исследователи продолжают создавать системы, которые позволяют им достигать высокой адгезионной прочности, простоты использования, быстрого отверждения, биоразлагаемости и биосовместимости с альтернативными методами сшивания. Hu et al. [92] включили пептидные субстраты трансглутаминазы в линейные или разветвленные полимеры PEG. Гели, полученные in situ, показали прочность сцепления со свиной кожей, сравнимую с прочностью фибринового клея [92].

Разработаны системы, представляющие собой комбинацию синтетических и натуральных компонентов.Они могут продемонстрировать улучшенную биосовместимость по сравнению с полностью синтетическими системами. Например, клетки не прикрепляются к гидрогелям ПЭГ. Hynes et al. [93] выбрали поли (L-лизин) (PLL) для включения в структуру PEG, поскольку заряженная боковая цепь способствует выживанию и адгезии клеток. Макромеры PEG / PLL, показанные на Фигуре 13, были образованы гидрогелями посредством фотополимеризации и, как показано, поддерживают выживание и дифференцировку нервных клеток-предшественников. Другая группа [94] сообщила о системе гелеобразования, состоящей из следующих компонентов: нагруженные кальцием липосомы, состоящие из 1,2-бис (паль-митоил) -sn-глицеро-3-фосфохолина (DPPC), рекомбинантного фактора XIII человека, тромбина, и 4-плечевой ПЭГ, каждое плечо оканчивается 20-членной последовательностью, полученной из фибрина.Нагревание системы до 37 ° C заставляет липосомный бислой плавиться, высвобождая кальций и активируя фактор XIII, в результате чего гелеобразование происходит через 9 минут.

Рисунок 13.

Молекулярная структура макромеров PEG / PLL для образования фотополимеризованных гидрогелей, разработанная Hynes et al. [93].

Помимо улучшения биосовместимости, исследователи работают над созданием более прочных клеев PEG. Например, путем комбинирования шелка, обладающего высокой механической прочностью, с полиэтиленгликолем, был получен герметик с быстрым отверждением, превосходной адгезионной прочностью по сравнению с CoSeal и коэффициентом набухания всего 60–70% из-за гидрофобности шелка [90]. ,

.

Клеи для дерева и теория склеивания

2. Технические свойства клеев для дерева

\ n

Более важно знать использование клеев для дерева и их технические свойства. Эти свойства приведены ниже.

\ n

2.1. Что такое склеивание? (Наука адгезии)

\ n

В мебельной и лесной промышленности «клеи для древесины» сыграли важную роль в развитии и эффективном использовании древесины. В изделиях из дерева чаще всего используется клей. Если мы проверим различные изделия из дерева (фанера, МДФ, ДСП, OSB, структурный каркас и деревянные архитектурные двери, окна и рамы), более важны клеи для сохранения их структуры.Значительное количество клея используется в напольных покрытиях, кухонных стойках, а также в потолочной и настенной плитке. Они также используются в неструктурных приложениях, в автомобильной обивке и аксессуарах. Клеи повышают прочность и жесткость композитного листа. Адгезия клея зависит от цепи склеивания древесины и клея.

\ n

Предполагается, что на эффективность склеивания деревянных элементов в значительной степени влияет степень проникновения клея в пористую сеть взаимосвязанных ячеек.Исследования характеристик склеивания проводились с помощью микроскопических исследований и связанных с ними методов с целью установления взаимосвязи с характеристиками склеивания. Различия между породами древесины, широкое разнообразие способов нанесения и отверждения клея, а также многие типы химического состава и составов клея затрудняют обобщение. Тем не менее, устранение проблем со склеиванием и разработка новых клеевых систем и процессов может быть облегчена пониманием основ проникновения клея [1].

\ n

Межфазная область представляет собой неровный слой, как показано на Рисунке 1. Предполагается, что геометрия межфазной границы влияет на характеристики сцепления. Адгезивные соединения под нагрузкой должны передавать напряжение от компонента к компоненту через межфазную область. Структурный состав межфазной границы, ее объем и форма будут определять величину концентрации напряжений и в конечном итоге оказывать значительное влияние на характеристики соединения [1].

\ n

Рис. 1.

Пример эпифлуоресцентной микрофотографии с проникновением УФ-смолы в тополь при трех различных давлениях, приложенных во время цикла прессования: 0.5 Н / мм2, 1 Н / мм2 и 1,5 Н / мм2 для радиального и тангенциального проплавления [2].

\ n \ n

2.2. Проникновение древесных клеев

\ n

Было проведено много исследований по проникновению древесных клеев. Проникновение клея в древесину можно разделить на две группы:

\ n

• Общее проникновение

• Проникновение через клеточную стенку.

\ n

Грубое проникновение происходит из-за потока жидкой смолы в пористую структуру древесины, в основном заполняя просветы ячеек.Гидродинамический поток и капиллярное действие можно объяснить грубым проникновением. Проникновение в клеточную стенку происходит, когда смола диффундирует в клеточную стенку или проникает в микротрещины.

\ n

В древесине наименьшее сопротивление гидродинамическому потоку наблюдается в продольном направлении, следуя за просветами в длинной и тонкой трахеиде мягкой древесины или через сосуды твердых пород древесины. Поскольку сосуды встык соединены перфорационными пластинами и нет ямочной мембраны, этот тип ячеек преобладает при проникновении клеев в древесину твердых пород.Используя оптическую микроскопию, автор обнаружил смолу в камерах ямок как твердых, так и хвойных пород, а также в просветах клеток, в которых единственный путь проникновения смолы был через ямку.

\ n

Проникновение клея влияет на звенья 4–7 в ссылке [3]. Проникновение влияет на все возможные механизмы адгезии. Концепция механической блокировки, очевидно, зависит от проникновения клеевой фазы за внешнюю поверхность древесины. Кроме того, объединенная сила адгезии за счет ковалентного связывания и образования вторичных химических связей напрямую связана с площадью поверхности, контактирующей между клеем и клеточной стенкой.

\ n

В ссылке [3] предлагается аналогия с цепочкой для адгезивной связи, как показано на рисунке 2, и делается вывод о том, что качество связи зависит только от самого слабого звена в цепи. Проникновение клея играет жизненно важную роль в этой аналогии. Связь 1 представляет собой чистую адгезивную фазу, на которую не влияют основы. Звенья 2 и 3 представляют собой клеевой пограничный слой, который мог затвердеть под воздействием субстратов и больше не является однородным. Связи 4 и 5 представляют собой границу раздела между пограничным слоем и подложкой и составляют механизм «сцепления».Этим механизмом может быть механическая блокировка, ковалентная связь или вторичные химические связи из-за электростатических сил. Звенья 6 и 7 представляют собой деревянные ячейки, которые были изменены в процессе подготовки деревянной поверхности или в процессе склеивания.

\ n

Рисунок 2.

Аналогия звена цепи для клеевого соединения в древесине.

\ n

Например, при вращении шпона возникают трещины, которые начинаются в радиально-продольной плоскости. Клетки в этой области могли быть ослаблены и, таким образом, увеличить вероятность разрушения связи.Планирование, отслаивание, шлифование и другие методы механической подготовки поверхности также могут вызвать мелкие трещины в ячейках древесины. Наконец, звенья 8 и 9 представляют собой чистую древесину. Правильно спроектированное клеевое соединение должно иметь нижний предел структурной целостности, расположенный в звеньях 8 и 9. Другими словами, древесина должна быть самым слабым звеном [1].

\ n \ n

2.3. Обзор адгезии и когезии

\ n

Адгезия — это тенденция разнородных частиц или поверхностей сцепляться друг с другом.Внутренние силы между молекулами, которые ответственны за адгезию, — это химическая связь, дисперсионная связь и диффузионная связь. Эти межмолекулярные силы могут создавать кумулятивные связи и вызывать определенные возникающие механические эффекты.

\ n

Слово «сплоченность» (cohaerere на латыни) означает «держаться или оставаться вместе». Сила сцепления — это тенденция сходных молекул слипаться. Они взаимно привлекают. Сила сцепления, вызванная формой и структурой молекул, которая делает распределение вращающихся электронов нерегулярным, когда молекулы приближаются друг к другу, создавая электрическое притяжение, которое может поддерживать микроскопическую структуру, такую ​​как капля воды.

\ n

Аналогия звена цепи для адгезии и когезии показана на рисунке 3. Определение адгезива и когезии относится к силам, которые удерживают адгезив вместе с субстратом (адгезия) и сам адгезив (когезия). Эти силы соответствуют:

\ n

Рисунок 3.

Звено цепи для адгезии и сцепления.

\ n

1. химические связи

2. межмолекулярные силы

\ n \ n

2.4. Объяснение смачивания

\ n

Значение «смачивание» всегда понимается неправильно, потому что в литературе есть много объяснений смачивания.Некоторые примеры приведены ниже:

\ n

1. «Жидкости, которые растекаются по твердой поверхности, адгезия этих жидкостей к твердому телу может объяснить смачивающие свойства твердого вещества [4]».

2. «Хорошее смачивание способствует растеканию и проникновению, но не идентично им, хорошее смачивание — это нулевой угол контакта [5]».

3. «Смачивание — это явление растекания жидкости по твердой поверхности и ее непосредственного контакта с ней [6].»

4. « Если молекулы на границах раздела жидкости и твердого тела притягиваются твердым телом сильнее, чем жидкостью, жидкость смачивает поверхности и имеет тенденцию ползать наружу вдоль них по несмачиваемой поверхности. молекулы жидкости все еще испытывают влияние их собственного притяжения друг к другу [7] ».

\ n

”В ссылке [8] термин« смачивание »стал широко использоваться для описания того, что происходит, когда жидкость соприкасается с твердой поверхностью.”

\ n

Поскольку при этом контакте происходит несколько явлений, кажется логичным предположить, что термин смачивание лучше всего использовать в общем смысле. Рассматривая эту концепцию в перспективе, термин «смачивание» используется для обозначения процессов адгезии, проникновения и растекания. Все эти случаи однозначно объясняют разные типы смачивания. Определение адгезии как подгруппы смачивания является результатом его поверхностной энергетики. Он определяется просто как условия увлажнения, которые применяются во время «контакта лицом к лицу» [9].

\ n

Рисунок 4.

Объяснение смачивания.

\ n

Мы можем прояснить это, заявив, что используя подход поверхностной энергетики. Слово «адгезия» строго подразумевает межрасовое явление, в то время как на практике два материала соединяются вместе. Явление смачивания показано на рисунке 4.

\ n

«Проникновение» относится к условиям смачивания, когда жидкость продвигается вверх по стенкам твердого материала, а «растекание» относится к условиям смачивания, возникающим, когда жидкость вытекает через поверхность.На рисунке 4 поясняется эта теория. В [10] смачивание объясняется как процесс, который происходит при контакте жидкости с твердой поверхностью. Обычно процесс склеивания происходит на воздухе; Таким образом, участвуют три фазы: жидкая, твердая и паровая.

\ n \ n

2,5. Меры смачивания

\ n

Угол контакта жидкости с твердой поверхностью — удобная мера смачиваемости; это показатель сродства жидкости к твердому веществу. В [11] измерения краевого угла смачивания выполняются различными способами, баланс жидкой капли, которая опирается на плоскую твердую поверхность, находится под действием трех поверхностных натяжений.На рисунке 5 поясняются основные условия.

\ n

Рисунок 5.

Конечный угол контакта с жидкостью, покоящейся на твердой поверхности.

\ n

Три типа поверхностного напряжения объясняются ниже:

\ n

1. на границе раздела жидкой и паровой фаз, γ _Lv ;

2. на границе твердой и жидкой фаз, γ _sL ;

3. на границе твердой и паровой фазы, γ _sv .

\ n

Использование краевого угла в смачиваемости снижает тот факт, что тенденция данной массы жидкости к растеканию и прилипанию к твердой поверхности увеличивается по мере уменьшения угла «θ».

\ n

Если контактный угол равен «θ», он будет обратной мерой смачиваемости, а косинус «θ» является очевидной прямой мерой. В уравнении Юнга для классического случая трехфазной линии контакт между гладкой, жесткой и твердой фазой «S», жидкостью «L» и паром «V» выражает взаимосвязь между равновесным краевым углом «θ» и трехповерхностным натяжением γ _Lv , γ _sL и γ _sv .

\ n

Как упоминалось в ссылке [12], « уравнение Юнга» приведено ниже:

\ nγsv = γsL − γLv⋅cosθE1 \ n

Это уравнение содержит два натяжения твердой поверхности, которые, если возможно, являются чрезвычайно трудными. вообще, чтобы измерить, это обычно сочетается со ссылкой [12], и это соотношение относится к работе адгезии, W _sL , между твердым телом и жидкостью:

\ n

Как упоминалось в ссылке [13 ], «Уравнение Дюпре» приведено ниже,

\ n \ n

Комбинация уравнений.(1) и (2) дают исходное уравнение Юнга-Дюпре, которое было одним из наиболее полезных инструментов в экспериментальном подходе к изучению поведения поверхности:

\ n

Как упоминалось в ссылке [10], » Young and Dupre’s уравнение »приведено ниже,

\ n \ n

В ссылке [14] описаны многие из основных выводов и аргументов, касающихся действительности этих уравнений. Их заключение, после подробного описания результатов различных попыток с этой целью, кажется заслуживающим особого упоминания: Настоящие рецензенты не сочувствуют большей части этой работы, им трудно понять, почему было сочтено необходимым поднимать такой вопрос. много возражений против или изобретать так много выводов того, что, по их мнению, является набором самоочевидных уравнений . Мы берем на себя ответственность за то, чтобы пользоваться преимуществами ретроспективного взгляда, и, возможно, также за то, что мы наивны в своих взглядах, но мы не понимаем, почему рабочим потребовалось так много времени, чтобы понять, например, что мы должны быть работой, необходимой для отделения жидкости от твердого, чтобы дать твердую и жидкую фазы в равновесии с паровой фазой. Если трехфазная система действительно находится в равновесии как до, так и после разделения, то (эти) уравнения обязательно следуют [14]. ”

\ n

Хотя в ссылке [14] обсуждались результаты различных выводов уравнений Юнга и Дюпре, здесь важно кратко отметить основные результаты из-за их взаимосвязи и отношения о других методах измерения смачиваемости. W _SL , обратимая работа адгезии на единицу площади, не является той же самой величиной при измерении в вакууме, с одной стороны, и в насыщенном паре смачивающей жидкости, с другой [15, 16].Они различаются: W _SL ⁰ или W _A ⁰ или работа в вакууме, и W _sL или W _А как работа в насыщенном паре смачивающей жидкости [10].

\ n

W _SL ⁰ всегда было больше W _sL [11].По сути, это означает, что при адсорбции газа или пара свободная поверхностная энергия (поверхностное натяжение) твердого тела уменьшается. Это явление выражается следующим уравнением:

\ n

Как упоминалось в ссылке [11], «уравнение Бойда и Ливингстона» приведено ниже,

\ n \ n

, где:

\ n

1. π _sv : изменение свободной поверхностной энергии при адсорбции паров контактирующей жидкости.

2. γ _s : свободная энергия твердой поверхности в вакууме.

3. γ _sv : свободная энергия твердой поверхности в насыщенном паре.

\ n

В ссылке [10], уравнение. (3) включает множитель π _sv в случаях, отличных от вакуума, и более правильно принимает следующий вид:

\ n.

когезионные и адгезионные свойства | BioNinja

Понимание:

• Водородная связь и диполярность объясняют сцепление , клей , термические и растворяющие свойства воды

Вода способна образовывать межмолекулярные ассоциации с молекулами, обладающими общими свойствами

Поскольку вода полярна, она будет притягиваться к другим полярным или ионным молекулам

Когезионные свойства:

• Когезия — это способность одинаковых молекул слипаться. молекулы слипаются
• Вода образует межмолекулярные ассоциации с полярными и заряженными молекулами

Значение когезионных и адгезионных свойств:

Связующие свойства воды объясняют ее поверхностное натяжение

• Водородная связь между молекулами воды позволяет жидкости противостоять низким уровням внешней силы (поверхностное натяжение)
• Высокое поверхностное натяжение воды делает ее достаточно плотной, чтобы некоторые более мелкие организмы могли перемещаться по ее поверхности

Адгезионные свойства воды объясняют ее капиллярное действие

• Притяжение к заряженным или полярным поверхностям (например,грамм. стекло) позволяет воде течь в противовес гравитационным силам (капиллярное действие)
• Это капиллярное действие необходимо для того, чтобы вода могла транспортироваться вверх по стеблям растений посредством транспирационного потока

Сцепление и адгезия молекулами воды

,