Дифузионна теория на адхезията, Всичко за боите
Идеите за взаимната дифузия на полимерите и за връзката на тези процеси с явленията адхезия и автохезия съществуват отдавна. Изследването на явлението акреция е започнато с тела от същата природа и за него е предложен терминът "автохезия".
Автохезията се свързва с наличието на свободни подвижни краища на макромолекули върху повърхността на полимерите, поради което се извършва "сливането" на две повърхности, които се намират в контакт. Общоприето е, че тези процеси се основават на явлението дифузия на макромолекули или техни сегменти.
Дифузия може да се осъществи и когато различни полимери са залепени заедно. Адхезията на полимерите се свежда до дифузия на макромолекули или техните отделни участъци и в резултат на това до образуване на "спойка" между лепилото и субстрата, което е постепенен преход от един полимер към друг. Концепцията за решаващата роля на дифузията при установяването на адхезивна връзка, особено в полимер-полимерни системи, стана широко разпространена под името дифузионна теория на адхезията.
Ролята на взаимната или дори едностранна дифузия при образуването на лепилни съединения в някои случаи може да бъде много значителна. Дифузията е един от най-ефективните начини за постигане на молекулен контакт между лепило и субстрат. Колкото по-дълбоко проникват адхезивните макромолекули в основата, толкова по-благоприятни са условията за реализиране на максимален възможен брой връзки между адхезивните и субстратните молекули. Това обаче не означава, че не може да се постигне висока адхезивна якост без дифузия на адхезивните макромолекули в субстрата. Но тъй като в реалните системи има фактори, които намаляват стойността на адхезивната якост, дифузията на адхезивните макромолекули в субстрата може да бъде много полезна. АкоТъй като адхезивните макромолекули дифундират в субстрата на значителна дълбочина по време на образуването на адхезивна връзка, общата стойност на междумолекулните взаимодействия може да надвиши силите, необходими за разрушаване на химични връзки. Този ефект е свързан с верижната структура на полимерните адхезивни молекули.
Често се приема, че движещата сила зад дифузията е концентрационният градиент. Движението, предизвикано от концентрационния градиент и водещо до постепенна хомогенизация на системата обаче не изчерпва всички възможни прояви на този сложен процес. Много често дифузията не изравнява концентрациите, а напротив допълнително разделя компонентите на системата. Следователно е по-правилно да се приеме, че движещата сила на дифузията е разликата в термодинамичните потенциали. Изравняването на термодинамичните потенциали и приближаването до термодинамичното равновесие се постига благодарение на топлинното движение на атомите (молекулите).
Молекулярно-кинетичната дифузия в полимерите се основава на концепциите за топлинни флуктуации в течности. Молекулите на дифундиращото вещество се движат в кондензирано тяло в отделни импулси през "дупки" - микрокухини, които възникват в резултат на топлинни колебания на кинетични единици, атоми и молекули в масата на кондензирано тяло в непосредствена близост до дифундиращата молекула.
Дифузията в полимерите е неразривно свързана с гъвкавостта на макромолекулите. Колкото по-висока е гъвкавостта на една макромолекула, толкова по-богат е наборът от нейни конформации и по-малък е размерът на сегмента. Колкото по-малък е размерът на сегмента, толкова по-независимо се движат отделните части на макромолекулата, толкова по-често се появяват колебания в плътността в близост до молекулата на дифузиращото вещество и се образуват микрокухини и толкова по-бързо се движи дифузиращото вещество в полимера. ПриРазмерът на сегмента на еластомерите е няколко връзки. В стъкловидните полимери размерите на сегментите са съизмерими с размерите на макромолекулите, т.е. практически няма независимо движение на единици. Мрежата в 3D полимерите има значителен ефект върху гъвкавостта. Влиянието на мрежата е особено забележимо, когато дължината на секциите на веригата между възлите на мрежата е от същия порядък като размерите на сегментите.
Дифузията в стъкловидни и кристални полимери се характеризира с много нисък коефициент на дифузия. Такива материали обаче често съдържат система от вътрешни кухини, пукнатини и капиляри, което оказва значително влияние върху дифузията.
В металите и стъклата дифузиращото вещество се въвежда в кристалите и дифундира в междинните пространства на решетката. Ясно е, че само много малки атоми и молекули могат да дифундират по този начин. Обемната дифузия може да се извърши и чрез размяна на места в кристалната решетка, както и чрез празни места („дупки“). В допълнение, има друг тип активирана неспецифична дифузия - дифузия по протежение на пукнатини с молекулни размери, по границите на зърната и т.н. С намаляването на температурата дифузията в решетката, която е по-чувствителна към нея, намалява и дифузията по границите на зърната започва да се увеличава. По принцип този тип дифузия в металите и стъклата е преобладаващ.
В допълнение към дифузията на макромолекулите трябва да се вземе предвид дифузията през интерфейса на различни нискомолекулни вещества - съставки, които изграждат лепилото и субстрата, примеси, нереагирали мономери и др. В резултат на дифузията на тези вещества, якостните свойства на лепилото и субстрата могат да се променят, което от своя страна ще повлияе на якостта на лепилото.
Положителната страна на дифузионните представи вадхезията е точно отчитане на особеностите на полимерните лепила - верижната структура и гъвкавостта на техните макромолекули. И въпреки че приложимостта на концепциите за дифузия в адхезията към реални системи е много ограничена и се определя от изпълнението на най-малко две условия: термодинамично (полимерите трябва да са взаимно разтворими) и кинетично (макромолекулите и техните звена трябва да имат достатъчна подвижност), тяхната роля трябва да се вземе предвид при изучаването на условията за образуване на молекулни контакти.