НАНОМОДИФИКАЦИЯ АКРИЛОВЫХ ЭМУЛЬСИЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КЛЕЕВОЙ СПОСОБНОСТИ ЗА СЧЕТ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ

Введение

Адгезия-это явление, при котором происходит сцепление поверхностей разнородных тел в твердом и/или жидком состоянии. Природа адгезии обуславливается силами молекулярного взаимодействия, локализовавшимися в поверхностных слоях, контактирующих тел. Такие силы взаимодействия называются адгезионными силами, а само взаимодействие получило название - адгезионное взаимодействие.

Адгезия клеев, как и лакокрасочных покрытий, зависит от действия различных физико-химических сил:

- электростатических;

- сил химической активности, а также пористости поверхности.

Однако если для лакокрасочного покрытия достаточна хорошая адгезия лишь на границе слоя с поверхностью, клеевой слой должен обладать двухсторонней адгезией для надежного скрепления как однородных, так и зачастую разнородных материалов.

В настоящее время существует большая конкуренция предприятий изготавливающие клеи для липки лент. Для получения преимущества среди таких компаний требуется высокое качество выпускаемой продукции, не высокая стоимость. Одним из главных факторов качества продукции является высокое значение свойств адгезии клея[2].

Измельчение твердых частиц акриловой эмульсии

Для измельчения частиц акриловой эмульсии применяется ультразвуковая лабораторная установка (рис.1). Ультразвуковой генератор марки И-10 (рис.2) имеет ступенчатую регулировку мощности от 0-100% номинальной выходной мощности. Рабочая частота может варьироваться от16-25 кГц.

Рисунок 1 - Ультразвуковая лабораторная установка

 

Рисунок 2 - Ультразвуковой генератор марки И-10

 

Данная ультразвуковая лабораторная установка состоит из лабораторной стойки, ультразвукового генератора, высокоэффективного магнитострикционного преобразователя и волновода-излучателя.

Кроме этого для равномерного диспергирования эмульсия перемешивается пропеллерной мешалкой.

Частота вращения мешалки была выбрана исходя предыдущим экспериментам по изучению влияния ультразвукового воздействия на размеры частиц и свойства адгезии клея ПВА.

После подготовки образца и установки к диспергированию запускается пропеллерная мешалка и ультразвуковой диспергатор.

Анализ размеров частиц

Анализ размеров частиц был проведен на приборе - bettersizer 2600 (рис. 3). Результаты анализа представлены в таблице 1[3].

Рисунок 3 - Анализатор размеров частиц Bettersizer 2600

 

Таблица 1 - Полученные данные анализа размеров частиц. Исследования проводились без использования ультразвука

№	Мощность,%	Время, мин.	Размер частиц (D50), нм.
1	50	60	378
2	50	120	378
3	50	180	377
4	60	60	379
5	60	120	377
6	60	180	379
7	70	60	383
8	70	120	384
9	70	180	382
10	80	60	379
11	80	120	383
12	80	180	382
13	90	60	384
14	90	120	380
15	90	180	383
16	100	60	384
17	100	120	378
18	100	180	383

 

Всего было проанализировано 19 образцов по 1 реплике с тремя временными промежутками – 1 час, 2 часа, 3 часа и с мощностью – 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%. Кроме этого было проведены исследования исходного образца акриловой эмульсии.

Исследования на анализаторе проводились с применением мокрого диспергирования без ультразвука. Было сделано несколько измерений с применение ультразвука и без него. Результаты были идентичными.

На рисунках 4, 5, 6 представлены гистограммы распределения частиц при мощности излучателя равному 100%. Кроме этого на рисунке 7 показано сравнение влияния времени диспергирования на размеры частиц.

Как видно из приведенной гистограммы сравнения влияния времени на изменения размеров части, их диаметр не значительно менялся.

В ходе проведения данного исследования можно сделать вывод, что воздействие ультразвука не влияет на изменение размеров частиц.

В ранее проведенных экспериментах, которые проводились сотрудниками лаборатории для изучения влияния ультразвукового диспергирования на адгезию акриловой дисперсии ПВА, результаты получились схожие, но при определении пилинговой и сдвиговой адгезии разница была большой.

На рисунках 8 и 9 представлены графики зависимости размера части от мощности и размера частиц от времени диспергирования.

Рисунок 4 - Результаты анализа размеров частиц при мощности 100%, t=60 мин.

 

Рисунок 5 - Результаты анализа размеров частиц при мощности 100%, t=120 мин.

 

Рисунок 6 - Результаты анализа размеров частиц при мощности 100%, t=180 мин.

 

Рисунок 7 - Сравнение размеров частиц (мощность 100%)

 

Рисунок 8 - Зависимость размера частиц от мощности

 

Рисунок 9 - Зависимость размера частиц от времени обработки ультразвуком

 

Пилинговая адгезия

Пиллинговая адгезия - это сила, требуемая для удаления клейкой ленты с тестовой панели или своей собственной подложки под определенным углом при стандартной заданной скорости и нормальных условиях. Тест A измеряет адгезию однослойной ленты при отрыве под углом 180° со скоростью 5 мм/с от стандартной стальной панели или другой выбранной поверхности. Результаты полученных данных приведены в таблице 2 и в виде гистограммы (рис. 10). [4]

Таблица 2 - Результаты измерения пилинговой адгезии

№	время, мин	Пилинговая адгезия, г/дюйм
		Мощность, %
		0	50	60	70	80	90	100
1	60	468	509	530	577	652	709	750
2	120	468	530	571	582	671	721	770
3	180	468	552	590	621	705	754	784

 

Рисунок 10 - Обработка результатов пилинговой адгезии

 

Сдвиговая адгезия

Сдвиговая адгезия (сопротивление сдвига) - это способность ленты противостоять статическим силам, действующим вдоль плоской ленты.

В таблице 3 представлены результаты анализа. Было произведено по три опыта для каждого промежутка времени и мощности. За результат в каждой ячейки было взято среднее арифметическое трех полученных результатов.

На рисунке 11 наглядно показано, что значение сдвиговой адгезии увеличилось.

Таблица 3 - Результаты измерения сдвиговой адгезии

№	время, мин	Сдвиговая адгезия, мин.
		Мощность, %
		0	50	60	70	80	90	100
1	60	14	22	31.5	37.5	40.2	52	51
2	120		25	39.5	50	45	54.5	67
3	180		28.5	48	56	56	58	69

 

Рисунок 11 - Обработка результатов сдвиговой адгезии

 

Таблица 4 представляет собой сравнительную таблицу показателей клеевой дисперсии до обработки ультразвуком и после. Изучив таблицу можно сделать вывод, что ультразвук оказывает влияние только на показатели сдвиговой и пилинговой адгезии.

Таблица 4 - Сравнительная таблица показателей

Технические характеристики
Показатель	Норма
	Исходная акриловая эмульсия	Акриловая эмульсия, обработанная ультразвуком
Внешний вид	Молочно-белая жидкость без механических примесей	Молочно-белая жидкость без механических примесей
Массовая доля нелетучих веществ, %	58±1%	58±1%
Показатель активности водородных ионов, ед. рН	8,1	8,1
Динамическая вязкость при температуре (25 +/- 0.5) °С по вискозиметру Brookfield типа RVDV-II+PRO (шпиндель №2, частота вращения 30 мин¹), мПа*с.	85	85
Пилинговая адгезия к поверхности пластины из нержавеющей стали при 38 мкм, г./дюйм	468	784
Сдвиговая адгезия, при 38 мкм, мин.	14	69

 

Вывод

Проведены эксперименты, в ходе которых было доказано влиянии ультразвуковой обработки на свойства адгезии и размер частиц акриловой эмульсии. Кроме этого, было установлено, что ультразвуковое диспергирование не оказывает большое влияние на изменение размеров частиц акриловой эмульсии, но влияет на значение пилинговой и сдвиговой адгезии. Такие изменение происходят из-за воздействия ультразвуковой обработки на межмолекулярные силы взаимодействия между молекулами.