UNIVERSITATEA DIN BUCUREŞTI FACULTATEA DE CHIMIE ŞCOALA DOCTORALĂ ÎN CHIMIE REZUMAT TEZĂ DE DOCTORAT - PDF

Description
UNIVERSITATEA DIN BUCUREŞTI FACULTATEA DE CHIMIE ŞCOALA DOCTORALĂ ÎN CHIMIE REZUMAT TEZĂ DE DOCTORAT ADEZIV CU MEDIU DE DISPERSIE APOS PE BAZĂ DE ELASTOMERI Doctorand: Conducător doctorat: Laurenţia Alexandrescu

Please download to get full document.

View again

of 29
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Letters

Publish on:

Views: 17 | Pages: 29

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
UNIVERSITATEA DIN BUCUREŞTI FACULTATEA DE CHIMIE ŞCOALA DOCTORALĂ ÎN CHIMIE REZUMAT TEZĂ DE DOCTORAT ADEZIV CU MEDIU DE DISPERSIE APOS PE BAZĂ DE ELASTOMERI Doctorand: Conducător doctorat: Laurenţia Alexandrescu Prof. Dr. Minodora Leca 212 INTRODUCERE Datorită lărgirii considerabile a domeniilor în care sunt utilizaţi, producţia de adezivi s-a extins şi s-a diversificat în ultimii ani. Totodată, s-au obţinut adezivi cu proprietăţi prestabilite optime atât în ceea ce priveşte obţinerea cât şi tipurile de îmbinări. Dar, pe lângă valori optime ale proprietăţilor reologice şi de aderenţă, adezivii trebuie să îndeplinească şi alte condiţii: să nu fie toxici, inflamabili şi să nu polueze mediul. Adezivii clasici, pe bază de compuşi organici volatili, nu întrunesc în totalitate aceste cerinţe. În 24, prin HG nr. 254, Guvernul României a adoptat Directiva Europeană de acordare a etichetei ecologice pentru articolele de încălţăminte şi marochinărie, care precizează cantitatea totală de compuşi organici volatili (COV) permisă a fi utilizată în timpul asamblarii finale (lipire cu adezivi) a articolelor de încălţăminte, respectiv 25 mg COV/pereche la încălţămintea pentru adulţi şi 2 mg COV/pereche la încălţămintea pentru copii. Din motive de poluare, pericol de incendiu şi economice, adezivii cu mediu de dispersie apos au devenit din ce în ce mai utilizaţi, tinzând să înlocuiască practic complet adezivii pe bază de solvenţi organici, dar aceştia trebuie să prezinte performanţe comparabile. Teza de doctorat este structurată în două părţi: Cercetarea bibliografică, care cuprinde 4 capitole: Capitolul 1, în care sunt prezentate date de literatură privind noţiunile generale de adeziv şi adeziune. Capitolul 2, care conţine obţinerea sistemelor disperse cu mediu apos, adezivii cu asemenea mediu, cerinţele privind performanţele şi factorii care asigură succesul aplicării. Capitolul 3, care cuprinde date de literatură privind grefarea elastomerilor. Capitolul 4, ce conţine date despre utilizarea adezivilor în industria de încălţăminte. Cercetarea experimentală, constituită din 5 capitole, şi încheiată cu concluziile generale ale lucrării. Capitolul 5 prezintă reactivii, materialele utilizate, pregătirea probelor şi aparatura folosită pentru caracterizarea dispersiilor adezive preparate. Capitolul 6 cuprinde principalele tehnologii utilizate pentru obţinerea dispersiilor adezive de policloropren grefat chimic cu metacrilat de metil, pentru a îmbunătăţi aderenţa perechilor de de suporturi diferite sau identice, care au condus şi la o cerere de brevet referitoare la obţinere. Capitolul 7 conţine caracterizarea dispersiilor adezive din punctul de vedere al dimensiunilor şi al distribuţiilor dimensiunilor particulelor, precum şi al comportărilor reologice staţionară şi dinamică. Capitolul 8 abordează caracterizarea filmelor obţinute din dispersiile preparate prin îndepărtarea controlată a mediului de dispersie prin microscopie optică şi electronică, difracţie a razelor X şi spectrometrie FT-IR. Capitolul 9 prezintă rezultatele obţinute pentru capacităţile de lipire ale dispersiilor adezive preparate pentru diferite perechi de suporturi. Capitolul 1 prezintă concluziile generale. 1. NOŢIUNI GENERALE PRIVIND ADEZIVII ŞI ADEZIUNEA În prezent, adezivii se utilizează practic în fabricarea tuturor produselor finite şi, în multe cazuri, reprezintă cel mai sigur şi convenabil mijloc de îmbinare Scurt istoric privind adezivii şi utilizările Cleiurile se cunosc şi se utilizează de mult timp, vechii egipteni utilizându-le la placarea comorilor lui Tutankamon, iar vechiul cuvânt grecesc pentru clei, κολλα, a fost transformat în coloid. Până în secolul 2 s-au utilizat cleiurile de origine vegetală sau animală. În secolul 2 s-au dezvoltat produsele sintetice şi s-a introdus noţiunea de adeziv. 2 1.2. Adezivi şi adeziune Adezivii sunt definiţi ca materiale care, atunci când sunt aplicate pe suprafeţele unor obiecte, pot să le îmbine şi să reziste separării. Termenii aderent sau substrat se utilizează pentru un corp sau un material care urmează a fi îmbinat cu un adeziv. Alţi termeni de bază sunt: stabilitatea la depozitare (shelf-life) perioada în care un adeziv se poate depozita înainte de utilizare şi timpul de păstrare în recipient (pot-life) timpul maxim între ultima amestecare şi aplicare. În principal, un adeziv trebuie să aibă capacitatea de a: [1,12] (i) umecta suprafeţele, adică unghiul de contact cu suprafeţele pe care este aplicat să fie aproapiat de zero (să se împrăştie sau să se etaleze); pentru aceasta este necesar contactul intim între adeziv şi suprafaţă. (ii) întări, pentru a deveni un solid puternic coeziv; aceasta se poate realiza prin reticulare chimică, eliminarea solventului/mediului de dispersie, sau răcire în cazul termoadezivilor. Motivele care au dus la dezvoltarea adezivilor sunt: - într-o imbinare cu adeziv forţele care acţionează sunt distribuite pe suprafeţe mai mari decât la îmbinănile cu şuruburi sau nituri; - se poate corecta lipsa stabilităţii dimensionale a materialelor cu proprietăţi anizotrope; - se pot asambla materiale de natură diferită: hârtie cu lemn sau metale, elastomeri sau plastomeni cu lemn sau metale, diferite metale între ele etc.; - permit lipirea materialelor care nu se pot îmbina prin alte procedee (pulberi, fibre, hârtii, pânze abrazive, fibre neţesute, folii, foi subţiri din hârtie sau din materiale plastice etc.). Un dezavantaj al adezivilor ca mijloc de îmbinare îl constituie micşorarea considerabilă a rezistenţei produsă de prezenţa apei şi a vaporilor săi. În plus, temperaturile de exploatare sunt mai mici decât pentru agenţii mecanici de îmbinare, fiind limitate de temperatura de vitrifiere a polimerului şi de degradarea sa chimică. [13,14] 1.3. Clasificarea adezivilor Varietatea materiilor prime, posibilităţile de a combina diferite compoziţii, starea fizică a fiecărui adeziv, modul de aplicare, procedeul de structurare, proprietăţile finale şi întrebuinţările multiple, corelate cu diversitatea materialelor ce trebuie lipite, conduc la imposibilitatea existenţei unui criteriu de clasificare unic. [15, 16] Tabelul 1.1. Clasificarea adezivilor Criteriul de clasificare Grupa Exemple Cleiuri vegetale, amidon Origine Naturali Sintetici Cleiuri animale Răşini sintetice Răşini fenolice Răşini epoxidice Natura chimica Anorganici Organici Ciment Acetat, răşini pe bază de cauciuc Domeniul de temperatură Tipul aderenţilor Pentru temperaturi joase Pentru temperaturi medii Pentru temperaturi inalte Pentru îmbinări Răşini pe bază de poliesteri Răşini fenolice Răşini epoxidice Răşini chinolice Metal-metal (loclite) Metal-sticlă Metal-material plastic Material plastic-sticlă Material plastic-lemn 1.4. Forţele de atracţie implicate în procesul de adeziune Aderentul trebuie să fie compatibil cu adezivul, iar interacţiunile dintre aceştia pot consta atât în legături primare cât şi secundare. Legăturile primare (ionice, covalente şi metalice) se 3 întâlnesc mai rar în procesele de adeziune, pe când cele secundare, de tip Van der Waals, predomină. [17,18] 1.5. Proprietăţi generale ale adezivilor Pentru evaluarea unui adeziv trebuie luate în consideraţie o serie de proprietăţi generale, care descriu comportarea sa din momentul în care a fost pregătit pentru utilizare şi până când s-a distrus îmbinarea la care a participat. Caracteristicile generale ale adezivilor cuprind, de fapt, proprietăţile de lucru şi constau cu precădere în vâscozitate, timp de păstrare, timp de lucru, putere de penetrare, adezivitate, viteză de tratare etc [23, 24] 1.6. Teorii privind aderenţa Există şase teorii referitoare la aderenţă: a adsorbţiei fizice, legării chimice, difuziei, electrostatică, de blocare mecanică şi a stratului limită de separare slab Îmbinări adezive La aprecierea calităţii unei îmbinări obţinute prin lipire cu adezivi se are în vedere că, în general, pot fi îmbinate materiale cu proprietăţi mecanice diferite. [57] In plus, aceasta poate fi sau nu solicitată mecanic, iar materialele pot fi deformabile sau nu Tipuri de solicitări Lipirea cu suprapunere produce o repartizare omogenă a solicitărilor în stratul de lipire dacă nu este supusă unei alte solicitări mecanice, aşa cum se poate vedea în figura 1.4. Figura 1.4. Imbinare fără solicitare mecanică Când materialele ce se lipesc nu pot fi deformate de solicitările paralele cu direcţia de lipire, figura 1.5, se produce o repartizare uniformă a acestora în stratul de lipire. Figura 1.5. Imbinare de materiale nedeformabile solicitată mecanic Dacă însă materialele sunt deformabile, aşa cum se arată în figura 1.6, se produce o deformare mai accentuată a adezivului la ambele capete ale lipiturii (liniile orizontale mai dese) comparativ cu centrul zonei de suprapunere. Figura 1.7. Imbinare de materiale deformabile solicitată mecanic Tipurile de solicitări mecanice aplicabile îmbinărilor cu adezivi sunt următoarele: 1. tracţiune sau smulgere forţa se aplică perpendicular pe planul lipiturii; 2. forfecare şi compresie forţa care acţionează în planul stratului de adeziv, de-a lungul celor două suprafeţe lipite, tinde să le deplaseze în sensuri opuse; 3. jupuire se determină când unul sau ambii aderenţi sunt flexibili; 4. şoc energia absorbită de o probă standard când este lovită brusc de ciocanul unui aparat de încercări; 5. încovoiere forţa se aplică epruvetelor paralelipipedice rigide sprijinite la cele două capete, lipite exact la mijloc; 6. clivaj forţele se aplică în sens contrar la unul dintre capetele planului de lipire între doi aderenţi rigizi. Pentru eficienţă maximă în alegerea tipului de îmbinare trebuie să se ţină seama de următoarele principii generale: [58, 59] 1. adezivul să fie aplicat în direcţia solicitării maxime; 4 2. acesta să acopere cât mai mult posibil din suprafaţa de contact; 3. aplicarea să fie realizată într-un strat cât mai uniform posibil; 4. să se menţină un film continuu şi subţire de adeziv; 5. să fie prevenită concentrarea tensiunilor de îmbinare Tipuri de îmbinări În figurile sunt prezentate tipurile de îmbinări întâlnite în practică. Figura Tipuri de imbinări adezive liniare Figura Imbinări cu unghi Figura Imbinări cu colţuri Figura Imbinări cu tije Figura Imbinări cilindrice In general, într-o îmbinare adezivă se întâlnesc elementele prezentate în figura 1.9: Figura Structura imbinării adezive: 1 primul support; 2 prima interfaţă; 3 pelicula de adeziv; 4 a doua interfaţă; 5 al doilea support Bibliografie 1. Powis, C. N., Some applications of structural Adhesives, în Aspects of Adhesion, vol. 4, Alner D. J., ed., University of London Press, London, Cagle, C. V., Adhesive Bonding Techniques and Applications, McGraw-Hill, New York, Panek, J. R. şi Cook, J. P., Construction Adhesives and Sealants, Wiley, New York, Dunn, D. J., Sealants and Sealant Technology, în Adhesives and Sealants, vol. 3, Engineered Materials Handbook, ASM International, Reinhart, F. W., Survey of Adhesion and Types of Bonds Involved, în Adhesion and Adhesives, Fundamentals and Practices, J. E. Rutzler şi R. L. Savage, ed., Soc. Chem. Ind., London, Wake, W. C., Sticking Together to Last, Industrial Research/Development, August Petri E. M., Handbook of adhesives and sealants, McGraw Hill Handbooks, London, Mylonas, C. şi Bruzne, N. Adhesion and Adhesives, Elsevier, Amsterdam, Zisman, W.A., Recent Advances in Wetting and Adhesion, în Adhesion Science and Technology, Polymer Science and Technology, vol. 9A, Plenum Press, New York, 23. Perry, H. A., Room Temperature Setting Adhesives for Metals and Plastics, în Adhesion and Adhesives, Fundamentals and Practice, Rutzler, J. E. şi Savage, R. L. ed., Soc. Chemical Industry, London, Irving, S., Handbook of Adhesives, ed. 2-a, Van Nostrand Company, Amsterdam, Adam, N. K., The Physics and Chemistry of Surfaces, Oxford University Press, London, Wenzel, R. N., Ind. Eng. Chem., 28, 1936, Griffith, A. A., Phil. Trans. Roy. Soc. London, Ser. A, 221, 192, SISTEME DISPERSE CU MEDIU APOS Sistemele constituite din particule de diferite dimensiuni dispersate într-un mediu omogen se numesc sisteme disperse. Din această categorie fac parte şi sistemele coloidale. Un sistem dispers este deci un sistem multifazic constituit din cel puţin două componente: mediu de dispersie sau fază continuă care este un compus micromolecular şi fază dispersată sau discontinuă care constituie unităţile cinetice ale sistemului şi care au dimensiuni mult mai mari decât moleculele mediului. [1] 2.1. Clasificarea sistemelor disperse Luând în consideraţie modul de alcătuire a unităţilor cinetice (particulelor) din sistemele disperse, precum şi interacţiunea acestora cu mediul de dispersie (apa), cel mai adesea sistemele disperse se împart în trei clase distincte: [4, 5] Liofobe, constituite din asociate de micro- sau macromolecule, caracterizate prin interacţiune slabă între faza dispersă şi mediul de dispersie. In această categorie intră solii liofobi, suspensiile, emulsiile şi latexurile. Micelare de asociaţie, pentru care interacţiunea fazei dispersate cu mediul de dispersie este puternică, proprietate care a condus la denumirea de sisteme liofile. Soluţii de compuşi macromoleculari, neionici sau ionici, sau coloizi moleculari, cu proprietăţi identice cu ale celeor micelare privind interacţiunea dintre două faze şi stabilitatea Metode de obţinere a dispersiilor apoase de polimeri Dispersiile apoase de polimeri se pot obţine prin trei metode: polimerizare în emulsie, dispersarea soluţiilor polimerilor insolubili în apă dizolvaţi în solvenţi de cuplare în prezenţă de cantităţi suficiente de surfactanţi sau dispersarea soluţiilor concentrate ale polimerilor hidrofili Clasificarea dispersiilor adezive Dispersiile adezive sunt emulsii sau latexuri care constau dintr-o fază lichidă stabilă continuă în care este prezentă o a doua fază nemiscibilă cu prima, discontinuă. În sens larg, acestea pot fi clasificate ca macro - şi microdispersii. Clasificarea are la bază dimensiunile particulelor fazei dispersate: macrodispersiile au dimensiuni în intervalul,2-5 μm, iar microsau nanodispersiile între 1 şi 2 nm. [15] Sistemele ale căror particule au diametrele cuprinse între 1 şi 1 nm sunt denumite, în mod obişnuit, sisteme coloidale. [16] În funcţie de diametru, particulele coloidale se clasifică în fine cu diametre cuprinse între 1 şi 25 nm şi ultrafine cu diametre având valori de 1 până la 1 nm Adezivi cu mediu de dispersie apos Adezivii pe bază de apă au apărut încă din 197. Faza dispersată este constituită din cauciucuri şi conţin anumiţi aditivi, cum sunt răşinile sintetice, pentru a mări adeziunea. [18] Aceştia au viscozităţi reduse, astfel încât se pot aplica pe diferite substraturi în diverse grosimi. Dar nu toţi sunt lipsiţi complet de solvent (complet ecologici sau solvent-free), ci conţin unii compuşi organici volatili, cu consecinţe directe asupra vâscozităţii. Adezivii pe bază de apă se împart în două categorii: solubili şi dispersaţi în apă. Cei solubili includ cleiurile animale şi vegetale, iar cei dispersaţi conţin polimeri naturali sintetici. 6 Latexurile sintetice sunt dispersii apoase de polimeri obţinute prin polimerizare în emulsie. Asemenea polimeri sunt de tip cloroprenic, butadien-stirenic, ai acetatului de vinil, acrilaţilor, clorurii de vinil etc. [19] Apa este un lichid cu tensiune superficială mare, deci adezivii pe bază de apă sunt buni pentru îmbinarea materialelor cu tensiune superficală mare, ca hârtia. Sunt utilizaţi în producţia de serie mare (long production), deoarece timpul de etalare pe suport este mare. Adezivii pe bază de apă prezintă însă unele limitări: nu sunt adecvaţi pentru suporturi cu tensiune superficială mică, ca filmele de materiale plastice, foile metalice, poli(clorura de vinil) şi materialele spongioase. Deasemena, au performanţe mai slabe decât cei pe bază de solvent în ceea ce priveşte: [2] rezistenţa la jupuire la temperatura camerei; rezistenţa la forfecare la temperaturi înalte; flexibilitatea materialelor îmbinate; rezistenţa la umiditate. Cele mai importante cerinţe privind adezivii pe bază de apă sunt: performanţa, incluzând rezistenţa îmbinării, durabilitatea şi adaptabilitatea la proces; uşurinţa de aplicare; tehnologia de reticulare; opţiunile de amestecare. Trebuie menţionat că aplicarea pe suporturi şi tehnicile de amestecare implică probleme de fabricare, ca aranjarea echipamentelor în procesul de producţie comparativ cu cel utilizat pentru adezivii clasici pe bază de solvenţi. Bibliografie 1.Everett, D. H., Pure Appl. Chem. 31, 1972, Voyutsky, S., Colloid Chemistry, Mir Publishers, Moscow, Mândru, I. şi Leca, M., Chimia coloizilor şi a macromoleculelor, ed. Did. şi Ped., Bucureşti, Chu, B., Laser Light Scattering:Basic Principles and Practice, Academic Press, New York, Provencher, S. W., Comp. Phys. Commun. 27, 1982, Wendel, W. şi Lechner, M. D., Colloid Polymer Sci. 286, 28, WIPO Patent Application WO/27/ Urban, D.,şi Takamura, K., Polymer Dispersion and Their Industrial Application, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Viena, GREFAREA ELASTOMERILOR Proprietăţile polimerilor pot fi modificate, pentru ca să corespundă aplicaţiilor dorite. Se cunosc trei posibilităţi de modificare a proprietăţilor polimerilor: amestecarea, grefarea şi întărirea. [1] Amestecarea fizică a doi sau mai multi polimeri se efectuează pentru a combina proprietăţile acestora şi a obţine caracteristicile cerute. Grefarea este metoda prin care catene macromoleculare formate din monomeri identici sau diferiţi se leagă covalent de lanţurile polimerului ce trebuie modificat. Întărirea constă în polimerizarea unui amestec de oligomeri, cu formarea unui strat care aderă la substrat prin forţe de natură fizică Tehnici de grefare Grefarea polimerilor se poate efectua prin următoarele tehnici: chimică, cu ajutorul radiaţiilor, fotochimică, în plasmă şi enzimatică Factorii care controlează grefarea Grefarea este controlată de următorii factori: natura polimerului, monomerului, solventului (dacă grefarea se face în soluţie), iniţiatorului, aditivilor utilizaţi şi temperatură. Bibliografie 1. Bhattacharya, A. şi Misra, B. N., Prog. Polym. Sci. 29, 24, 4. UTILIZAREA ADEZIVILOR ÎN INDUSTRIA ÎNCĂLŢĂMINTEI La fabricarea încălţămintei se utilizează, pe lângă materialele de bază, şi alte materiale auxiliare, cum sunt adezivii Clasificarea adezivilor utilizaţi în industria încălţămintei Criteriile de clasificare a adezivilor utilizaţi în industria de încălţăminte sunt: [1, 2] a) natura chimică a polimerului de bază; b) natura fizică a polimerului de bază; c) destinaţie; d) modul de trecere a adezivului din stare lichidă în stare solidă Aplicaţiile adezivilor în industria de încălţăminte Scopurile în care sunt utilizaţi adezivii destinaţi industriei de încălţăminte sunt sintetizate în tabelul 4. Totodată, în tabel este prezentată şi provenienţa acestora. Tabelul 4. Adezivi pentru confecţionarea încălţămintei: utilizare, tipuri şi provenienţă Utilizarea Tipuri de adezivi Producţia internă Import Îndoire margine feţe Soluţie de cauciuc natural Termociment tip poliamidă Aplicare căptuşeli Soluţie de cauciuc natural Soluţie/latex de cauciuc natural Îmbrăcare branţ Soluţie de cauciuc
Related Search
Similar documents
View more...
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks