Электростатическое взаимодействие
Причинами образования двойного электрического слоя, который обнаруживается при разделении контактирующих поверхностей (при отслаивании пленки от подложки), являются:
1) образование донорно-акцепторной связи на границе адгезив-субстрат;
2) термоэлектронная эмиссия, т. е. переток электронов от субстрата (металла) в адгезив (диэлектрик); миграция электронов возможна в случае понижения электрического барьера на поверхности металла, особенно это проявляется у полимеров, содержащих полярные группы (-CN, - OH, - COOH, - NH2 и др.) при высокой степени контакта с подложкой;
3) адсорбция и ориентация полярных групп адгезива на поверхности субстрата, причем в первую очередь происходит ориентация поверхностных диполей, вследствие чего поверхность приобретает заряд определенной величины и знака.
Следует отметить, что заряды возникают только при контакте разнородных поверхностей, а знак заряда зависит от природы контактирующих поверхностей. В качестве примера ниже приводится электростатический ряд, согласно которому любое вещество ряда при контакте с другим веществом ниже, заряжается положительно, а при контакте с веществом, расположенным выше, - отрицательно:
Этилцеллюлоза
Казеин
Полиметилметакрилат
Ацетилцеллюлоза
Стекло
Металлы (все)
Полистирол
Полиэтилен
Политетрафторэтилен
Нитрат целлюлозы
Направление перехода электронов определяется соотношением между потенциалами Ферми контактирующих тел. Значения потенциалов Ферми характеризуют работу выхода электронов, которые перемещаются до тех пор, пока потенциалы Ферми в граничной зоне обоих тел не сравняются. В результате этого различные пленки, нанесенные на одну и ту же подложку, например, на металл, могут иметь разные как по величине, так и по знаку, заряды. Образование двойного электрического слоя в контакте адгезив-субстрат лежит в основе электрической теории адгезива, разработанной Б. В. Дерягиным и Н. А. Кротовой. Согласно этой теории, работа разрушения адгезионной связи (преодоление электрических сил) равна
(6.13)
Где - поверхностная плотность электрических зарядов;
- разрядный промежуток (зазор между поверхностями);
- диэлектрическая проницаемость среды.
О возможности возникновения электрических явлений при расслаивании адгезионных соединений свидетельствует:
- электризация образующихся поверхностей;
- появление в ряде случаев лавинного электрического разряда, сопровождающегося свечением, треском, излучением радиоволн.
Доказательством же существования электрических сил является наличие эмиссии (стекания) электронов при нарушении адгезионной связи. Интенсивность эмиссии электронов I хорошо коррелирует со значениями работы адгезии. Например, при возрастании скорости отслаивания нитрат целлюлозных пленок от стекла на 2 порядка (с 10-4 до 10-2 м/с) I увеличивается с 8×102 до 104 импульс/с, а Wa - с 23 до 71 Дж/м2.
Электростатическое взаимодействие особенно существенно в покрытиях, формируемых на основе полярных полимеров (поливинилхлорида, акрила нитрила, полиамидокислот ароматического строения, эфиров целлюлозы), проявляясь наиболее заметно с увеличением скорости отслаивания.
