Dispersiv vidhäftning
Dispersiv adhesion , även kallad adsorptiv adhesion, är en mekanism för adhesion som tillskriver attraktionskrafter mellan två material till intermolekylära interaktioner mellan molekyler av varje material. Denna mekanism anses allmänt vara den viktigaste av de fem vidhäftningsmekanismerna på grund av dess närvaro i varje typ av limsystem och dess relativa styrka.
Källa till dispersiva vidhäftningsattraktioner
Källan till adhesiva krafter, enligt den dispersiva vidhäftningsmekanismen, är de svaga interaktioner som uppstår mellan molekyler nära varandra. Dessa interaktioner inkluderar London-spridningskrafter , Keesom-krafter , Debye-krafter och vätebindningar . Individuellt är dessa attraktioner inte särskilt starka, men när de summeras över huvuddelen av ett material kan de bli betydande.
Londons spridning
Londons dispersionskrafter uppstår från momentana dipoler mellan två opolära molekyler nära varandra. Elektronens slumpmässiga karaktär tillåter ögonblick där laddningsfördelningen i en molekyl är ojämnt fördelad, vilket tillåter en elektrostatisk attraktion till en annan molekyl med en tillfällig dipol . En större molekyl tillåter en större dipol och kommer därför att ha starkare spridningskrafter.
Keesom
Keesom-krafter, även kända som dipol-dipol-interaktioner , härrör från två molekyler som har permanenta dipoler på grund av elektronegativitetsskillnader mellan atomer i molekylen. Denna dipol orsakar en coulombisk attraktion mellan de två molekylerna.
Debye
Debye-krafter, eller dipolinducerade dipolinteraktioner, kan också spela en roll i dispersiv vidhäftning. Dessa uppstår när en opolär molekyl blir tillfälligt polariserad på grund av interaktion med en närliggande polär molekyl. Denna "inducerade dipol" i den opolära molekylen attraheras sedan till den permanenta dipolen, vilket ger en Debye-attraktion.
Vätebindning
Ibland grupperad i den kemiska mekanismen för vidhäftning, kan vätebindning öka vidhäftningsstyrkan genom den dispersiva mekanismen. Vätebindning sker mellan molekyler med en väteatom fäst vid en liten , elektronegativ atom som fluor , syre eller kväve . Denna bindning är naturligt polär, där väteatomen får en lätt positiv laddning och den andra atomen blir något negativ. Två molekyler, eller till och med två funktionella grupper på en stor molekyl, kan sedan attraheras till varandra via Keesom-krafter.
Faktorer som påverkar vidhäftningsstyrkan
Vidhäftningsstyrkan av den dispersiva mekanismen beror på en mängd olika faktorer, inklusive den kemiska strukturen hos de molekyler som är involverade i limsystemet, graden i vilken beläggningar väter varandra och ytjämnheten vid gränsytan .
Kemisk sammansättning
Den kemiska strukturen hos materialen som är involverade i ett givet adhesivsystem spelar en stor roll i vidhäftningen av systemet som helhet eftersom strukturen bestämmer typen och styrkan hos de intermolekylära interaktionerna som finns. Allt lika, större molekyler, som upplever högre spridningskrafter, kommer att ha en större vidhäftningsstyrka än mindre molekyler med samma grundläggande kemiska fingeravtryck. På liknande sätt kommer polära molekyler att ha Keesom- och Debye-krafter som inte upplevs av opolära molekyler av liknande storlek. Föreningar som kan vätebinda över limgränsytan kommer att ha ännu större vidhäftningsstyrka.
Vätning
Vätning är ett mått på den termodynamiska kompatibiliteten hos två ytor. Om ytorna är väl matchade kommer ytorna att "önska" att interagera med varandra, vilket minimerar ytenergin för båda faserna, och ytorna kommer i nära kontakt. Eftersom de intermolekylära attraktionerna starkt korrelerar med avstånd, ju närmare de interagerande molekylerna är tillsammans, desto starkare attraktion. Således kommer två material som väter väl och har en stor mängd ytarea i kontakt att ha starkare intermolekylära attraktioner och en större vidhäftningsstyrka på grund av den dispersiva mekanismen.
Grovhet
Ytjämnhet kan också påverka vidhäftningsstyrkan. Ytor med grovhet på skalan 1–2 mikrometer kan ge bättre vätning eftersom de har en större yta. Således kan fler intermolekylära interaktioner på närmare avstånd uppstå, vilket ger starkare attraktioner och större vidhäftningsstyrka. När grovheten väl blir större, i storleksordningen 10 mikrometer, kan beläggningen inte längre väta effektivt, vilket resulterar i mindre kontaktyta och en mindre vidhäftningsstyrka.
Makroskopisk form
Vidhäftningsstyrkan beror också på limkontaktens storlek och makroskopiska form. När en styv punch [ jargong ] med ett platt men konstigt format ansikte försiktigt dras bort från sin mjuka motsvarighet, uppstår inte lossningen omedelbart. Istället börjar lösgöringsfronter i spetsiga hörn och färdas inåt tills den slutliga konfigurationen uppnås. Huvudparametern som bestämmer vidhäftningsstyrkan för plana kontakter verkar vara kontaktens maximala linjära storlek. Processen att lossna kan som observerats experimentellt ses i filmen. [ förtydligande behövs ]
System dominerade av dispersiv vidhäftning
Alla material, även de som vanligtvis inte klassificeras som lim, upplever en attraktion till andra material helt enkelt på grund av spridningskrafter. I många situationer är dessa attraktioner triviala; dispersiv adhesion spelar emellertid en dominerande roll i olika adhesiva system, speciellt när flera former av intermolekylära attraktioner är närvarande. Det har visat sig med experimentella metoder att den dispersiva vidhäftningsmekanismen spelar en stor roll i den totala vidhäftningen av polymera system i synnerhet.