Адгезия

Классификация адгезивных систем

Существует 2 вида систем – для эмали и для дентина. В состав композита первого типа входит жидкий гидрофобный мономер. Для защиты костной ткани используется прокладка, предотвращающая токсическое воздействие на дентин.

Системы для дентина называют праймерами. Они отличаются различным химическим составом, механическими показателями, а также техникой использования. На данный момент можно выделить семь поколений праймеров:

1. В 70-х годах прошлого века в основе системы адгезии были бонд и кальций.
2. В начале 80-х годов стоматологи начали использовать смазанный слой. Целью являлось устранение плохого сцепления между веществом и дентином.
3. К концу десятилетия появилась система на основе праймера и адгезива. Применение двух компонентов позволило стоматологам использовать для реконструкции зубного ряда не только металл, но и керамику.
4. В 90-х годах революционным открытием стал гибридный слой между дентином и композитом. Вещество взаимодействует с матрицей костной ткани, при этом формируется промежуточный слой.
5. Система пятого поколения однокомпонентная, но в ее состав входит и праймер, и адгезив. Вещество широко используется и в настоящее время.
6. Усовершенствование системы шестого поколения заключалось в сокращении этапов работы стоматолога. Достаточно смешать два раствора и нанести вещество на эмаль или дентин, не применяя предварительно технику протравливания, диффузии и создания гибридной зоны.
7. В данное время существует один композит седьмого поколения – iBond от Heraeus Kulzer. По сути, он представляет усовершенствованную модель предыдущей системы, а отличается тем, что вещество помещено в одну емкость.

Этапы проведения процедуры

Порядок проведения процедуры:

1. Сначала фосфорной кислотой протравливают эмаль в течение 5 с, затем — дентин на протяжении 5 с. После чего водной струей смывают кислоту без дальнейшего высушивания.
2. Полость в течение 30 с промывают 95%-м спиртом. Его наносят с помощью шприца, распределяя по полости кисточкой либо с помощью смоченного ватного шарика, втирая в поверхность. Для адгезивов 4 поколения необходим спирт, если используются препараты 5 поколения и выше, то применяется раствор, содержащий 95%-й спирт и 2%-й хлоргексидин.
3. После спирта поверхность не сушат, а сразу втирают адгезив. Он втирается 3 раза, а затем сушится. В конце применяют жидкотекучий композит и полимеризуют поверхность.

Методы повышения адгезии

Адгезионные свойства материалов можно как улучшить, так и ухудшить. Это непостоянная величина. Например, в наносимые на поверхность составы добавляются различные примеси, которые повышают способность к проникновению и прилипанию. Используются вещества, играющие роль промежуточного слоя, например специальные грунтовки или контактные жидкости.

Обезжиривание поверхности – еще один верный метод усиления способности к сцеплению.

Для повышения адгезии используют целый комплекс мер, призванных воздействовать на физические и химические свойства материала. Существует 3 способа подготовки поверхности, улучающие адгезию:

• Механический. Это может быть обработка абразивом для придания шероховатости, нанесение насечек, а также очистка от пыли и любых загрязнений.
• Химический. Примешивание специальных добавок и пластификаторов в наносимый раствор.
• Физико-химический. К нему относится обработка грунтовочными составами, а также шпаклевание.

Максимально проявляют эффективность такие методы при сцеплении разнородных поверхностей, обладающих различными физическими и химическими свойствами.

Кроме этого, существует ряд факторов, снижающих качество сцепления материалов:

• Пыльные или жирные поверхности без предварительной обработки очищающими и обезжиривающими составами склеить практически невозможно.
• Качество прилипания будет очень низким и в том случае, если одну или обе поверхности обработать составом, снижающим пористость.
• Адгезионные свойства могут ухудшиться во время схватывания и высыхания материалов. При переходе из жидкого в твердое состояние могут измениться химические и физические свойства веществ. Например, многие растворы дают усадку. В результате этого уменьшается площадь соприкосновения с основанием. Тогда появляются растягивающие напряжения, из-за которых, в свою очередь, образуются трещины. В итоге сцепление материалов становится менее прочным, ненадежным.

Простой пример. Если оштукатурить бетонную стену без правильной подготовки, покрытие быстро отвалится. Это связано со множеством факторов, к которым относятся:

• запыление поверхности;
• усадка штукатурного слоя;
• отсутствие добавок, усиливающих адгезию и т. д.

Поэтому при работе со старым бетоном следует использовать комплексный подход, для которого нужно:

• тщательно очистить поверхность;
• нанести насечки топором или перфоратором;
• обработать специальной грунтовкой, усиливающей адгезию;
• в штукатурку добавить пластификатор, повышающий эластичность раствора.

Адгезионные свойства строительных и отделочных материалов

Адгезия строительных и отделочных материалов осуществляется, преимущественно, по принципу механического и химического соединения. В строительстве используется большое количество различных веществ, эксплуатационные характеристики и специфика взаимодействия которых кардинальным образом отличаются. Разделим их на три основные группы и охарактеризуем более подробно.

Лакокрасочные материалы

Адгезия ЛКМ к поверхности основания осуществляется по механическому принципу. При этом, максимальные показатели прочности достигаются в том случае, если рабочая поверхность материала имеет шероховатости или пористая. В первом случае существенно увеличивается площадь соприкосновения, во втором, краска проникает в поверхностный слой основания. Кроме того, адгезионные свойства ЛКМ увеличиваются благодаря различным модифицирующим добавкам:

• органосиланы и полиорганосилоксаны оказывают дополнительное гидрофобизирующее и антикоррозионное действие;
• полиамидные и полиэфирные смолы;
• металлоорганические катализаторы химических процессов отвердения ЛКМ;
• балластные мелкодисперсные наполнители (к примеру, тальк).

  Краска с тальковым наполнителем — не вспучивающийся антипирен

Строительные штукатурки и сухие клеящие смеси

До недавнего времени, строительные и отделочные работы велись с использованием различных растворов на основе гипса, цемента и извести. Зачастую, их смешивали в определённой пропорции, что давало ограниченное изменение их основных свойств. Современные готовые сухие строительные смеси: стартовые, финишные и мультифинишные штукатурки и шпаклевки, имеют гораздо более сложный состав. Широко применяются добавки различного происхождения:

• минеральные – магнезиальные катализаторы, жидкое стекло, глиноземистый, кислотоустойчивый или безусадочный цемент, микрокремнезём и т.п
• полимерные – диспергируемые полимеры (ПВА, полиакрилаты, винилацетаты и т.п.).

Такие модификаторы существенно изменяют следующие основные характеристики строительных смесей:

• пластичность;
• водоудерживающие свойства;
• тиксотропность.

  Пример плохой адгезии штукатурки к кирпичной стене

Важно: Использование полимерных модификаторов дает более выраженный эффект усиления адгезии. Однако образование устойчивых соединений полимерных пленок на границе разнотипных материалов (основание — твердеющая штукатурка) возможно только при определенной температуре

Этот термин называется минимальной температурой пленкообразования-МТП. У разных штукатурок она может быть различной от +5°С до +10°С. Во избежание расслоения , необходимо точно придерживаться рекомендаций производителя относительно температуры, как основания, так и окружающей среды.

Герметики

Герметики, использующиеся в строительстве, различают по трём различным типам, каждый из которых требует определённых условий для высокопрочной адгезии с материалом основания. Рассмотрим каждый тип подробнее.

• Высыхающие герметики. В состав входят различные полимеры и органические растворители: бутадиен-стирольные или нитрильные, хлоропреновый каучук и т.п. Как правило, имеют пастообразную консистенцию с вязкостью 300-550 Па. В зависимости от вязкости, наносятся либо шпателем, либо кистью. После их нанесения на поверхность, необходимо определённое время для высыхания (испарения растворителя) и образования полимерной плёнки.

  Высыхающий акриловый герметик

• Не высыхающие герметики. Состоят, как правило, из каучука, битума и различных пластификаторов. Имеют ограниченную устойчивость к высокой температуре, не более 700С-800С, после чего начинают деформироваться.

  Битумный не высыхающий состав, используется для герметизации ливневой водосточной системы

• Отверждающиеся герметики. После их нанесения, под воздействием различных факторов: влага, тепло, химические реагенты, происходит необратимая реакция полимеризации.

  Приготовление двухкомпонентного полиуретанового герметика Сазиласт

Из всех перечисленных разновидностей, отверждающиеся герметики обеспечивают максимальную надёжность сцепления с микро неровностями поверхности основания. Кроме того, они устойчивы к высоким температурам, механическим и химическим воздействиям. Они имеют оптимальное сочетание жёсткости и вязкости, позволяющее сохранять первоначальную форму. Однако, являются наиболее дорогостоящими и сложными в использовании.

Что такое адгезия в строительстве?

Строительный мир зависит от множества физических явлений и свойств, которые являются основой для грамотного соединения материалов различного вида и фактуры. Именно адгезия отвечает за соединение различных веществ между собой. С латинского языка слово переводиться как «прилипание». Адгезия может измеряться и иметь разные значения, в зависимости от поведения молекулярных сеток разных веществ и материалов между собой. Если речь идет о строительных работах, то здесь адгезия часто выступает как «смачиватель» между материалами за счет воды или влажных работ. Это может быть грунтовка, покраска, цемент, клей, раствор или пропитка. Значение адгезии значительно снижается, если происходит усадка материалов.

Строительные работы напрямую связаны с проникновением веществ и материалов друг в друга. Наглядно и быстро увидеть данный процесс можно при малярных обработках, изоляционных техниках, сварочных и паяльных работах. В результате мы видим быстрое прилипание или сцепление материалов между собой. Происходит это не только из-за грамотного проведения работ и профессионализма работников, но и адгезии, которая является основой для связующих молекулярных сеток разных веществ. Понимание этого процесса можно проследить во время перерывов при заливании бетонных конструкций, лакокрасочных работах, посадке декоративной плитки на цемент или клей.

Как её измеряют?

Величина сцепления адгезии измеряется в МПа (мега Паскаль). Единица МПа измеряется в прикладываемой силе в 10 килограмм, которая давит на 1 квадратный сантиметр. Чтобы разобрать это на практике, рассмотрим случай. Клеящий состав в характеристике имеет обозначение в 3 МПа. Это означает, что для приклеивания определенной детали, на 1 кв. см нужно использовать силу или приложить усилие равно 30 килограммам.

Что влияет на неё?

Любая рабочая смесь проходит через различные этапы и процессы, пока полностью не проявит свои заявленные производителем свойства. Пока она схватывается, адгезия может меняться из-за физических процессов, происходящих при высыхании. Также немаловажную роль играет усадка растворной смеси, в результате чего контакт между материалами растягивается и появляются усадочные трещины. В результате такой усадки сцепление материалом между собой на поверхности ослабевает. Например, в реальном строительстве этого хорошо видно при контакте старого бетона с новой кладкой строительных смесей.

Как улучшить свойства?

Многие строительные материалы и вещества по своей природе не имеют возможность сильно схватываться друг с другом. У них разный химический состав и условия образования. Для решения этой проблемы в ремонтных и строительных работах давно припасен целый арсенал техники хитростей, которые помогают улучшать адгезию между материалами. Чаще всего речь идет о целом комплексе работ, которые требуют временных и физических затрат.

https://youtube.com/watch?v=Zz0gRjM8rVs

В строительстве применяют сразу три способа для улучшения адгезии. К ним относят:

• Химический. Добавление в материалы специальных примесей, пластификаторов или добавок для получения лучшего эффекта.
• Физико-химический. Обработка поверхностей специальными составами. Шпаклевка и грунтовка относится к физико-химическому воздействию на «прилипание» материалов друг к другу.
• Механический. Для улучшения сцепления применяют механическое воздействие в виде шлифовки для появления микроскопических шероховатостей. Также применяют физическое нанесение насечек, абразивную обработку и устранение пыли и грязи из поверхности.

Адгезия основных строительных материалов

Рассмотрим детально, как реагируют материалы друг на друга, которые применяются при строительстве чаще всего.

• Стекло. Хорошо контактирует с жидкими веществами. Показывает идеальную адгезию с лаками, красками, герметиками, полимерными составами. Жидкое стекло прочно фиксируется с твердыми пористыми материалами
• Дерево. Идеальная адгезия происходит между деревом и жидкими строительными веществами – битумом, красками и лаками. На цементные растворы реагирует очень плохо. Для связывания дерева с другими строительными материалами используют гипс или алебастр.
• Бетон. Для кирпичей и бетона главной составляющей успешной адгезии выступает влага. Для получения хорошего результата поверхности необходимо все время смачивать, а жидкие растворы использовать на основе воды. Хорошо реагирует на материалы с пористой и шероховатой структурой. С полимерными веществами контакт происходит значительно хуже.

Заключение:

Физические свойства

Когда рабочая смесь (грунтовка, краска, шпаклевка) схватываются, в ней происходит целый ряд сложных процессов, в результате которых физические свойства значительно изменяются. Например, когда краска сохнет и дает усадку, поверхность контакта с окрашиваемой стеной немного сокращается. Возникает растягивающее напряжение, нередко приводящее к появлению микротрещин. Из-за этого сцепление двух поверхностей значительно ослабевает.

У отдельных веществ изначальное сцепление различается. К примеру, если наносить слой свежего бетона поверх старого, то оно будет составлять не более 1 МПа.

Соответственно, при засыхании слой бетона будет просто осыпаться или же держаться не крепко и не долго. А вот строительные смеси, содержащие в себе сложные химические компоненты, улучшающие связь с гладкой поверхностью, могут похвастать куда лучшим показателем – 2 МПа и даже больше.

Поэтому при схватывании они образуют надежную и долговечную связь.

Смеси и растворы

Разобравшись, что такое адгезия в строительстве, будет полезно понять, для каких материалов она является особенно важной в сфере строительства. В первую очередь это:

Лакокрасочные материалы. От их адгезивности зависит глубина проникновения, качество прилипания, а значит и долговечность покрытия. Хорошая адгезия гарантирует, что краска будет крепко держаться на основании, и даже серьезные механические нагрузки не навредят ей.
Гипсовые смеси. Декоративная отделка мягкими, привлекательными и легкими в обработке веществами станет невозможной при плохом сцеплении с  основанием.
Раствор для кирпичной кладки. В этом случае разговор идет не об эстетической стороне строительства, а скорее о безопасности возведения зданий. Если раствор имеет слабую адгезию, это повлияет на прочность и долговечность кирпичной кладки.
Клеящие растворы, включая герметики

Важно своевременно узнать, какие материалы обеспечивают хорошее прилипание. Применение неподходящих смесей приводит к снижению качества соединений.

Как видите, без высокой адгезионной способности материалов нельзя построить дом, не говоря уж про то, чтобы сделать его привлекательным.

Повышение качества сцепления

Соответственно и методы достижения желаемого результата значительно различаются. Сегодня доступно несколько вариантов обработки поверхности:

1. Механическое – шлифование.
2. Химическое – эластификация.
3. Физико-химическое – нанесение грунтовки.

Лучшего результата при проведении ремонтно-строительных работ можно достичь, если две контактирующие поверхности имеют не только разный химический состав, но и условия образования.

Проведение измерений

Чтобы работа адгезии была качественной, обеспечивая надежное соединение слоев строительных и отделочных материалов, необходимо регулярно осуществлять контроль качества. Лучше всего использовать для этого специальный адгезиметр. Современные образцы позволяют точно устанавливать эффективность адгезии с усилием до 10 кН.

При этом измеряется усилие, необходимое для отделения слоя от рабочей поверхности. Причем отделение нужно производить строго перпендикулярно рабочей плоскости. Адгезиметр имеет доступную цену и при этом имеет небольшие размеры, что упрощает процесс использования, позволяя моментально получать результаты. Прибор укомплектован несколькими “грибками” – металлическими цилиндрами с основанием разной площади, что дает возможность выбрать подходящий. Измерение проходит в несколько этапов:

1. “Грибок” соединяется с проверяемой поверхностью мощным клеем.
2. “Грибок” вставляется в прибор.
3. Механизм отрыва медленно вращается, пока покрытие не отрывается от основания.
4. Изучаются показания прибора, фиксирующего момент отрыва.

Принцип использования современных адгезиметров прост, благодаря чему использовать их могут даже непрофессионалы.

Как травят эмаль

Данный способ обработки подразумевает удаление с эмали части слоя в 10 микроньютонов (мкН). В результате на ее поверхности появляются поры глубиной в 5 – 50 мкН. Нередко для протравки эмаль смазывают ортофосфорной кислотой, а вот для дентина можно использовать органические кислоты, но в слабой концентрации.

Процесс травления длится от 30 до 60 секунд. Решающее значение имеют индивидуальные особенности строения эмалевой поверхности, в частности ее изначальная пористость. Если передержать кислоту, это неизбежно скажется на структуре эмали и ослабит сцепление. Так что если зубные ткани у пациента довольно слабые, то протравка должна длиться не дольше 15 секунд. Кислота удаляется струей воды, причем столько же по времени, сколько ее держат на эмали.

Праймеры различных поколений

За все время существования адгезивных систем в стоматологии, используемых именно для дентина, их сменилось 7 поколений. Отмечается тенденция упрощения процедуры, но при этом адгезия становится выше и качественней.

Существует несколько поколений праймеров

Первое поколение – это самые первые системы, которые стали использоваться примерно с конца 70-х годов ХХ века. Они хороши для использования при работе с эмалью, но вот к дентину прикрепляются достаточно плохо. Адгезия происходила во время контакта самого бонда и кальция в дентине. Как правило, первые проблемы таких систем начинали появляться спустя несколько месяцев после выполнения стоматологом своей работы. Также после проведения манипуляций в области жевательных зубов отмечалась повышенная чувствительность.

Первое поколение

Системы второго поколения пришли на стоматологический рынок в начале 80-х. У них отмечалась повышенная адгезия к дентину, однако для надежной фиксации композитов ее не хватало. Также при применении таких систем были отмечены микроподтекания, а чувствительность после вмешательства оставалась. А примерно спустя год после стоматологических манипуляций 30% реставраций приходили в негодность.

Второе поколение

С течением времени стоматологические адгезивы изменились – и только в лучшую сторону

Адгезивы третьего поколения появились в конце 80-х, они стали двухкомпонентными, то есть включали в себя адгезив и праймер. Повысились показатели адгезии, стало возможным проводить препарирование зубов – началась эра ультраконсервативной стоматологии. Чувствительность зубов после операции снизилась. Но агенты-бонды оставались недолговечными – примерно через три года они теряли свои первоначальные качества. Но на жевательных зубах адгезивы стали уже применяться активнее.

Третье поколение

Адгезивы в стоматологии

Далее родилось четвертое поколение адгезивных систем – примерно в начале 90-х ХХ века они появились в кабинетах стоматологов и позволили увеличить адгезию еще больше, при этом снизив чувствительность зубов. Появилось понятие гибридного слоя и протравка при работе с дентином. Главный недостаток систем того поколения – необходимость смешивания компонентов в точных пропорциях. Это достаточно сложно делать на глаз.

Четвертое поколение

Пятое поколение позволило избавиться от проблем, связанных со смешиванием – появились готовые смеси, содержащие и праймер, и адгезив одновременно. Здесь тоже проводилась протравка эмали и дентина. Такие системы используются до сих пор и остаются очень популярными за счет высоких показателей соединения и отсутствия необходимости смешивать компоненты.

Пятое поколение

В пятом поколении появились уже готовые смеси

Адгезивные составы шестого поколения позволили избавиться от этапа протравливания. Все используемые вещества являются самопротравливающими, но их нужно смешивать перед применением. Но, тем не менее, в работе они проще, чем предыдущие варианты. Минус – ухудшение адгезии к эмали со временем. С дентином такой проблемы не возникает.

Шестое поколение

Последнее — седьмое — поколение еще не до конца сформировано. Сейчас пока есть только одна система такого типа. Отличие от предыдущей вариации – нет необходимости смешивать различные компоненты, производители все сделали заранее.

Седьмое поколение

Способы увеличения адгезии к различным материалам

Более подробно остановимся на методах повышения адгезии для различных материалов, применяемых в строительстве.

Бетон

Бетонные стройматериалы и конструкции повсеместно применяются в строительстве. За счёт высокой плотности и гладкости поверхности их  потенциальные адгезионные показатели довольно низкие. Для увеличения прочности соединения отделочных составов необходимо учесть следующие параметры:

сухая или влажная поверхность. Как правило, адгезия к сухой поверхности выше. Однако были разработаны множество клеевых смесей, требующих предварительного смачивания поверхности основания

В данном случае необходимо обращать внимание на требования производителя;

температура окружающей среды и основания. Большинство отделочных материалов наносится на бетонные поверхности при температуре воздуха не менее +5°С…+7°С

При этом бетон не должен быть замёрзшим;

грунтовка. Используется в обязательном порядке. Для плотных бетонов, это составы с наполнителем из кварцевого песка (бетонконтакт), для пористых бетонов (пено-, газобетон), это грунтовки глубокого проникновения на основе акриловых дисперсий;

добавление модификаторов. Готовые сухие штукатурные смеси уже имеют в своем составе различные адгезионные добавки. Если штукатурка замешивается самостоятельно, то в неё рекомендуется добавить: ПВА, акриловую грунтовку, вместо такого же количества воды, силикатный клей, придающий отделочному материалу дополнительные влагоотталкивающие свойства.

Результат нанесения цементной штукатурки на переохлажденную поверхность основания

Нанесение кварцевой грунтовки Knauf бетонконтакт

Металл

Ключевую роль в прочности соединения лакокрасочных материалов с металлической поверхностью играет способ и качество подготовки поверхности. В домашних условиях рекомендуется выполнить следующие действия:

• обезжиривание – обработка металла различными растворителями: 650, 646, Р-4, уайт-спирит, ацетон, керосин. В крайнем случае, поверхность протирается бензином;
• матирование – обработка основания абразивными материалами;
• грунтование – использование специальных красок праймеров. Они реализуются в комплекте с декоративными ЛКМ определённого типа.

Алюминий также подвержен коррозии, особенно при воздействии агрессивных веществ

Древесина и древесные композиты

Древесина является пористой поверхностью с большим количеством неровностей и не испытывает особых проблем с прочностью соединения отделочных материалов. Но нет предела совершенству, поэтому были разработаны различные технологии для улучшения адгезии в сочетании с сохранением защитных и декоративных свойств самой отделки. Их использование, к примеру, в сочетании с акриловыми красками, значительно улучшает атмосферостойкость, устойчивость к ультрафиолетовому выцветанию, придает биологическую защиту материалу. Поверхность древесины обрабатывается самыми разнообразными грунтовками, чаще всего, на основе боразотных соединений и нитроцеллюлозы.