التصاق النايلون: زاوية التماس وخصائص السطح

الربط بالالتصاق وزاوية التماس وخصائص السطح للنايلون (بولي أميد)

البولي أميدات، المعروفة أيضاً بالنايلون، هي مواد بلاستيكية عالية الأداء تتميّز بمقاومة كيميائية ممتازة. والنايلون مادة استرطابية تمتص الرطوبة من الهواء، والرطوبة بحدّ ذاتها تسبب مشكلات الالتصاق. كما أن النايلون كاره للماء وقابلية ترطيب سطحه منخفضة. والسؤال: هل النايلون كاره للماء أم محب للماء، أم كلاهما معاً؟

البولي أميد هو بوليمر يحتوي على روابط أميدية متكررة (–CO-NH–). ويتباين تصنيع أنواع البولي أميد المختلفة تبعاً لوحداتها المونومرية، فقد تكون أليفاتية أو شبه عطرية أو عطرية (أراميدات). وبحسب درجة تبلورها قد تكون غير متبلورة أو شبه متبلورة أو متبلورة. وبوليمرات النايلون صعبة اللصق بطبيعتها لأنها كارهة للماء وخاملة كيميائياً وذات قابلية ترطيب سطحي ضعيفة (أي طاقة سطح منخفضة). وعلاوة على ذلك، فإن النايلون مادة استرطابية تمتص من الغلاف الجوي ماءً يتجاوز 3% من كتلتها. والرطوبة بحدّ ذاتها تسبب مشكلات الالتصاق.

للوهلة الأولى تبدو العبارات أعلاه متناقضة تماماً. فهل النايلون كاره للماء أم محب للماء؟ يُحلّ هذا التناقض الظاهري بإدراك أن سلوك النايلون الكاره للماء هو خاصية سطحية، أما سلوكه المحب للماء فهو خاصية كتلية. ويُظهر البولي إيميد هذا السلوك أيضاً.

يُعدّ فحص التركيب الكيميائي للوحدة المتكررة في البوليمر — مثل مجموعة الميثيل (CH3) في البوليأوليفينات الكارهة للماء، أو مجموعة الأميد في أنواع النايلون المحبة للماء — طريقة بسيطة لتحديد ما إذا كان محباً للماء أم كارهاً له. وأبسط أسلوب لتحديد خصائص سطح البوليمر هو إجراء قياسات زاوية التماس للماء، لكل من زاوية التماس الساكنة وزاوية التماس الديناميكية.

النقاط الرئيسية

• النايلون كاره للماء عند السطح ومحب للماء في الكتلة — والتناقض الظاهري هو مفتاح فهم سلوكه.
• يمتص النايلون من الغلاف الجوي ماءً يتجاوز 3% من كتلته، والرطوبة وحدها تسبب مشكلات الالتصاق.
• الروابط الأميدية تجذب الماء، وهي ما يحدد السلوك الكتلي، في حين يبقى السطح منخفض الطاقة وغير قابل للترطيب.
• ويسلك البولي إيميد السلوك ذاته، ما يعني أن المبدأ ينطبق على مواد أخرى غير البولي أميد.

النايلون، كمعظم البوليمرات، منخفض طاقة السطح، ويعود ذلك إلى كيمياء السطح وفيزياء أسطح البوليمرات. ويُعتقد أن زوايا التماس تتأثر بالتغيرات في كيمياء السطح وبالتغيرات في طوبوغرافيا السطح على حد سواء. فعند تثبيت قطرة على سطح صلب وإمالة هذا السطح، تندفع القطرة إلى الأمام وتنزلق إلى الأسفل، وتُسمى الزاويتان الناتجتان على التوالي زاوية التقدم وزاوية التراجع. ويصف المعيار ASTM D724 طرائق قياس زوايا التماس الديناميكية (DCA) باستخدام معدات متقدمة (مقاييس التوتر البصرية والغونيومترات) لتحليل زاويتي التماس المتقدمة والمتراجعة استناداً إلى تحليل شكل القطرة وكتلتها.

زاوية التماس المتقدمة هي الأكثر حساسية للمكوّنات منخفضة الطاقة (غير المعدَّلة) من سطح الركيزة، في حين أن زاوية التراجع أكثر حساسية للمجموعات المؤكسدة عالية الطاقة التي تُدخلها المعالجة الأولية للسطح. ومن ثم فإن زاوية التراجع هي في الواقع القياس الأكثر تمثيلاً للمكوّن المعدَّل من السطح بعد المعالجة الأولية. ولذلك من الضروري قياس زاويتي التماس المتقدمة والمتراجعة معاً على جميع المواد المعدَّلة سطحياً.

Scott R. Sabreen هو مؤسس ورئيس شركة The Sabreen Group, Inc.، وهي شركة هندسية متخصصة في المعالجة الثانوية للبلاستيك — المعالجة الأولية للسطح، واللصق والتزيين والتشطيب، والوسم بالليزر، وأمن المنتج. وقد عمل على تطوير تقنيات جديدة وحل مشكلات التصنيع لأكثر من 30 عاماً. ويمكن التواصل مع Sabreen على الرقم 972.820.6777 أو بزيارة www.sabreen.com أو www.adhesionbonding.com.

الأسئلة الشائعة

هل النايلون كاره للماء أم محب للماء؟

كلاهما، وهذا ليس تناقضاً. فسلوك النايلون الكاره للماء خاصية سطحية، أما سلوكه المحب للماء فهو خاصية كتلية. فالسطح يقاوم الترطيب وطاقة سطحه منخفضة، في حين تجذب مجموعات الأميد داخل السلسلة الماء، فتمتص الكتلة الرطوبة بسهولة.

ما مقدار الرطوبة التي يمتصها النايلون؟

ما يتجاوز 3% من كتلته من الغلاف الجوي. والرطوبة بحدّ ذاتها تسبب مشكلات الالتصاق، ولهذا فإن التجفيف السليم قبل القولبة أمر بالغ الأهمية للتشغيل ولأداء أي خطوة لصق لاحقة على حد سواء.

كيف يمكن معرفة ما إذا كان البوليمر محباً للماء أم كارهاً له؟

افحصوا الوحدة المتكررة في تركيبه الكيميائي. فمجموعات الميثيل، كما في البوليأوليفينات، تدل على سلوك كاره للماء، ومجموعات الأميد، كما في أنواع النايلون، تدل على سلوك محب للماء. وهذا فحص أولي سريع يُجرى قبل أي اختبار للسطح.

لماذا يصعب لصق النايلون؟

لأنه كاره للماء وخامل كيميائياً وقابلية ترطيب سطحه ضعيفة نتيجة انخفاض طاقة السطح. فالمواد اللاصقة لا تستطيع ترطيب السطح بالقدر الكافي، ولذلك تُشترط عادةً المعالجة الأولية للسطح لرفع طاقة السطح وإضافة مجموعات كيميائية قطبية.

هل يسلك البولي إيميد السلوك ذاته الذي يسلكه النايلون؟

نعم. يُظهر البولي إيميد الفصل ذاته بين السلوك السطحي الكاره للماء والسلوك الكتلي المحب للماء، ولذلك ينطبق عليه المنطق ذاته في ضوابط التجفيف والمعالجة الأولية للسطح.

---