Độ Bám Dính và Góc Tiếp Xúc Của Nylon

Liên Kết Bám Dính, Góc Tiếp Xúc và Tính Chất Bề Mặt Của Nylon (Polyamide)

Polyamide, còn được gọi là nylon, là loại nhựa hiệu suất cao với khả năng chống hóa chất vượt trội. Nylon có tính hút ẩm và hấp thụ hơi ẩm từ không khí. Chính hơi ẩm gây ra các vấn đề về độ bám dính. Nylon có tính kỵ nước và độ thấm ướt bề mặt thấp. Câu hỏi – Nylon kỵ nước, ưa nước, hay có thể cả hai?

Polyamide là polymer chứa các liên kết amide (–CO-NH–) lặp lại. Việc sản xuất các loại polyamide khác nhau tùy thuộc vào đơn vị monomer của chúng. Chúng có thể là mạch thẳng (aliphatic), bán mạch thơm hoặc mạch thơm (aramid). Dựa trên độ kết tinh, chúng có thể là vô định hình, bán kết tinh hoặc kết tinh. Các polymer nylon vốn khó dán vì chúng kỵ nước, trơ về hóa học và có độ thấm ướt bề mặt kém (nghĩa là năng lượng bề mặt thấp). Hơn nữa, nylon có tính hút ẩm và sẽ hấp thụ hơi ẩm vượt quá 3% khối lượng của chúng từ khí quyển. Chính hơi ẩm gây ra các vấn đề về độ bám dính.

Khoan đã, các nhận định trên có vẻ trực tiếp mâu thuẫn với nhau. Nylon kỵ nước hay ưa nước? Nghịch lý dường như này được giải quyết khi nhận ra rằng tính kỵ nước của nylon là một tính chất bề mặt, còn tính ưa nước của nó là một tính chất trong lòng vật liệu (bulk). Polyimide cũng thể hiện hành vi này.

Việc xem xét cấu trúc hóa học của đơn vị lặp lại trong polymer, chẳng hạn nhóm Methyl (CH3) kỵ nước ở polyolefin hoặc nhóm Amide ưa nước ở nylon, là một cách đơn giản để xác định polymer đó ưa nước hay kỵ nước. Phương pháp đơn giản nhất để xác định tính chất bề mặt của một polymer là đo góc tiếp xúc với nước, cho cả góc tiếp xúc tĩnh và góc tiếp xúc động.

Những Điểm Chính

• Nylon kỵ nước ở bề mặt nhưng ưa nước trong lòng vật liệu — sự mâu thuẫn dường như này chính là chìa khóa để hiểu về nó.
• Nylon hấp thụ hơi ẩm vượt quá 3% khối lượng của chúng từ khí quyển, và chỉ riêng hơi ẩm cũng gây ra các vấn đề về độ bám dính.
• Các liên kết amide hút nước, tạo nên hành vi trong lòng vật liệu; bề mặt vẫn giữ năng lượng thấp và không thấm ướt.
• Polyimide có hành vi tương tự, nên nguyên tắc này áp dụng rộng hơn ngoài polyamide.

Nylon, giống như hầu hết các polymer, có năng lượng bề mặt thấp. Điều này xuất phát từ hóa học bề mặt và vật lý bề mặt của polymer. Góc tiếp xúc được cho là bị ảnh hưởng bởi cả sự thay đổi trong hóa học bề mặt và sự thay đổi trong địa hình bề mặt. Khi một giọt chất lỏng bám vào bề mặt rắn và bề mặt rắn đó được nghiêng đi, giọt chất lỏng sẽ trượt về phía trước và chảy xuống. Các góc được hình thành lần lượt được gọi là Góc Tiến (Advancing Angle) và Góc Lùi (Receding Angle). Tiêu chuẩn ASTM D724 mô tả các phương pháp đo góc tiếp xúc động (DCA) bằng thiết bị hiện đại (máy đo lực căng quang học và goniometer) để phân tích góc tiến và góc lùi dựa trên phân tích hình dạng giọt và khối lượng.

Góc tiến nhạy cảm nhất với các thành phần năng lượng thấp (chưa biến đổi) của bề mặt vật liệu nền, trong khi góc lùi nhạy cảm hơn với các nhóm năng lượng cao, bị oxy hóa do tiền xử lý bề mặt tạo ra. Do đó, góc lùi thực chất là chỉ số đo đặc trưng nhất cho thành phần đã được biến đổi của bề mặt sau tiền xử lý. Vì vậy, việc đo cả góc tiến và góc lùi trên tất cả vật liệu đã qua xử lý bề mặt là rất quan trọng.

Scott R. Sabreen là người sáng lập và chủ tịch của The Sabreen Group, Inc., một công ty kỹ thuật chuyên về các quy trình sản xuất gia công nhựa thứ cấp — tiền xử lý bề mặt, dán keo, trang trí và hoàn thiện, khắc laser và bảo mật sản phẩm. Ông đã phát triển các công nghệ mới và giải quyết các vấn đề sản xuất trong hơn 30 năm. Có thể liên hệ với Sabreen qua số 972.820.6777 hoặc truy cập www.sabreen.com hoặc www.adhesionbonding.com.

Câu Hỏi Thường Gặp

Nylon kỵ nước hay ưa nước?

Cả hai, và đây không phải là mâu thuẫn. Tính kỵ nước của nylon là một tính chất bề mặt, còn tính ưa nước của nó là một tính chất trong lòng vật liệu. Bề mặt chống thấm ướt và có năng lượng bề mặt thấp; các nhóm amide trong mạch phân tử hút nước, nên phần trong lòng vật liệu hấp thụ ẩm dễ dàng.

Nylon hấp thụ bao nhiêu hơi ẩm?

Vượt quá 3% khối lượng của nó từ khí quyển. Chính hơi ẩm gây ra các vấn đề về độ bám dính, đó là lý do vì sao việc sấy khô đúng cách trước khi ép khuôn là yếu tố quan trọng đối với cả quy trình gia công và hiệu suất của bất kỳ công đoạn dán keo tiếp theo.

Làm thế nào để biết một polymer là ưa nước hay kỵ nước?

Xem xét đơn vị lặp lại trong cấu trúc hóa học của nó. Nhóm methyl, như ở polyolefin, cho thấy hành vi kỵ nước; nhóm amide, như ở nylon, cho thấy hành vi ưa nước. Đây là một kiểm tra sơ bộ nhanh trước khi thực hiện bất kỳ thử nghiệm bề mặt nào.

Vì sao nylon khó dán keo?

Chúng kỵ nước, trơ về hóa học và có độ thấm ướt bề mặt kém do năng lượng bề mặt thấp. Keo dán không thể thấm ướt bề mặt đầy đủ, do đó thường cần tiền xử lý để tăng năng lượng bề mặt và bổ sung chức năng hóa học phân cực.

Polyimide có hành vi giống nylon không?

Có. Polyimide thể hiện cùng sự phân chia giữa hành vi kỵ nước ở bề mặt và hành vi ưa nước trong lòng vật liệu, nên cùng nguyên tắc sấy khô và tiền xử lý được áp dụng.

---