Адгезивные системы

Термин «адгезия»

Композиционные материалы применяются уже более чем 30 лет в стоматологической практике и именно им уделяют сегодня особое внимание. В последние годы существенно удалось усовершенствовать физические и оптические свойства композиционных материалов, выявить новые механизмы сцепления с тканями зуба и усовершенствовать клиническую методику применения композитов

Всё это привело к расширению показаний к применению композитов. Они используются для реставрации фронтальных зубов с дефектами кариозного и не кариозного происхождения, а также для эстетического и функционального устранения различных пороков развития зубов.

С целью улучшения сцепления материала с тканями зуба в последние годы особое внимание уделяется адгезивным средствам, улучшающим фиксацию пломбировочного материала не только с поверхностью эмали, но и дентина.Работы по применению адгезивных методов при реставрации зубов ведутся уже почти пятьдесят лет. Слово «адгезия» происходит от латинского «adhaesio», что означает «прилипание», слипание поверхностей двух разнородных твердых или жестких тел

Термины «адгезия» и «адгезивная система» в дентальной терминологии характеризуют материалы, которые при наложении на поверхность могут соединяться вместе, сопротивляясь разъединению и передавая нагрузку через поверхность связывания. Сила присоединения или сила адгезии измеряется силой, которую способен выдержать адгезив без разрушения

Слово «адгезия» происходит от латинского «adhaesio», что означает «прилипание», слипание поверхностей двух разнородных твердых или жестких тел. Термины «адгезия» и «адгезивная система» в дентальной терминологии характеризуют материалы, которые при наложении на поверхность могут соединяться вместе, сопротивляясь разъединению и передавая нагрузку через поверхность связывания. Сила присоединения или сила адгезии измеряется силой, которую способен выдержать адгезив без разрушения.

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

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

Невысыхающие 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 невысыхающий 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 микронеровностями 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.

Прочность адгезии

Прочность адгезии представляет собой показатель того, как плотно сцепляются между собой те или иные вещества. На сегодняшний день прочность адгезионного взаимодействия двух веществ можно определить, используя три группы специально-выработанных методов:

1. Методы отрыва. Они подразделяются еще на множество способов определения адгезионной прочности. Для определении степени сцепления двух материалов необходимо постараться, используя внешнюю силу разорвать связь между вещества. В зависимости от скрепленных материалов здесь можно применять метод одновременного отрыва, или метод последовательного отрыва.
2. Метод фактической адгезии без вмешательства в конструкцию, созданную путем сцепления двух материалов.

При использовании разных методов могут получиться различные показатели, которые зависят во многом от толщины двух материалов

Берется во внимание скорость отслаивания и угол, под которым необходимо осуществлять разъединение

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).

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.

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

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.

Адгезивные системы 5 поколения

В адгезивных системах 5 поколения удалось устранить проблему смешивания – была реализована концепция “одной бутылочки”, т.е. адгезив и праймер были помещены в одну емкость (стали однокомпонентными).

Применение однокомпонентных систем также предусматривает тотальное травление эмали и дентина. Механизм их соединения аналогичен механизму адгезии систем 4 поколения. Эти материалы имеют хорошие показатели адгезии к эмали, дентину, керамике и металлу (на уровне 20-25 МПа), но самое главное их достоинство – это отсутствие этапа смешивания компонентов, некачественное выполнение которого и приводило к снижению показателей адгезии в системах четвертого поколения.

Адгезивные системы пятого поколения до сих пор являются наиболее популярными, так как они просты в использовании и дают предсказуемый результат. Постоперационная чувствительность при их применении также невысока.Но сила адгезии, как ни крути, хуже, чем у нашего «золотого стандарта» — четвертого поколения.

Принципы работы с адгезивными системами

Каких-либо особенных принципов работы с адгезивными системами не имеется, в отличии от предыдущих, но всё же считаю, что это следует оговорить.

1. Протравливание поверхности эмали в течение 15 секунд при помощи 37% фортофосфорной кислоты, входящей в состав травильных гелей, добавление геля на дентин на 15 секунд;
2. Удаление травильного геля струей проточной воды в течение 30 секунд;
3. Высушивание эмали и дентина (контроль качества протравки — протравленная эмаль имеет матовый оттенок, дентин не должен быть пересушенным – влажным блестящим);
4. Внесение адгезивной системы на эмаль и дентин кариозной полости при помощи аппликатора (экспозиция 15 секунд);
5. Распределение адгезивной системы при помощи слабой струи воздуха;
6. Фотополимеризация адгезивной системы;
7. Внесение композиционного материала.

Адгезивные системы 6 поколения

Очередной задачей разработчиков при совершенствовании адгезивных систем явилась необходимость удаления из перечня выполняемых процедур этапа протравки. В системах шестого поколения эта проблема решена.

Адгезивные системы 6 поколения являются одношаговыми самопротравливающими системами, которые находятся в 2 бутылочках и требуют смешивания непосредственно перед применением. Затем система наносится на эмаль и дентин. При этом одновременно обеспечиваются протравливание, диффузия в ткани зуба и образование гибридной зоны.

По сравнению с адгезивными системами 4 и 5 поколений они проще в применении, работе с ними требует меньше времени за счет сокращения количества этапов, уменьшается риск технической ошибки.

Однако, адгезия к дентину (18-23 МПа) со временем практически не меняется, тогда как адгезия к эмали ухудшается.

Этапы работы с адгезивными системами 6 поколения:

1. вне полости рта производится смешивание компонентов адгезивной ситемы (внутри одноразовой упаковки или в специальной ячейке);
2. внесение адгезивной системы на эмаль и дентин кариозной полости при помощи аппликатора (экспозиция 15 секунд);
3. распределение адгезивной системы при помощи слабой струи воздуха;
4. фотополимеризация адгезивной системы;
5. внесение композиционного материала.

Адгезивные системы 7 поколения

Я не считаю правильным выделять адгезивные системы 7 поколения, их можно просто назвать отдельным подтипом шестого, т.к. все механизмы и принципы работы остаются теми же. Разница лишь в том, что компоненты не нужно смешивать предварительно перед нанесением, они уже все в одной баночке. Да, удобно и практично, но отдаленных результатов использования этих систем нет.

Адгезивные системы 8 поколения

Также состоит из одной баночки, отличие от седьмого в том, что оно содержит наночастицы, которые более глубоко проникают в дентинные канальцы, улучшая при этом адгезию. Отдаленных результатов использования пока нет.

У шестого, седьмого и восьмого поколения сложно проконтролировать этап протравливания. Хорошо это или плохо — нельзя сказать однозначно. Многие врачи все равно при использлвании этих систем предварительно травят эмаль. Но тогда мы увеличиваем время воздействия кислоты на ткани зуба. Ему это понравится?

Также существует зависимость от уровня рН адгезивной системы и ее токсичности. Чем меньше рН, тем более сильное токсическое действие она оказывает. А наиболее низкая рН у шестого,седьмого и восьмого поколения. В любом случае, выбор остается за доктором. Вопрос лишь в том, насколько он осведомлен о составах, механизмах и принципах использования адгезивных систем. Какая цель у врача: сделать быстро или сделать качественно? Выбор за Вами

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.

Адгезия – что это такое в строительстве

Клей с повышенными адгезионными свойствами образует достаточно прочную связь, чтобы соединить гладкие поверхности.

Что такое когезия? Прочность, которую обеспечивает сам клей при застывании. Например, пластилин может временно закрепить собой два предмета, однако под действием веса одного из них материал легко разрушается. Клеевой состав с хорошей когезией обеспечивает прочность связи.

Величина эта относительная, так как зависит от характера и веса склеиваемых предметов. Так, этикетка, прикрепляемая к бутылке, обладает минимальным весом, и чтобы удержать, ее достаточно смеси с довольно низкими когезионными качествами. А вот клей плиточный с адгезий к бетону должен обладать повышенной когезий, поскольку плитка – изделие тяжелое.

Замешивание раствора для плитки

Еще один важный параметр состава – способность сохранять прочность соединения при разных температурах. В быту используются смеси, обеспечивающие схватывание при нормальной температуре, то есть, около 20–30 С. Однако уже в строительных работах, при креплении камня и керамики, при фиксации металлических панелей и кирпича этого недостаточно. Выпускают разные виды изделия, предназначенные для эксплуатации при разных температурах.

Адгезия, когезия, температурный рабочий диапазон продукта регламентируется ГОСТ.

Как измеряется адгезия?

Технология измерения адгезии, способы испытания, а также все показатели прочности соединения материалов указаны в следующих нормативах:

• ГОСТ 31356-2013 — шпаклёвки и штукатурки;
• ГОСТ 31149-2014 — лакокрасочные материалы;
• ГОСТ 27325 — ЛКМ к дереву и т.п.

Способ определения адгезии лакокрасочных покрытий методом решётчатого надреза

Если раньше адгезионные характеристики материалов можно было измерять только в лабораторных условиях, то на данный момент существует множество приборов, которые можно использовать непосредственно на строительной площадке. Большинство методов измерения адгезии, как «полевых», так и лабораторных связаны с разрушением внешнего, покрывающего, слоя. Но есть несколько устройств, принцип действия которых основан на ультразвуке.

Таблица классификации результатов испытания лакокрасочных материалов

Нож адгезиметр. Используется для определения параметров адгезии методом решётчатых и или параллельных надрезов. Применяется для лакокрасочных и плёночных покрытий толщиной до 200 мкм.

Нож адгезиметр, модель Константа-КН2

Пульсар 21. Устройство определяет плотность материалов. Используется для выявления трещин и расслоений в бетоне как штучном, так и монолитном. Существуют специальные прошивки и подпрограммы, которые по плотности прилегания, позволяют определить прочность адгезии штукатурок различных типов к бетонным поверхностям.

Ультразвуковой измеритель адгезии, Пульсар 21

СМ-1У. Используется для определения адгезии полимерных и битумных изоляционных покрытий методом частичного разрушения – сдвига. Принцип измерения основан на выявлении линейных деформаций изоляционного материала. Как правило, применяется для определения прочности изоляционного покрытия трубопроводов. Допускается использование для проверки качества нанесение битумной гидроизоляции на строительные конструкции: стены подвалов и цокольных этажей, плоские крыши и т.п.

Адгезиметр СМ-1У

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.