Есть такое шуточное правило, что практически любую вещь можно починить с помощью скотча, вопрос лишь в его количестве. Но существуют инженерные проблемы, в которых даже двусторонний скотч оказывается бессильным, например, если нужно склеить вместе два материала, один из которых – тефлон.

Прочно соединить тефлон с другим материалом – весьма нетривиальная задача, в которой не помогут ни скотч, ни даже суперклей. Всё дело в том, что тефлон, а это всего лишь коммерческое название политетрафторэтилена или фторопласта, при всех своих уникальных свойствах – настоящий кошмар для технологов.

Фото: Babi Hijau/Wikimedia Commons 

Политетрафторэтилен помимо антипригарных покрытий для кухонной утвари используется в качестве химически инертного материала для изготовления лабораторной посуды, технологического оборудования и для нанесения защитных покрытий.

Фото: Hannes Grobe/ Wikimedia Commons

Самое ценное свойство фторопластов – их чрезвычайная химическая инертность. Фторопласту не страшны ни кислоты, ни щёлочи, он не смачивается самыми разными жидкостями, к тому же он не боится высоких температур, при которых другие полимеры уже давно бы расплавились. Но это же свойство сильно затрудняет использование фторированных полимеров – к ним абсолютно ничего нельзя приклеить. Как же тогда наносят фторполимерные покрытия, например, на те же «тефлоновые» сковородки, спросите вы?

Здесь существует два пути: механический и химический. Можно создать на металле шершавую поверхность и потом на неё наплавить фторопласт, в результате полимерное покрытие будет как бы цепляться за неровности металла – это «механический» способ. Другой вариант состоит в химической модификации поверхности фторопласта.  Суть этого метода состоит в том, чтобы та часть фторполимера, которую планируется приклеить, фактически перестала быть чистым фторполимером, и на её поверхности появились различные химические группы, которые позволят ей «цепляться» за другие материалы уже за счёт различных химических связей, как это происходит при склеивании обычных материалов.

На сегодняшний день существует две принципиальные технологии подготовки фторопластов к склеиванию: обработка агрессивными химическими реагентами, например смесью металлического натрия с  аммиаком, и плазменная обработка поверхности. Химическая обработка уже давно доказала свою эффективность, однако использовать металлический натрий и разные растворители не очень безопасно, да и полезного с точки зрения здоровья рабочих и экологии тоже мало. Плазменная обработка лишена этих двух недостатков, но зато у неё есть свой: обработанные плазмой фторопласты не очень горят желанием к чему-нибудь приклеиваться. Хотя качество результата во многом зависит от технологии плазменной обработки, и здесь есть неплохие перспективы.

Год назад исследователи из Университета Осаки разработали технологию склеивания фторопласта и синтетического каучука, и что самое примечательное – без использования клея. Это стало возможно за счёт плазменной обработки обоих полимеров, совмещённой с особым режимом их нагрева. В результате происходит такое химическое изменение поверхности фторопласта и каучука, что они могут прилипнуть друг к другу без всякого клея. А сейчас та же группа исследователей модифицировала плазменную технологию для бесклеевого соединения фторопластов и силиконового каучука – полидиметилсилоксана.

Выбор этого полимера неслучаен. Полидиметилсилоксан в различных формах широко применяется в медицине и косметологии, например, из него делают контактные линзы и компоненты чипов для биохимических исследований. Кроме того, силиконовый каучук или просто силикон, благодаря плазменной обработке, может самостоятельно «приклеиваться» к самым разным поверхностям: от стекла до металлов. Это позволяет использовать его как своеобразную клеевую прослойку между металлом или стеклом с одной стороны, и фторопластом с другой. Таким образом можно легко и безопасно создавать инертные фторопластовые покрытия на самых разных материалах.

По материалам Nature