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涂料的附着力机理

来源:      时间:2015/8/14 16:34:00

1、漆膜在基材上的附着类型与附着性

漆膜在基材上的附着分为机械附着和化学附着2种类型。


  • 机械附着取决于被涂板材的性质(粗糙度,多孔性)以及所形成的漆膜强度;

  • 化学附着是指漆膜和板材界面处漆膜分子和板材分子的相互吸引力,它取决于漆膜和板材的理化性质。


2种类型相比,通常认为化学附着的说法更切合实际,是最主要的漆膜附着类型。


2、漆膜与被涂物形成漆膜的三个要素:

  • (1)液态成膜物质对板材的润湿程度;

  • (2)基材表面上定向吸附层的形成;

  • (3)成膜物与基材界面形成双电子层。

2.1 漆液对基材的润湿性

漆膜的附着力产生于涂料与被涂基材表面极性基之间的相互引力,而这种极性基之间的相互引力的产生是以涂料对被涂基材表面的良好湿润为前提的。由于涂料对被涂基材表面的湿润状况取决于漆液的表面张力,因此,降低涂料的表面张力,才能提高湿润效率,增强漆膜对基材表面的附着力。

涂料对基材的润湿是通过涂料的流动来实现的。漆液在应用中必须呈很好的流动态,即使粉末涂料也必须达到流动态;只能通过漆液的流动来湿润被涂表面,才能达到漆膜对基材良好附着的目的。一般而言,涂料湿润得不好,界面接触就小,附着力就差;反之,涂料湿润得好,界面接触就大,附着力就好。

涂料中有低分子量的物质或者助剂(如硬脂酸盐、增塑剂等)存在时,它们会在涂层和被涂物之间产生弱的界面层,影响漆液对基材的润湿性,降低附着力。此外,基材表面粘附有水、灰尘、酸、碱等杂质时,也会引起漆膜与基材间弱界面层的出现,防碍漆液对基材的润湿作用,减少极性点,导致漆膜附着力的下降。

漆膜的附着性取决于成膜物质中聚合物(或分子量更低的预聚物)的极性基,如-OH、-COOH,与被涂物表面的极性基之间的相互结合。为了使这种极性基良好结合,要求聚合物分子具有一定的流动性,让聚合物分子更好地湿润基材表面,使聚合物的极性基接近于被涂表面的极性基;当两者分子之间的距离变得非常小时(达到1A以内),极性基之间由于范德华力、化学亲和力、氢键等内聚力的综合作用达到附着平衡。

2.2漆膜的内聚力与热膨胀系数

同类物质分子之间的内聚所引起的力,称为内聚力。涂层内聚力越大,附着力越差。涂料在干燥过程中,随着溶剂的挥发、交联程度的增大,成膜物质分子之间的内聚力增大,漆膜产生收缩现象,最终导致漆膜附着力的降低。因此,可以通过采取降低漆膜内聚力的方法来达到提高附着力的目的,常用的办法有:

①降低涂层的厚度,减小内聚力,提高漆膜对基材的粘附强度。

②往涂料中添加适当颜料,降低漆膜内聚力,改善漆膜在底材上的附着性。这是色漆比清漆的附着力普遍要好的重要原因。

漆膜与基材热膨胀系数的差异,也影响着漆膜的附着性能。众所周知,随着温度条件的变化,一切材料均会发生不同程度的体积收缩和膨胀。当涂料涂布于基材表面时,由于热胀冷缩的影响,涂料与被涂表面之间的粘结点将遭到不同程度的破坏。从总体上看,漆膜的热膨胀系数要明显大于基材的热膨胀系数,所以在温度变动时,漆膜的膨胀或收缩程度都比板材大,从而引起漆膜的相应变形,产生皱纹、龟纹等,降低了漆膜的附着力。涂料的热膨胀系数越小,涂膜的附着力越好,例如环氧树脂热膨胀系数比其他树脂小,所以环氧树脂漆膜的附着性好。

2.3 漆膜与被涂表面的极性

从分子结构、分子的极性及分子相互作用力的观点来看,漆膜的附着力产生于涂料中聚合物分子的极性基定向,及其与被涂物表面极性分子的极性基之间的相互吸引力。只有两者之间极性基相适应,才能得到附着力好的漆膜;反之,极性好的涂料涂在非极性的板材上,或者非极性涂料涂在极性的板材上,都不会得到附着力良好的漆膜。

漆膜与被涂表面任何一方的极性基减少,都将导致漆膜附着力的下降:

(1)基材板面存在污物、油脂、灰尘等,降低了基材表面的极性,会引起附着力的降低。

(2)漆膜中极性点的减少,也会降低附着力。例如氨基醇酸漆烘干成膜时.醇酸树脂的-OH与氨基树脂中的-CH2OH进一步交联而不断被消耗了,造成了附着极性点的不断减少,这是氨基醇酸漆烘干后附着力降低的一个重要原因。漆膜中极性点的减少,既可能缘于涂料中不同组分之间的交联反应,也可能因为聚合物分子内的极性基自行结合而引起。

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