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水性涂層附著力機(jī)理及影響因素分析!

分類:技術(shù)文檔     來(lái)源:    發(fā)布時(shí)間:2022-11-08

涂層在被涂表面良好的附著,是涂膜發(fā)揮其保護(hù)作用的前提。涂層的附著力是涂料在應(yīng)用過(guò)程中最重要的指標(biāo)之一。



附著力的機(jī)理

附著力重要性早就為人所知,但目前為止,對(duì)涂料產(chǎn)生附著力機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍然不夠充分。大多關(guān)于附著力的解釋,都是基于經(jīng)驗(yàn)和假說(shuō),盡管如此,我們也可以以此作為手段進(jìn)行辯證。


機(jī)械附著

這種附著的機(jī)理主要是針對(duì)界面不平整,含有孔、洞或裂隙的基材上的涂裝。當(dāng)漆液涂于基材表面時(shí),涂料能夠潤(rùn)濕滲透進(jìn)入這些縫隙,這樣等漆膜固化以后,這些進(jìn)入縫隙的漆膜則能夠起到類似于釘子的作用,從而抓牢底材。

機(jī)械附著的機(jī)理在例如木材、噴砂處理、機(jī)械打磨等方面都有一定的表現(xiàn)。


共價(jià)鍵理論

共價(jià)鍵理論是指在涂膜與底材接觸后,形成某些共價(jià)鍵,這類型的鏈接力是最牢固、最耐久的。形成的前提是要求在涂膜與底材中有相互契合的化學(xué)基團(tuán),這些基團(tuán)在靠近后,能夠形成化學(xué)鍵。

例如某些有機(jī)硅烷對(duì)玻璃、金屬及有機(jī)礦石的附著力增強(qiáng);再如某些底材帶有羥基、羧基與涂料中固化劑的鏈接等。


范德華力理論

范德華力是提供常規(guī)附著力的最常見(jiàn)的一種力。當(dāng)涂膜與底材近距離接觸后,分子相互接近而產(chǎn)生吸引力。

這種吸引力是一種短程的相互作用,一般在0.3-0.5nm有較強(qiáng)的效果。另外,分子的相對(duì)分子質(zhì)量越大、變形性越大、越容易被極化,則作用力更強(qiáng)。


靜電理論

涂層和底材表面均有一定的電荷殘存散布,當(dāng)涂料和底材近距離接觸時(shí),這些電荷相互吸引可以促進(jìn)漆膜的附著。


氫鍵理論

氫原子在與電負(fù)性大的原子(如O、N、F等)形成共價(jià)鍵時(shí),電子偏向電負(fù)性大的原子,而使氫原子帶有正電。

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因此當(dāng)涂料中含有類似-OH、-COOH等基團(tuán)時(shí),又在基材含有負(fù)電基團(tuán)時(shí),可能會(huì)形成氫鍵效應(yīng),從而提升涂膜的附著力。

該類親水基團(tuán)可能會(huì)影響涂膜的耐水性。


擴(kuò)散理論

當(dāng)涂膜涂布于底材上時(shí),兩相親和的大分子可能通過(guò)擴(kuò)散形成交錯(cuò),從而提升附著力。該種作用力只能發(fā)生在兩相親和的涂層和底材間,因此大多作用于層間附著,尤其是統(tǒng)一體系的兩涂層間的附著。

以上,便是常見(jiàn)的關(guān)于附著力形成機(jī)理的解釋。事實(shí)上,在涂料的涂裝中,參與附著力的機(jī)理是多樣的,往往含有多種作用力。


附著力的影響因素

從以上對(duì)于各種機(jī)理的分析可見(jiàn),無(wú)論哪種形式的力來(lái)促進(jìn)附著,涂層與底材的緊密貼合都是首要條件。通過(guò)緊密貼合,再利用樹(shù)脂或助劑特殊附著結(jié)構(gòu),可以獲得附著在底材上牢固堅(jiān)韌的漆膜。

由此可見(jiàn),樹(shù)脂本身的性能、配方結(jié)構(gòu)、涂裝等不同的方面都會(huì)對(duì)附著力產(chǎn)生一定程度的影響。


水性樹(shù)脂的特點(diǎn)

每每談到性能影響因素,首先談的就是水性樹(shù)脂本身的性能影響,附著力也不例外。并且水性樹(shù)脂本身性能特點(diǎn)是附著力最主要的影響因素。水性樹(shù)脂的潤(rùn)濕流動(dòng)性、粒徑大小、特殊基團(tuán)以及形成干膜后的表面能與內(nèi)聚力等性能,都會(huì)較大程度影響涂膜附著力。以附著力優(yōu)良的SV-6145為例:①該樹(shù)脂潤(rùn)濕流動(dòng)性較好,通過(guò)良好的潤(rùn)濕、流動(dòng)、鋪展,可以使漆膜與底材更為緊密的接觸。②該樹(shù)脂粒徑較小,防止過(guò)大乳膠粒子形成的空間位阻效應(yīng),影響漆膜與底材的有效接觸,簡(jiǎn)單來(lái)講就是成膜更加致密。③本身又含有特殊的錨定基團(tuán),以及擁有偏低的內(nèi)聚力。通過(guò)特殊基團(tuán)的鏈接效應(yīng),形成優(yōu)良的附著力,足以抵消其較低內(nèi)聚力對(duì)涂膜的影響。一般情況下,較為軟韌的樹(shù)脂在附著方面更有優(yōu)勢(shì)一些,因?yàn)殡S著環(huán)境的變化,更能夠適應(yīng)底材不同程度的形變。

而SV-6145在擁有較為優(yōu)良硬度的情況下,依然保證了良好的附著力。


基材處理

基材處理——如打磨、噴砂等,可以有效的增加底材的粗糙度。粗糙度的增加,可以極大的提升涂膜與底材的接觸面積,并提供很多有效的錨固點(diǎn),利于提升涂膜與基材的附著力。

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漆液的表面張力

當(dāng)涂料涂布于基材表面時(shí),原有界面消失,形成新的界面。而涂布過(guò)程中,涂料對(duì)基材的潤(rùn)濕程度決定了涂膜能否與基材形成有效的接觸。由于水的表面張力過(guò)高,在低表面能基材上的潤(rùn)濕展布很有問(wèn)題,這也導(dǎo)致一些問(wèn)題產(chǎn)生。因此,涂料或者水性樹(shù)脂如何能夠做到較低的表面張力、優(yōu)秀的潤(rùn)濕鋪展能力也就尤為重要。

配方設(shè)計(jì)時(shí),也應(yīng)該保證基材潤(rùn)濕劑的添加,確保涂料能夠有效、優(yōu)良的潤(rùn)濕底材。


涂膜厚度

許多實(shí)驗(yàn)表明,隨著涂膜厚度增加,附著力逐漸降低。主要是因?yàn)殡S著涂膜厚度增加,其內(nèi)聚力也在增加,附著力卻保持不變;當(dāng)內(nèi)聚力增加大于附著力,那么涂層就會(huì)出現(xiàn)附著不良。

從涂層的防護(hù)性能及豐滿度的角度衡量,涂膜應(yīng)該有一定的厚度,那么,在這兩方面之間就要做一個(gè)平衡。另外,同樣總膜厚的情況下,多道涂層比一道涂層的附著力要好。


干燥過(guò)程

干燥過(guò)程中,環(huán)境溫度和濕度對(duì)附著力均有一定的影響。

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以上是測(cè)試一款聚氨酯水性漆在玻璃上,溫濕度對(duì)其附著力的影響。

該實(shí)驗(yàn)中,較高溫度、較低濕度的養(yǎng)護(hù)條件,對(duì)附著力有一定的促進(jìn)作用。


漆液粘度

漆液的粘度也會(huì)一定程度影響涂膜的附著力,一是從對(duì)潤(rùn)濕鋪展的影響上,二是不合適的粘度會(huì)形成應(yīng)力減弱附著力。


附著力促進(jìn)劑

某些附著力促進(jìn)劑會(huì)對(duì)涂料的附著有明顯的提升,它通過(guò)特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)形成附著。

根據(jù)不同的底材類型,不同的助劑效果也不一樣,常見(jiàn)的有環(huán)氧硅烷等類型。


顏填料

少量的顏填料一般可以增加涂層的附著力,其原理是通過(guò)降低了體系的內(nèi)聚能。不同的顏填料效果不同,例如鱗片狀的顏填料改善效果更為明顯。

當(dāng)顏填料的用量到達(dá)一定程度后,附著力又會(huì)隨著添加量的增加而降低。


溶劑

有時(shí),溶劑對(duì)涂膜附著力也會(huì)產(chǎn)生顯著的影響,它是通過(guò)對(duì)表面張力、干燥以及對(duì)漆膜的增塑效果來(lái)產(chǎn)生的。大多溶劑都有相對(duì)較低的表面張力,這對(duì)于水性漆在底材上的潤(rùn)濕鋪展有一定的幫助,有利于提升涂膜的附著力。也有些溶劑,揮發(fā)較慢,可能需要幾周甚至幾個(gè)月的時(shí)間才能揮發(fā)干凈。當(dāng)溶劑殘存在漆膜內(nèi)部時(shí),就會(huì)減弱涂膜本身的附著。

另外,當(dāng)漆膜固化后溶劑逐漸揮發(fā),這個(gè)過(guò)程中漆膜可能會(huì)有一定程度的收縮,這樣便產(chǎn)生了一定程度的內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致附著力不良的產(chǎn)生。

由以上可見(jiàn),涂層附著力的形成以及影響因素是多方面的。在遇到附著力問(wèn)題的時(shí)候,應(yīng)該針對(duì)問(wèn)題,全面思考。



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