怎樣使涂裝附著力更好

怎樣使涂裝附著力更好?怎樣使涂裝附著力更好？需要從涂層附著力的根本原理分析開始介紹:一、附著力理論和機(jī)理當(dāng)兩物體被放在一起達(dá)到嚴(yán)密的界面分子接觸，以至生成新的界面層，就生成了附著力。附著力是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，涉與到“界面〃的物理效應(yīng)和化學(xué)反響。因?yàn)橥ǔＣ恳豢捎^察到的外表都與好幾層物理或化學(xué)吸附的分子有關(guān)，真實(shí)的界面數(shù)目并不確切知道，問題是在兩外表的何處劃界與附著真正發(fā)生在哪里。當(dāng)涂料施工于底材上，并在枯燥和固化的過程中附著力就生成了。這些力的大小取決于外表和粘結(jié)料〔樹脂、聚合物、基料〕的性質(zhì)。廣義上這些力可分為二類：主價(jià)力和次價(jià)力〔表1〕?；瘜W(xué)鍵即為主價(jià)力，具有比次價(jià)力高得多的附著力，次價(jià)力基于以氫鍵為代表的弱得多的物理作用力。這些作用力在具有極性基團(tuán)〔如斐基〕的底材上更常見，而在非極性外表如聚乙烯上如此較少。涂料附著確實(shí)切機(jī)理人們尚未完全了解。不過，使兩個(gè)物體連接到一起的力可能由于底材和涂料通過涂料擴(kuò)散生成機(jī)械連接、靜電吸引或化學(xué)鍵合。根據(jù)底材外表和所用涂料的物理化學(xué)性質(zhì)的不同，附著可采取上述機(jī)理的一種或幾種。一些提出的理論討論如下。這種涂層作用機(jī)制適用于當(dāng)涂料施工于含有孔、洞、裂隙或空穴的底材上時(shí)，涂料能夠滲透進(jìn)去。在這種情況下，涂料的作用很象木材拼合時(shí)的釘子，起機(jī)械鉚定作用。當(dāng)?shù)撞挠邪疾鄄⑻顫M固化的涂料時(shí)，由于機(jī)械作用，去掉涂層更加困難，這與把兩塊榫結(jié)的木塊拼在一起類似。對(duì)各種外表的儀器分析和繪圖〔外形圖〕明確，涂料確實(shí)可滲透到復(fù)雜“隧道〃形狀的凹槽或裂紋中，在固化硬化時(shí)，可提供機(jī)械附著。各種涂料對(duì)老的或已風(fēng)化的涂層的附著，以與對(duì)噴砂底材的附著就屬于這種機(jī)理。磷酸鋅或鐵與涂料具有較大的接觸面積，因而能提高附著和耐蝕性。圖2展示了假定的底材外表形狀和涂料的滲透。外表的粗糙程度影響涂料和底材的界面面積。因?yàn)槿コ繉铀璧牧εc幾何面積有關(guān)，而使涂層附著于底材上的力與實(shí)際的界面接觸面積有關(guān)。隨著外表積增大，去除涂層的困難1/8增加，這通?？赏ㄟ^機(jī)械打磨方法提供粗糙外表來實(shí)現(xiàn)。截面的幾何面積和實(shí)際的界面面積的比擬見圖3。實(shí)際的界面接觸面積一般比幾何面積大好幾倍。通過噴砂使外表積增加，結(jié)果附著力增加，見圖4。顯然由于其他許多因素的影響，附著并不按一樣比例增加，不過通?？梢姷斤@著的增加。只有當(dāng)涂料完全滲透到不規(guī)如此外表處，提高外表粗糙度才有利，假如不能完全滲入，如此涂料與外表的接觸會(huì)比相應(yīng)的幾何面積還小，并且在涂料和底材間留有空隙，空隙中駐留的氣泡會(huì)導(dǎo)致水汽的聚積，最終導(dǎo)致附著力的損失。經(jīng)常通過對(duì)已固化的涂層進(jìn)展磨砂處理，可改良層間附著力〔特別是在汽車涂料中】特別是在底色■清漆體系中，要求清漆平滑、光亮且外表能低，因此第二層清漆的附著有一定的困難。這一問題當(dāng)涂料在比原定溫度高得多的溫度下固化或烘烤時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)變得更為嚴(yán)重，這兩種情況下，對(duì)該外表進(jìn)展輕度打磨明確，附著力可顯著提高。雖然外表粗糙化能提高附著力，但必須注意防止深而尖的形狀，由于粗糙化生成的尖※※導(dǎo)致透影〔看到底材〕，在某些情況下并不希望這樣;而且，深而尖的隆起會(huì)形成不均一的涂層，從而生成應(yīng)力集中點(diǎn)，附著力降低，從而耐久性下降。只要涂膜稍具流動(dòng)性，涂膜收縮，厚度不均勻以與三維尺寸的變化就很少會(huì)生成不可釋放應(yīng)力，但隨著粘度和涂層剛性的增加以與對(duì)底材的附著力逐漸形成會(huì)生成大量的應(yīng)力，并殘留于干漆膜中。顯然在固定施工參數(shù)〔濕膜和干膜厚度〕時(shí)，凸起局部的涂層厚度比凹陷處小，導(dǎo)致物理性質(zhì)不同。這種不均一涂層具有很高的內(nèi)部應(yīng)力，在投入應(yīng)用時(shí)，會(huì)進(jìn)一步受到修補(bǔ)漆溶劑的侵蝕或老化的影響，偶而會(huì)超過涂膜的應(yīng)力承受能力，導(dǎo)致裂紋、剝落或其他涂膜完整性的降低。電鍍金屬對(duì)聚乙烯和ABS塑料的附著力證明是來源于機(jī)械連接。金屬電鍍工藝包括首先對(duì)塑料外表處理，生成大量的機(jī)械凹陷，有利于機(jī)械連結(jié)，然后用氯化亞錫溶液活化，并在Pd2+溶液中使Pd沉積，不通電沉積鎳，然后電鍍所需金屬，如鉻。只有當(dāng)塑料處理后生成連接凹陷時(shí)，電鍍金屬對(duì)塑料的附著力才強(qiáng)。不同預(yù)處理金屬不僅改變外表的化學(xué)組成，而且會(huì)生成外表連接點(diǎn)，機(jī)械連結(jié)對(duì)這類外表起著即使不是最關(guān)鍵，也是相當(dāng)大的作用。未處理和磷化處理的冷軋鋼板的外表形態(tài)，磷化后外表上可發(fā)現(xiàn)大量的交織的磷酸鐵微芯片，芯片間的空間提供了大量的物理連接點(diǎn)。在界面間可能形成共價(jià)鍵，且在熱固性涂料中更有可能發(fā)生，這一類連結(jié)最強(qiáng)且耐2/8久性最優(yōu)，但這要求相互反響的化學(xué)基團(tuán)牢牢結(jié)合在底材和涂料上。因?yàn)榻缑鎸雍鼙?，界面上的化學(xué)鍵很難檢測(cè)到。然而，如下面所討論的，確實(shí)發(fā)生了界面鍵合，從而大大提高了粘結(jié)強(qiáng)度。有些外表，如已涂過的外表、木材、復(fù)合物和有些塑料，會(huì)有各種各樣的化學(xué)官能團(tuán)，在適宜的條件下，可和涂層材料形成化學(xué)鍵。有機(jī)矽烷廣泛用于玻璃纖維的底漆以提高樹脂和纖維增強(qiáng)塑料中玻璃的附著力,也可用作底漆或一體化混合物以促進(jìn)樹脂對(duì)礦石、金屬和塑料的附著力。實(shí)質(zhì)上，應(yīng)用時(shí)生成了矽醇基，可與玻璃外表的矽醇基，或者也可能與其他金屬氧化物形成強(qiáng)的醚鍵。這類化學(xué)鍵合可發(fā)生在玻璃、陶瓷與一些金屬底材外表的金屬氫氧化物和含矽烷涂料間。含反響性基團(tuán)如羥基和斐基的涂料傾向于和含有類似基團(tuán)的底材更結(jié)實(shí)地附著、這種機(jī)理的一個(gè)例子是三聚氰胺固化丙烯酸面漆對(duì)三聚氰胺固化聚酯底漆的優(yōu)異附著力，一種可能的解釋是已固化底漆的剩余羥基會(huì)與面漆的三聚氰胺固化劑反響，實(shí)際上把底漆和面漆拉在了一起。當(dāng)該涂料過烘烤〔烘烤時(shí)間過長(zhǎng)和/或固化溫度過高〕時(shí)，面漆的附著力顯著減弱，有時(shí)甚至無附著力。剩余羥基會(huì)對(duì)附著力有貢獻(xiàn)可從IR譜圖得到證實(shí)：標(biāo)準(zhǔn)烘烤的底漆富含羥基，而過烘烤底漆即使有也只有很少的羥基。當(dāng)?shù)撞暮蟹错懶粤u基時(shí)，在適當(dāng)?shù)臈l件下也會(huì)和熱固性聚氨酯涂料發(fā)生化學(xué)反響。化學(xué)鍵合也完全可適用于解釋環(huán)氧樹脂涂料對(duì)纖維素底材的優(yōu)異附著力。顯然，正如紅外光譜所證實(shí)的，界面上環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基和纖維素的羥基發(fā)生反響，導(dǎo)致纖維素上羥基伸縮振動(dòng)峰3350cm-1和C-O的伸縮振動(dòng)峰1100?1500cm-1的消失，同時(shí)環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基915cm-1峰和氧橋?qū)ΨQ伸縮振動(dòng)峰1160cm-1消失。有些聚合物對(duì)已交聯(lián)的聚合物外表附著較弱，出現(xiàn)界面性的缺損。有報(bào)導(dǎo)稱參加少量的某些含氮基團(tuán)能大大提高附著力。例如氨基聚合物對(duì)交聯(lián)醇酸樹脂具有很強(qiáng)的附著力,因?yàn)榻缑嫔蟽上嚅g發(fā)生氨-酯交換反響，形成酰胺鍵。R1NH2+RCOOR2TRCONH-R1以丁胺作氨基聚合物的模型化合物可以很容易發(fā)現(xiàn)氨-酯交換反響。當(dāng)胺參加未固化醇酸樹脂的甲苯溶液中，兩者在室溫下很易反響形成二丁基苯二酰胺，并會(huì)結(jié)晶而析出。FTIR光譜法檢測(cè)氨基樹脂和未固化醇酸樹脂的混合物發(fā)現(xiàn)，混合物烘烤后胺基吸收峰下降,同時(shí)出現(xiàn)酰胺吸收峰，明確在界面上確實(shí)發(fā)生了氨-酯交換反響?？梢韵胂褚詭щ婋p電層形式存在的靜電作用力形成于涂層-外表的界面上，涂層和外表均帶有剩余電荷，散布于體系中，這些電荷的相互作用能提高一些附著力。靜電力主要是色散力和來源于永久偶極子的相互作用力。含有永久偶極子物質(zhì)的分子間的吸引力由一個(gè)分子的正電區(qū)和另一分子的負(fù)電區(qū)的相互作用引起。涂料潤(rùn)濕固體外表的程度通過接觸角e測(cè)定誘導(dǎo)偶極子間的吸引力，稱為倫敦力或色散力是x德華力的一種，也對(duì)附著力有所貢獻(xiàn)，對(duì)某些底材/涂料體系，這些力提供了涂料和底材間的大局部吸引力。應(yīng)該注意到這些相互作用只是短程相互作用，與涂料/底材間距離的六次方或七次方成反比。因?yàn)楫?dāng)距離超過0.5納米〔5?！硶r(shí)，這些力的作用明顯下降，所以涂層和底材的密切接觸是必要的。當(dāng)涂料和底材〔聚合物〕這兩相通過潤(rùn)濕達(dá)到分子接觸時(shí)，根據(jù)材料的性質(zhì)和固化條件的不同，大分子上的某些片段會(huì)向界面另一邊進(jìn)展不同程度的擴(kuò)散。這種現(xiàn)象需經(jīng)兩步完成，即潤(rùn)濕之后鏈段穿過界面相互擴(kuò)散形成交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因?yàn)殚L(zhǎng)鏈性質(zhì)不同和擴(kuò)散系數(shù)較低，非相似聚合物通常不兼容，因此，完整的大分子穿過界面擴(kuò)散是不可能的。然而，理論和實(shí)驗(yàn)資料明確，局部鏈段擴(kuò)散很容易發(fā)生，并在聚合物間形成10?1000埃的擴(kuò)散界面層。涂料的擴(kuò)散也從接觸時(shí)間、固化溫度和分子結(jié)構(gòu)〔分子量、分子鏈柔性、側(cè)鏈基團(tuán)、極性、雙鍵和物理兼容性〕的影響間接得到證實(shí)。直接的證據(jù)如此包括擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定、電鏡對(duì)界面結(jié)構(gòu)的觀察、輻射熱致發(fā)光技術(shù)和光學(xué)顯微鏡。顯然，這種擴(kuò)散最易發(fā)生在諸如工程塑料的聚合物底材上，因?yàn)榉肿娱g自由體積較大，且與金屬相比分子間距離大得多。二、附著形成機(jī)理當(dāng)不相似的兩種材料達(dá)到“嚴(yán)密〃接觸時(shí)，在空氣中的兩個(gè)自由外表消失，形成新的界面。界面相互作用的性質(zhì)決定了涂料和底材之間成鍵的強(qiáng)度，這種相互作用的程度根本由一相被另一相的潤(rùn)濕性決定，使用液體涂料時(shí)，液相的流動(dòng)性也有很大幫助，因此潤(rùn)濕可被看作涂料和底材的密切接觸。為了保持涂層與底材的附著力，除了保證初步的潤(rùn)濕外，在涂膜形成后的完全潤(rùn)濕和固化后仍保持鍵合情況不變是很重要的。4/8涂料以下面的方式固化成膜:〔a〕冷卻到熔融溫度〔玻璃化溫度，Tg〕以下〔b〕化學(xué)交聯(lián)反響〔c〕溶劑和稀釋劑的揮發(fā)〔a〕類涂料的例子如熱塑性粉末涂料或用于金屬或聚合物上的熱熔擠壓聚合物膜。〔b〕類涂料包括單或雙組份可交聯(lián)環(huán)氧、聚氨酯或三聚氰胺固化丙烯酸體系?！瞔〕類涂料如印刷油墨和清漆，該類型涂料中顏料的粘結(jié)料在枯燥時(shí)也有交聯(lián)能力。因此涂料對(duì)底材的潤(rùn)濕是形成附著鍵的關(guān)鍵?？疾楦街r(shí)潤(rùn)濕性是必須的標(biāo)準(zhǔn)。前所討論的附著機(jī)理只有當(dāng)?shù)撞暮屯苛线_(dá)到有效潤(rùn)濕時(shí)才起作用。外表的潤(rùn)濕可從熱力學(xué)角度描述，涂料在液態(tài)時(shí)的外表X力以與底材和固態(tài)涂膜的外表能是影響界面連接強(qiáng)度和附著力形成的重要參數(shù)。均相的固體或液體外表的分子或原子的周圍環(huán)境與內(nèi)部不同。在內(nèi)局部子被一樣的分子所包圍，分子間的距離由把分子拉到一起的吸引力和阻止分子占據(jù)同一位置的排斥力的平衡決定;而界面上的分子各個(gè)方向受力不均勻，它們和外表以上的空氣相互作用，同時(shí)受外表以下分子的吸引。外表下的分子傾向于將外表分子向內(nèi)拉,使外表分子數(shù)最小，因而外表積也最小，這種吸引提高了液體的外表X力，并可解釋液體以液滴形式存在，好象被一層彈性表皮覆蓋。而且外表分子間的距離比體相大，因而能量更高。把分子從內(nèi)部移到外表需要做功，液體增加單位外表積導(dǎo)致的Helmholtz自由能的增加值定義為外表X力液體涂料對(duì)固態(tài)外表的潤(rùn)濕程度通過接觸角〔e〕來測(cè)定，如圖13。當(dāng)e=0，液體在外表自由鋪展，稱為完全潤(rùn)濕。當(dāng)液相和固相分子的分子吸引大于類似的液體分子時(shí),發(fā)生完全潤(rùn)濕。測(cè)定固體外表X力廣泛采用的方法是測(cè)量接觸角。通過測(cè)定接觸角來計(jì)算外表自由能的方法多有爭(zhēng)議，該問題至今仍未解決，因?yàn)楣腆w的外表自由能不能直接測(cè)定。然而本專題的用意并非討論這些觀點(diǎn)，作者旨在通過列舉有爭(zhēng)議的觀點(diǎn)，為操作者提供可靠的指導(dǎo),使讀者在估計(jì)外表熱力學(xué)參數(shù)時(shí)前進(jìn)一步。近似的表觀接觸角可通過檢測(cè)設(shè)備供給商提供的各種接觸角儀測(cè)定。該法中滴一滴各種不同的液體在待測(cè)的外表上，并測(cè)定接觸角。外表性質(zhì)測(cè)定的一種方法是臨界外表X力YC,該法系通過測(cè)定一系列液體在外表上的接觸角，以接觸角的余弦對(duì)各種液體的外表x力作圖，并外推至cose=i〔e=o〕。外推外表x力稱為外表的臨界外表x力。例如根據(jù)上述程序，聚乙烯的臨界外表X力為31達(dá)因/厘米。當(dāng)一液滴滴于該外表上時(shí)，所有外表X力小于或等于該臨界外表X力的液體會(huì)自發(fā)鋪展。因此，環(huán)氧樹脂的外表X力為47達(dá)因/厘米，不會(huì)潤(rùn)濕聚乙烯外表，而另一方面矽油脫膜劑可在外表上鋪展，其外表X力為24達(dá)因/厘米。溶劑外表X力〔達(dá)厘/厘米〕涂料中典型聚合物和助劑的外表X力:聚合物/外表X力〔達(dá)因/厘米〕苯代三聚氰胺樹脂52Epon82846脲醛樹脂45聚甲基丙烯酸甲酯4165%豆油醇酸38Modaflow32一個(gè)頗具戲劇性的例子是環(huán)氧樹脂和聚乙烯的試驗(yàn)，當(dāng)未固化環(huán)氧傾倒于聚乙烯上并固化時(shí)，附著力即使有也很低，而將聚乙烯熔融并涂于已固化環(huán)氧樹脂上，附著力相當(dāng)強(qiáng)。在第一種情況下