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全化课堂:附着力理论和机理

       
全化课堂:附着力理论和机理70

         当两物体被放在一起达到紧密的界面分子接触,以至生成新的界面层,就生成了附着力。附着力是一种复杂的现象,涉及到界面的物理效应和化学反应。因为通常每一可观察的表面都与好几层物理或化学吸附的分子有关,真实的界面数目并不确切知道,问题是在两表面的何处划界及附着真正发生在哪里。
         当涂料施工于底材上,并在干燥和固化的过程中附着力就生成了。这些力的大小取决于表面和粘结料(树脂,聚合物,基料)的性质。广义上这些力可分为二类:主价力和次价力。化学键即为主价力,具有比次价力高得多的附着力,次价力基于以氢键为代表的弱得多的物理作用力。这些作用力在具有极性基团(如羟基)
的底材上更常见,而在非极性表面如聚乙烯上则较少。
        涂料附着的确切机理人们尚未完全了解。不过,使两个物体连接到一起的力可能由于底材和涂料通过涂料扩散生成机械连接,静电吸引或化学键合。根据底材表面和所用涂料的物理化学性质的不同,附着可采取上述机理的一种或几种。
         1.机械连接理论
          这种涂层作用机制适用于当涂料施工于含有孔,洞,裂隙或空穴的底材上时,涂料能够渗透进去。在这种情况下,涂料的作用很象木材拼合时的钉子,起机械锚定作用。当底才有凹槽并填满固化的涂料时,由于机械作用,去掉涂层更加困难,这怀把两块榫结的木块拼在一起类似。磷酸锌和铁与涂料具有较大的接触面积,因而能提高附着和耐耐蚀性。
          表面的粗糙程度影响涂料和底材的界面面积。因为去除涂层所需的力与几何面积有关,而使涂层附着于底材上力与实际的界面接触面积有关。随着面积增大,去除涂层的困难增力,这通常可通过机械打磨方法提供粗糙表面来实现。通过喷砂使表面积增加,结果附着力增加。显然 由于其他许多因素的影响,附着并不按相同比例增加,不过通常可以见到显着增加。
         只有当涂料完全渗透到不规则表面处,提高表面粗糙度才有利,若不能完全渗入,则涂料与表面的接触会比相应的几何面积(正常面积)还小,并且在涂料和底材间留有空隙,空隙中驻留的气泡导致水汽的聚积,最终导致附着力失败。
         经常通过对已固化的涂层进行磨砂处理,可改进层间附着力(如汽车涂料),特别是在底色漆,清漆体系中,要求清漆平滑,光亮且表面能低,因此第二层清漆的附着力有一定的困难。这一问题当涂料在比原定温度高得多的湿度下固化或洪烤时间延长时变得更为严重,这两种情况下,对表面进行轻度打磨表明,附着力可显著提高。虽然表面粗糙化能提高附着力,但必须注意避免深而尖的形状,由于粗糙化生成的尖峰会导致透影,即看到底材,这样会形成不均一的涂层,从而生成应力集中点,附着力降低,从而耐久性下降。
         2.化学键理论(羟基双键)
         在界面间可能形成共价键,且在热固性涂料中更有可能发生,这一类连结最强且耐久性最佳,但这要求相互反应的化学基团牢牢结合在底材和涂料上。因为界面层很薄,界面上的化学键很难检测到。有些表面,如已涂过的表面,木材,复合物和有些塑料,会有各种各样的化学官能团,在合适的条件下,可和涂层材料形成化学键。
        含反应性基团的如羟基的涂料倾向于和含有类似基团的底材更牢固地附着,这种机理的一个例子是三聚氰胺固化丙烯酸面漆对三聚氰胺固化聚酯底漆的优异附着力,一种可能的解释是已固化底漆的剩余羟基会与面漆的三聚氰胺固化剂反应,实际上把底漆和面漆拉在了一起。当底材含有反应性羟基时,在适当的条件下也会和热固性聚氨酯涂料发生化学反应。
       3.静电理论
        可以想像以带电双电层形式存在的静电作用力形成于涂层表面上,涂层和表面均带有残余电荷,散布于体系中,这些电荷的相互作用能提高 一些附着力。
       4.扩散理论
       当涂料和底材或聚合物这两相通过润湿达到分子接触时,根据材料的性质和固化条件的不同,大分子上的某些片段会向界面另一边进行不同的程度的扩散。这种现象需经两步完成,即润湿之后链段穿过界面上互扩散形成交错网状结构。
       附着形成机理
       当不相似的两种材料达到紧密接触时,在空气中的两个自由表面消失,形成新的界面,即粘结面。界面相互作用的性质决定 了涂料和底材之间键的强度,这种相互作用的程度基本由一相被另一相润湿决定,使用液体涂料时,液相的流动性也有很大帮助,因此,润湿可被看作涂料和底材的密切接触。为了保持深层与底材的附着力,除了保证初步润湿外,在涂膜在形成后的完全润湿和固化后仍保持键合情况不变是很重要的。(完)