分享下关于涂层附着力的原理和影响因素

 

本期和大家分享下关于涂层附着力的原理和影响因素，首先我们都知道涂层和基材之间是可以通过机械咬合、物理吸附、形成氢键和化学键、互相扩散等作用结合在一起，由于这些作用产生的附着力，决定了涂层与基材的附着力。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

机械咬合力    任何基材的表面都不可能是光滑的，有的表面还是多孔的，涂料是可以渗透到这些凹穴或空隙中去，固化后渗入基材表面空隙的涂料就像许多小钩子把涂层和基材连接在一些，形成卯榫结构。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

吸附作用    从分子水平上看，涂层和基材之间都存在着原子、分子之间的作用力，包括化学键、氢键和范德华力。如果一个物体是液体，则两个平面之间的接触面很大，距离可以很小，范德华力很大，当然首要条件是液体完全润湿表面，则会提供很好的附着力。当然，两个界面靠范德华力结合的这种作用属于物理吸附，很容易被空气中的水汽取代。

氢键力和化学键力    如果涂层与基材之间能形成氢键或者化学键，附着力会强很多。例如，如果聚合物中带有氨基、羧基、羟基时，因易与基材表面的氧原子或氢氧基团发生氢键作用，故而有较强的附着力。其次如果聚合物中的活性基团也是可以和金属发生化学反应、如酚醛树脂便可在较高温度下与铝、不锈钢等发生化学反应作用，环氧树脂也可与铝表面发生一定化学作用。

扩散作用    涂层的低聚物为链状分子，如果基材也是聚合物材料，在一定条件下由于分子或链段的布朗运动，涂料中的分子和基材的分子可相互扩散。相互扩散的实质是在界面中互溶的过程，最终导致界面消失。

静电作用    当涂层和基材之间的电子亲和力不同时，便可互为电子的给体和受体，形成双电层，产生静电作用力使附着力增强。

那么实际配方应用中有哪些因素会影响到附着力，润湿很重要，详细来讲的话我主要总结有四点：

‍1.涂料的粘度所带来的影响

涂料粘度较低时，容易流入基材的凹处和空隙处中，可得到较高的机械力。一般烘干漆具有比气干漆更好的附着力，原因之一就是高温下，体系粘度低。以热力学而言，如涂料粘度足够低（表面张力小），只要基材表面能大于涂料（ΔG<0），任何涂料都可以充分润湿基材获得足够好的附着力。就动力学而言，如果涂料粘度增大则表面张力增大，涂料润湿基材的动力下降；如未在充分润湿之前，涂料失去了流动性，则造成动力学不润湿，影响附着力。

‍2.基材表面的润湿情况

要得到良好的附着，必要条件就是涂料完全润湿基材表面。一般基材的表面张力或表面能要高于涂料，当基材表面能较低时，需要在涂布前进行表面处理。比方通过化学处理、火焰处理或等离子体处理改变塑料表面性质，增加表面能；原材料选用含有丙氧基化的树脂或者单体也可以降低表面张力以提高附着力；添加润湿助剂也会有所帮助。

‍3.表面粗糙度

提高表面粗糙度可增加机械强度，也有利于表面润湿。

‍4.内应力的影响

首先内应力的来源有两个方面，一个是涂料和基材的热膨胀系数不同，导致温度变化时会产生热应力；另一个是涂料在固化或者溶剂挥发、交联、聚合过程中的体积收缩产生的收缩应力，降低固化交联过程中的体积收缩率对提升附着也有重大意义。

所以消除涂层的内应力，有助于提高附着力，对于黏弹性良好的涂层，可以通过应力松弛将应力释放出来，当涂层分子交联过度，蠕动无法完全释放内应力时，会影响涂层的附着力。当然我们也可以通过添加颜料量、提高固含量、加入低收缩聚合物、可控的微相分离，减少体系中官能团浓度都可以减少涂层的体积收缩从而达到提高附着力的作用。

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审核编辑：刘清