提供完美涂层附着力的指南

几乎所有美学和功能性应用的漆膜都必须与所需的基材具有附着力. 相应的, 在制定一种能为预期应用提供可接受附着力的涂料时,必须考虑多种因素. 关键的考虑因素和它们如何影响粘附力包括:

  1. 表面润湿
  2. 力学效应和内应力
  3. 表面化学和粘结强度
  4. 色素沉着
  5. 评价粘连

1. 表面润湿 -两者的关系 表面润湿 而附着力是优化涂层附着力的首要考虑因素. 如果涂层在液体状态下不能自发地覆盖在基板表面, 然后,与基板表面形成机械和化学键的机会是有限的.

如果液体的表面张力(力/单位长度或达因/厘米)低于被涂层固体的表面自由能,液体就会自发地在材料表面上扩散. 例如, 下面的图片显示了一滴液体在被润湿的表面上不同程度的润湿特性.

图1 -不同程度的基底润湿图像

基材润湿程度的图像-提供完美涂层附着力的指南

因此,在表1中,当 液体表面张力(LST)的比率较低 固体表面张力(SST),则固体会发生润湿. 差异越大, 液体湿润并在固体表面扩散的机会就越大. 与大多数有机溶剂相比,水性涂料在表面上的铺展更加困难,因为水的表面张力相对较高.

相应的, 改善水性涂料的润湿性, 通常使用有机共溶剂和适当的润湿剂. 总之, when LST < SST, wetting occurs.

表1 -液体表面张力(LST)和固体临界表面张力(SST) (dynes/cm) @ 20°C

表面张力表。提供完美涂层附着力的指南

2. 机械附着力和内应力 -涂层要涂抹的基材的轮廓也会影响附着力. 光滑的表面更难以粘附涂层,因为表面积更小,涂层与基材联锁的面积更小. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层湿润并渗透到表面缝隙中是很困难的. 图2中列出的图表说明了这一点.

图2涂层与基材之间的表面相互作用

表面相互作用的图像-提供完美涂层附着力的指南

图B中的微观表面轮廓将比图A提供更好的附着力,因为涂层提供了更大的机会与基板联锁. 表面C有不容易被涂层穿透的口袋和孔, 导致气穴可以捕获水分和可溶性离子,导致水泡和腐蚀(如果基板是可氧化的metal),从而导致长期附着力差,最终导致膜失效.

总之, 从机械粘附的角度来看, 低表面张力和低粘度的液体涂层有助于促进更好的润湿和微观渗透(毛细管作用). 附着力也会受到不利影响 强调 涂层干燥或固化时由于收缩而发生的现象. 长期的环境影响,如暴露在潮湿环境中, 光, 热, 污染物和热循环也起到最终降解附着力的作用.

3. 表面化学和粘结强度  此外,还可以对基材的表面张力和表面轮廓产生影响, 可用的基片官能团可提供与涂层组分共价和氢键结合的位点,以进一步提高与基片的粘结强度.

表2 -胶粘剂粘接力

粘合剂附着力表-提供完美涂层附着力的指南

如表2所示,与表面的最高粘结强度由 共价键, 如所提供的,例如双功能三烷氧基硅烷偶联剂在涂层和metal表面之间的反应.

大多数 metal 表面有一层薄薄的油,以减缓氧化速度. 石油也降低了表面能量,因此更难以湿润. 因为这个原因, metal表面-例如钢, 镀锌钢和铝-通常在涂漆前进行清洗以去除油,然后进行预处理以形成, 例如, 磷酸锌或磷酸铁处理过的表面. 磷酸盐基团的作用是增强涂层的附着力 氢键 使metal表面在聚合物上的反应位点发生变化.

图3氢键与锌处理过的metal表面的例子.磷酸

氢键公式-提供完美涂层附着力的指南

活性组 在聚合物的脊骨上或通过添加二聚物或含有环氧树脂的多功能粘附促进剂, 氨基或硅烷功能偶联基团可以进一步与适当的预处理反应 metal 表面形成共价键,在metal和涂层之间提供额外的粘附强度.

为 玻璃或石英 丰富的表面, 偶联剂,如氨基硅烷,也可以通过与含有环氧基团的树脂主链反应,使偶联剂的烷氧基功能硅烷部分结合到,从而增强附着力 硅 表面形成硅氧烷.

塑料 因为它们的表面自由能较低,而脱模剂的存在可能会进一步降低它们的表面自由能,所以更不容易潮湿. 通过紫外线照射增加聚烯烃的表面自由能,可以提高对聚烯烃的附着力, 一旦使用光敏剂, 或者火焰处理产生羟基, 羧基和酮基.

塑料表面上的这些官能团提供了更高的表面能,以改善涂层上聚合物官能团的润湿和氢键位点. 提高对热塑性塑料附着力的其他方法是在涂料中加入适当的溶剂,使塑料表面溶解,并使涂料在塑料-涂料界面上混合.

4. 色素沉着 -底漆中使用的颜料的水平和类型不仅影响涂层基材的附着力, 还要看它能附着在表面多久. 大多数底漆都是在或略低于临界颜料体积浓度(CPVC)的条件下配制的,以最大限度地提高面漆的附着力(更粗糙的底漆表面和更高的自由能)以及许多其他涂层性能(图4).

CPVC对涂层性能的影响表-提供完美涂层附着力的指南

使用更极性的颜料可以在颜料分散过程中提供容易润湿, 但可能会降低长期的附着力,因为它们更容易受到水分在涂层-基体界面的迁移和分离的影响. 板状色素和含有极低或不含水溶性成分的色素也能延长寿命.

方法A和B - A提供完美涂层附着力的指南

5. 评价粘连 有多种方法来确定和量化有机涂层对基材的附着力. 两种最常用的测定粘附力的方法包括 ASTM D3359(交叉舱口胶带粘附)和 ASTM D4541(拉脱附着力). ASTM D3359描述了两种测定交叉口胶带附着力的方法:方法A是简单的X, 方法B是格子图案. Method A is used in the field and for films > 5 mils, 而方法B用于实验室测定. 评级如下:

分类是根据用专用胶带去除的交叉舱口的面积来划分的,包括:

5B (no area removed) > 4B (less than 5%) > 3B (5 – 15%) > 2B (15 – 35%),1B(35 - 65%)及0B(大于65%)

ASTM D4541(拉脱附着力利用一种装置来测量粘在涂层表面的小车的拉力. 该装置以每平方英寸磅为单位确定剥离涂层所需的力. 这不仅量化了剥离涂层所需的力, 还有失败的类型(内聚性或粘性), 涂层如何失效,在哪一层失效(面漆到底漆, 底漆等.).

PosiTest AT-A -提供完美涂层附着力指南
PosiTest AT-A自动粘附测试仪(来源:DeFelsko)

来源: