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提供初步和持久的涂层附着力的指南

原文发布日期:11月. 29, 2019
更新12月. 12, 2022

几乎所有美学和功能性应用的漆膜都必须提供与所需基材的附着力. 其次是长期耐用性, 在涂层的使用寿命内,涂层必须继续提供顽强的附着力. 相应的, 在制定一种涂层时,必须考虑多种因素,以提供可接受的附着力的预期应用. 关键的考虑因素和他们如何影响粘附力包括:

  1. 表面润湿
  2. 机械效应和内应力
  3. 保持膜的完整性和涂层间的附着力
  4. 表面化学和粘结强度
  5. 色素沉着
  6. 最初和加速测试后的附着力评估

1. 表面润湿

之间的关系 表面润湿 而附着力是优化涂层附着力的首要考虑因素. 如果处于液态的涂层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有限.

如果液体的表面张力(力/单位长度或达因/厘米)低于被涂覆固体的表面自由能,液体会自发地在材料表面扩散. 例如, 下面的图片提供了一个可视化的不同程度的润湿特性的液体滴到表面被润湿.

图1 -不同程度的基底润湿图像

基材润湿程度图像-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(低水位体系域)比的低 固体表面张力(风场),那么固体就会变湿. 差异越大, 液体湿润并在固体表面扩散的机会就越大. 因此,以改善润湿作为获得附着力的第一步,也可采用 低水位体系域 可以减少和/或 风场 可以增加. 水性涂料和粉末涂料在表面上的铺展更加困难,因为相对较高的表面张力的水或粉末润湿相比,大多数涂料含有较高水平的有机溶剂提供润湿.

相应的, 改善粉末涂料和水性涂料的润湿性, 通常使用有机共溶剂(水性)和/或适当的润湿剂(水性和粉状). 总之, when 低水位体系域 < 风场, wetting occurs.

表1 -液体表面张力(低水位体系域)和固体临界表面张力(风场) (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

涂层要涂敷的基材的轮廓也会影响附着力. 更光滑的表面对于涂层粘附来说更困难,因为表面积更小,并且涂层与基材联锁的面积更小. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层湿润并穿透表面缝隙是很困难的. 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

草图B中的微观表面轮廓将提供比草图A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气孔, 导致气穴可以捕获水分和可溶性离子,导致水泡和腐蚀(如果基材是可氧化的metal),从而导致长期附着力差和最终膜失效.

总之, 从机械粘合的角度来看, 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). 粘连也会受到以下因素的不利影响 强调 涂层干燥或固化时由于收缩而发生的收缩. 长期暴露在潮湿环境中的环境影响, 光, 热, 污染物和热循环也起到最终降解附着力的作用.

3. 保持薄膜的完整性和涂层间的附着力

保持电影的完整性和 intercoat附着力 在多漆系统中,如面漆到底漆或清漆到彩色漆到底漆, 等机制 界面混合 在应用和/或固化过程中,有助于促进涂层间的附着力, 的反应是进一步增强涂层间附着力的第二种机制 剩余的反应官能团 在一层多涂层体系上反应形成 共价键 与另一涂层官能团的官能团的官能团. 其他提高基材附着力和或涂层间附着力的方法包括 添加附着力促进剂 (参见下面列出的参考资料)和/或 氢键 相邻的表面. 债券的优势 共价键 数量级是否比氢键更强,因此从寿命角度来看,更倾向于保持薄膜的长期完整性.

债券的优点

4. 表面化学和基材粘结强度

另外还有表面张力和衬底的表面轮廓, 可利用的基材官能团为涂层组分提供共价键和氢键位点,进一步增强与基材的粘结强度.

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, 例如,所提供的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,以减缓氧化的速度. 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-通常在油漆前清洗以去除油,然后预处理形成, 例如, 磷酸锌或磷酸铁处理过的表面. 其中的磷酸基可增强涂层的附着力 氢键 将metal表面的反应位点转移到聚合物上.

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 在聚合物骨架上或通过添加一种二聚体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,增加metal和涂层之间的粘附强度.

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骨架反应来增强粘附,偶联剂的烷氧基功能硅烷部分连接到 硅 表面形成硅氧烷.

塑料 是否因为表面自由能较低,而脱模剂的存在可能会进一步降低其表面自由能,使其更不易潮湿. 通过紫外线照射增加聚烯烃的表面自由能,可以提高聚烯烃的附着力, 一旦使用光敏剂, 或者是产生羟基的火焰处理, 羧基和酮基.

塑料表面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性和氢键位点. 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,使塑料表面增溶,并使涂料在塑料-涂料界面上混合.

5. 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, 还要看它能在表面附着多久. 大多数底漆配制在临界颜料体积浓度(CPVC)或略低于临界颜料体积浓度(CPVC),以最大化面漆附着力(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).

使用更极性的颜料可以在颜料分散过程中提供容易润湿, 但由于它们更容易在涂层-基体界面处发生水分迁移和分离,因此可能会降低长期的附着力. 盘状色素和水溶性成分很低或没有水溶性成分的色素也能延长寿命.

6. 评价粘连

方法A和B -提供完美涂层附着力的指南

有多种方法来确定和量化有机涂层对基材的附着力. 两种最常见的测定粘附力的方法包括 ASTM D3359(交叉舱口胶带粘附)和 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 > 5mils, whereas Method B is used for lab determinations.

ASTM D3359标准等级是根据用专用胶带除去的十字形舱口的面积来确定的,包括:

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

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脱强度. 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的指南
PosiTest AT-A自动粘附测试仪(来源:DeFelsko)

来源:

  1. metal表面处理-成功性能的关键, Ron Lewarchik, 2016年11月4日
  2. 获得优异的涂层附着力, Jochum Beetsma, 2014年6月13日
  3. 活性硅烷对涂层性能的促进作用, Ron Lewarchik, 2015年3月6日
  4. 附着力促进剂101Marc Hirsch, 2016年5月19日
  5. 药房180年.com
  6. 有机涂料,科学与技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  7. 探勘者知识中心
  8. www.表面张力.de
  9. 科学指引
  10. 科学 & 科技AJ金洛奇,查普曼 & 大厅
  11. CSCScientific.com
  12. ASTM标准
  13. www.defelsko.com
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