原文日期:11月11日. 29, 2019
更新12月. 12, 2022
漆膜几乎所有的美学和功能应用首先必须提供附着力所需的基材. 其次是长期耐用性, 在涂层的使用寿命期间，涂层必须继续提供顽强的附着力. 相应的, 在制定为预期应用提供可接受附着力的涂层时，必须考虑多种因素. 关键的考虑因素以及它们如何影响附着力包括:
- 表面润湿
- 机械效应和内应力
- 保持漆膜的完整性和漆膜间的附着力
- 表面化学和粘结强度
- 色素沉着
- 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 而附着力是涂料设计中首先要考虑的因素. 如果涂层在液体状态下不能自发地在基材表面扩散, 然后，与基材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，液体就会自发地在材料表面扩散. 例如, 下图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 -不同程度的基材润湿图像
因此，在表1中，当 液体表面张力的值比的值低 固体表面张力(风场)，那么固体就会发生润湿. 这种差异越大, 液体湿润并扩散到固体表面的机会就越大. 因此，改善润湿作为获得附着力的第一步，要么是 低水位体系域 可以减少和/或 风场 可以增加. 与大多数含有较高水平的有机溶剂来提供润湿的油漆相比，水性涂料和粉末涂料由于水或粉末润湿的相对较高的表面张力而在表面上扩散更困难.
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(用于水性)和/或适当的润湿剂(水性和粉末). 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)(达因/厘米)@ 20°C
2. 机械附着力和内应力
涂层所要涂覆的基材的轮廓也会影响附着力. 光滑的表面对于涂层粘附来说更困难，因为表面面积更小，并且为涂层与基材互锁提供的面积更少. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层很难浸湿并穿透表面缝隙. 这在图2中列出的图表中进行了说明.
图2涂层和基材之间的表面相互作用
草图B中的微观表面轮廓将比草图A中的附着力更好，因为涂层提供了更大的机会与基材互锁. 表面C具有不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(如果基材是可氧化的metal)，因此长期附着力差，最终薄膜失效.
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(毛细作用)。. 附着力也会受到不利影响 强调 由于涂层干燥或固化而收缩的现象. 环境影响随着时间的推移，如暴露于潮湿, 光, 热, 污染物和热循环也最终对降低附着力起作用.
3. 保持涂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 在多层涂漆系统中，如面漆→底漆或清漆→色漆→底漆, 机制，例如 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, 提供进一步增强涂层间附着力的第二个机制是 剩余活性官能团 在多层涂层体系的一层发生反应和形成 共价键 与另一涂层的官能团相同. 改善基材附着力和/或涂层间附着力的其他方法包括 附着力促进剂的添加 (见下面列出的参考资料)和/或 氢键 到相邻的表面. 的结合强度 共价键 是否比氢键强几个数量级，因此从长寿的角度来看，更倾向于保持膜的长期完整性.
4. 表面化学和基材结合强度
除了表面张力和基材的表面轮廓外, 可用的基材官能团可提供与涂层组分形成共价键和氢键的位点，以进一步提高与基材的粘合强度.
表2 -粘合剂粘合力
如表2所示，与表面的最高结合强度由 共价键, 诸如所提供的例如在涂层和metal表面之间的双功能三烷氧基硅烷偶联剂的反应.
大多数 metal 表面涂上一层薄薄的油以减缓氧化的速度. 油也降低了表面能，因此更难以湿润. 出于这个原因, metal表面——例如钢, 镀锌钢和铝-通常在油漆之前清洗以去除油，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. 磷酸基团的作用是增强涂层的附着力 氢键 metal表面到聚合物上的反应位点.
图3用锌预处理的metal表面氢键的例子.磷酸
活性组 在聚合物背骨上或通过添加含环氧树脂的二或多功能粘结促进剂, 氨基或硅烷官能团偶联基可与合适的预处理物进一步反应 metal 表面形成共价键，在metal和涂层之间提供额外的粘合强度.
为 玻璃或硅丰富的 表面, 偶联剂如氨基硅烷还可以通过与含有环氧基的树脂骨架反应，使偶联剂的烷氧基功能性硅烷部分与所述化合物结合，从而增强附着力 硅 表面形成硅氧烷.
塑料 是否因为其表面自由能较低而更难以湿润，而脱模剂的存在可能会进一步降低这种自由能. 通过紫外线照射增加聚烯烃的表面自由能，可以改善与聚烯烃的附着力, 一旦使用了光敏剂, 或者火焰处理产生羟基, 羧基和酮基.
这些在塑料表面的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. 改善与热塑性塑料的附着力的其他方法是在涂料中加入适当的溶剂以溶解塑料表面并使涂料在塑料-涂层界面处混合.
5. 色素沉着
底漆中使用的颜料的水平和类型不仅影响涂料对基材的附着力, 还要看它能附着在表面多长时间. 大多数底漆的配方在临界颜料体积浓度(CPVC)或略低于CPVC，以最大限度地提高面漆的附着力(底漆表面更粗糙，自由能更高)以及许多其他涂层性能(图4)。.
使用更多极性的颜料可以在颜料分散过程中提供易于润湿的条件, 但可能会降低长期附着力，因为它们更容易受到水分迁移和涂层-基材界面的剥离. 片状颜料和水溶性成分很低或不含水溶性成分的颜料也能延长寿命.
6. 附着力评价
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性的方法包括 ASTM D3359(交叉舱口胶带粘合)和 ASTM D4541(拉脱附着力). ASTM D3359描述了测定交叉舱口胶带附着力的两种方法: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额定值是通过专用粘合胶带去除的交叉舱口面积，包括:
5B (no area removed) > 4B (less than 5%) > 3B (5 – 15%) > 2B (15 – 35%),1B(35 - 65%)和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洋娃娃的拉脱强度. 该装置以磅/平方英寸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(粘结性或粘性), 涂层是如何以及在哪一层失效的(从面漆到底漆), 底漆到基材等.).
来源:
- metal表面处理-成功性能的关键， Ron Lewarchik, 2016年11月4日
- 获得卓越的涂层附着力Jochum Beetsma, 2014年6月13日
- 提高涂层性能的活性硅烷， Ron Lewarchik, 2015年3月6日
- 附着力促进剂101马克·赫希，2016年5月19日
- 药房180年.com
- 有机涂料，科学技术，陈国强. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
- 勘探者知识中心
- www.表面张力.de
- 科学指引
- 科学 & 技术AJ Kinloch，查普曼 & 大厅
- CSCScientific.com
- ASTM标准
- www.defelsko.com
