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,首先必须对所需的基材提供附着力. 相应的, 在为预期应用提供可接受的附着力时,必须考虑多种因素. 影响粘连的关键因素包括:

  1. 表面润湿
  2. 机械效应和内应力
  3. 表面化学和结合强度
  4. 色素沉着
  5. 评价粘连

1. 表面润湿 -之间的关系 表面润湿 而附着力是设计涂料时要考虑的首要因素,以优化附着力. 如果处于液体状态的涂层不能自发地在基材表面上扩散, 这样,与基材表面形成机械和化学键的机会就有限了.

如果液体的表面张力(力/单位长度或达因/厘米)低于被涂敷固体的表面自由能,液体就会自发地在材料表面扩散. 例如, 下面的图像提供了一个可视化的不同程度的润湿性的液体滴上的表面是湿的.

图1 -不同程度的衬底润湿图像

基材润湿度图像-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(LST)比 固体表面张力(SST),则固体会发生润湿. 这个差异越大, 液体湿润并在固体表面扩散的机会越大. 与大多数有机溶剂相比,由于水的表面张力相对较高,水性涂料在表面上的扩散比较困难.

相应的, 改善水性涂料的润湿性, 通常使用有机助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. 机械粘附和内应力 -被涂涂层的基材的外形也会影响附着力. 由于表面面积较低,且为涂层与基材联锁提供的面积较少,光滑的表面更难实现涂层的附着力. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层很难湿润和穿透表面缝隙. 这在图2中列出的图表中得到了说明.

图2涂层与基体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提供比图A更好的附着力,因为涂层提供了更大的机会与基材联锁. C表面有不容易被涂层渗透的口袋和孔隙, 导致空气袋可以捕获水分和可溶离子,导致水泡和腐蚀(如果基材是可氧化的metal),因此长期附着不良,最终薄膜失效.

总之, 从机械粘附的角度来看, 具有低表面张力和低粘度的液体涂层有助于促进更好的润湿性和微观渗透(毛细管作用). 附着力也会受到不利影响 强调 这是由于涂层干燥或固化时收缩的结果. 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为涂层组件的共价和氢键提供位点,以进一步增强与基材的粘接强度.

表2 -粘接力

粘接力表。提供完美涂层附着力的指南

如表2所示,与表面的结合强度最高的是 共价键, 例如提供的那些例如双官能团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. 油也降低了表面的能量,因此更难被弄湿. 因为这个原因, metal表面——例如钢, 镀锌钢和铝-通常在涂装前进行清洗,去除油,然后进行预处理, 例如, 经过磷酸锌或磷酸铁处理的表面. 磷酸基的作用是增强涂层通过的附着力 氢键 metal表面与聚合物上的反应位点的关系.

图3经锌预处理的metal表面氢键的例子.磷酸

氢键的配方-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含环氧树脂的二聚或多功能附着力促进剂, 氨基或硅烷官能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和涂层之间提供附加的粘接强度.

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附着力,偶联剂的烷氧基功能硅烷部分与所述偶联剂粘接 硅 形成硅氧烷的表面.

塑料 是否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,所以更难湿化. 通过紫外辐照提高聚烯烃的表面自由能,可以提高其对聚烯烃的附着力, 一旦使用了光敏剂, 或者火焰处理产生羟基, 羧基和酮基.

塑料表面上的这些官能团提供了更高的表面能来改善润湿性,并为涂层上的聚合物官能团提供了氢键位点. 提高与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,以溶解塑料表面,并使涂料在塑料涂层界面上混合.

4. 色素沉着 -底漆中使用的颜料的等级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. 大多数底漆的配方为临界颜料体积浓度(CPVC)或略低于临界颜料体积浓度(CPVC),以最大限度地提高面漆附着力(底漆表面较粗糙,自由能较高)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

使用极性更强的颜料可使颜料分散过程中更容易湿润, 但可能会降低长期的附着力,因为它们更容易在涂层-基板界面上的水分迁移和剥离. 平板颜料和具有极低或无水溶性成分的颜料也能延长寿命.

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(交叉舱口胶带粘接)和 ASTM D4541(拉出附着力). ASTM D3359描述了两种方法来确定交叉舱口胶带的附着力:方法A是简单的X, 方法B是格子图. Method A is used in the field and for films > 5 mils, 而方法B用于实验室测定. 评级如下图所示:

按专用胶带拆除的交叉舱口面积进行分类,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(拉出附着力利用一种装置来测量粘在涂层表面的移动小车的拉离强度. 该装置确定了剥离涂层所需的力(单位为磅/平方英寸). 这不仅量化了拉离涂层所需的力的大小, 还有失败的类型(粘性或粘性), 涂层在哪一层失效(面漆到底漆), 底材等的底漆.).

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:deelsko)

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