當兩物體被放在一起達到緊密的界面分子接觸,以至生成新的界面層,就生成了附著力。附著力是一種復雜的現(xiàn)象,涉及到“界面”的物理效應和化學反應。因為通常每一可觀察到的表面都與好幾層物理或化學吸附的分子有關,真實的界面數(shù)目并不確切知道,問題是在兩表面的何處劃界及附著真正發(fā)生在哪里。
當涂料施工于底材上,并在干燥和固化的過程中附著力就生成了。這些力的大小取決于表面和粘結料(樹脂、聚合物、基料)的性質。廣義上這些力可分為二類:主價力和次價力�；瘜W鍵即為主價力,具有比次價力高得多的附著力,次價力基于以氫鍵為代表的弱得多的物理作用力。這些作用力在具有極性基團(如羧基)的底材上更常見,而在非極性表面如聚乙烯上則較少。鍵的強度和鍵能強度/類型/能量(千卡/摩爾)/實例：
共價鍵 主價力 15～170 絕大多數(shù)有機物
氫鍵 次價力 <12
色散力 次價力 <10 絕大多數(shù)分子
偶極力 次價力 <5 極性有機物
誘導力 次價力 <0.5 非極性有機物
涂料附著的確切機理人們尚未完全了解。不過,使兩個物體連接到一起的力可能由于底材和涂料通過涂料擴散生成機械連接、靜電吸引或化學鍵合。根據底材表面和所用涂料的物理化學性質的不同,附著可采取上述機理的一種或幾種。一些提出的理論討論如下。
1. 機械連接理論
這種涂層作用機制適用于當涂料施工于含有孔、洞、裂隙或空穴的底材上時,涂料能夠滲透進去。在這種情況下,涂料的作用很象木材拼合時的釘子,起機械錨定作用。當?shù)撞挠邪疾鄄⑻顫M固化的涂料時,由于機械作用,去掉涂層更加困難,這與把兩塊榫結的木塊拼在一起類似。對各種表面的儀器分析和繪圖(外形圖)表明,涂料確實可滲透到復雜“隧道”形狀的凹槽或裂紋中,在固化硬化時,可提供機械附著。各種涂料對老的或已風化的涂層的附著,以及對噴砂底材的附著就屬于這種機理。磷酸鋅或鐵與涂料具有較大的接觸面積,因而能提高附著和耐蝕性。
表面的粗糙程度影響涂料和底材的界面面積。因為去除涂層所需的力與幾何面積有關,而使涂層附著于底材上的力與實際的界面接觸面積有關。隨著表面積增大,去除涂層的困難增加,這通�？赏ㄟ^機械打磨方法提供粗糙表面來實現(xiàn)。通過噴砂使表面積增加,結果附著力增加。顯然由于其他許多因素的影響,附著并不按相同比例增加,不過通常可見到顯著的增加。
只有當涂料完全滲透到不規(guī)則表面處,提高表面粗糙度才有利,若不能完全滲入,則涂料與表面的接觸會比相應的幾何面積還小,并且在涂料和底材間留有空隙,空隙中駐留的氣泡會導致水汽的聚積,最終導致附著力的損失。
經常通過對已固化的涂層進行磨砂處理,可改進層間附著力(特別是在汽車涂料中),特別是在底色漆/清漆體系中,要求清漆平滑、光亮且表面能低,因此第二層清漆的附著有一定的困難。這一問題當涂料在比原定溫度高得多的溫度下固化或烘烤時間延長時變得更為嚴重,這兩種情況下,對該表面進行輕度打磨表明,附著力可顯著提高。雖然表面粗糙化能提高附著力,但必須注意避免深而尖的形狀,由于粗糙化生成的尖峰會導致透影(看到底材),在某些情況下并不希望這樣而且深而尖的隆起會形成不均一的涂層,從而生成應力集中點,附著力降低,從而耐久性下降。
只要涂膜稍具流動性,涂膜收縮,厚度不均勻以及三維尺寸的變化就很少會生成不可釋放應力,但隨著粘度和涂層剛性的增加以及對底材的附著力逐漸形成會生成大量的應力,并殘留于干漆膜中。顯然在固定施工參數(shù)(濕膜和干膜厚度)時,凸起部分的涂層厚度比凹陷處小,導致物理性質不同。這種不均一涂層具有很高的內部應力,在投入應用時,會進一步受到修補漆溶劑的侵蝕或老化的影響,偶而會超過涂膜的應力承受能力,導致裂紋、剝落或其他涂膜完整性的降低。
電鍍金屬對聚乙烯和ABS塑料的附著力證明是來源于機械連接。金屬電鍍工藝包括首先對塑料表面處理,生成大量的機械凹陷,有利于機械連結,然后用氯化亞錫溶液活化,并在Pd2+溶液中使Pd沉積,不通電沉積鎳,然后電鍍所需金屬,如鉻。只有當塑料處理后生成連接凹陷時,電鍍金屬對塑料的附著力才強。不同預處理金屬不僅改變表面的化學組成,而且會生成表面連接點,機械連結對這類表面起著即使不是最關鍵,也是相當大的作用。 |
