未處理和磷化處理的冷軋鋼板的表面形態(tài),磷化后表面上可發(fā)現(xiàn)大量的交錯的磷酸鐵微芯片,芯片間的空間提供了大量的物理連接點。
2. 化學鍵理論
在界面間可能形成共價鍵,且在熱固性涂料中更有可能發(fā)生,這一類連結(jié)最強且耐久性最佳,但這要求相互反應的化學基團牢牢結(jié)合在底材和涂料上。因為界面層很薄,界面上的化學鍵很難檢測到。然而,如下面所討論的,確實發(fā)生了界面鍵合,從而大大提高了粘結(jié)強度。有些表面,如已涂過的表面、木材、復合物和有些塑料,會有各種各樣的化學官能團,在合適的條件下,可和涂層材料形成化學鍵�！�
有機矽烷廣泛用于玻璃纖維的底漆以提高樹脂和纖維增強塑料中玻璃的附著力,也可用作底漆或一體化混合物以促進樹脂對礦石、金屬和塑料的附著力。實質(zhì)上,應用時生成了矽醇基,可與玻璃表面的矽醇基,或者也可能與其他金屬氧化物形成強的醚鍵 。這類化學鍵合可發(fā)生在玻璃、陶瓷及一些金屬底材表面的金屬氫氧化物和含矽烷涂料間。
含反應性基團如羥基和羧基的涂料傾向于和含有類似基團的底材更牢固地附著、這種機理的一個例子是三聚氰胺固化丙烯酸面漆對三聚氰胺固化聚酯底漆的優(yōu)異附著力,一種可能的解釋是已固化底漆的剩余羥基會與面漆的三聚氰胺固化劑反應,實際上把底漆和面漆拉在了一起。當該涂料過烘烤(烘烤時間過長和/或固化溫度過高)時,面漆的附著力顯著減弱,有時甚至無附著力。剩余羥基會對附著力有貢獻可從IR譜圖得到證實:標準烘烤的底漆富含羥基,而過烘烤底漆即使有也只有很少的羥基。
當?shù)撞暮蟹磻粤u基時,在適當?shù)臈l件下也會和熱固性聚氨酯涂料發(fā)生化學反應。
化學鍵合也完全可適用于解釋環(huán)氧樹脂涂料對纖維素底材的優(yōu)異附著力。顯然,正如紅外光譜所證實的,界面上環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基和纖維素的羥基發(fā)生反應,導致纖維素上羥基伸縮振動峰3350cm-1和C-O的伸縮振動峰1100～1500cm-1的消失,同時環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基915cm-1峰和氧橋?qū)ΨQ伸縮振動峰1160cm-1消失。
有些聚合物對已交聯(lián)的聚合物表面附著較弱,出現(xiàn)界面性的缺損。有報導稱加入少量的某些含氮基團能大大提高附著力。例如氨基聚合物對交聯(lián)醇酸樹脂具有很強的附著力,因為界面上兩相間發(fā)生氨-酯交換反應,形成酰胺鍵。
以丁胺作氨基聚合物的模型化合物可以很容易發(fā)現(xiàn)氨-酯交換反應。當胺加入未固化醇酸樹脂的甲苯溶液中,兩者在室溫下很易反應形成二丁基苯二酰胺,并會結(jié)晶而析出 。FTIR光譜法檢測氨基樹脂和未固化醇酸樹脂的混合物發(fā)現(xiàn),混合物烘烤后胺基吸收峰下降,同時出現(xiàn)酰胺吸收峰,表明在界面上確實發(fā)生了氨-酯交換反應。
3. 靜電理論
可以想像以帶電雙電層形式存在的靜電作用力形成于涂層表面的界面上,涂層和表面均帶有殘余電荷,散布于體系中,這些電荷的相互作用能提高一些附著力。靜電力主要是色散力和來源于永久偶極子的相互作用力。含有永久偶極子物質(zhì)的分子間的吸引力由一個分子的正電區(qū)和另一分子的負電區(qū)的相互作用引起。
涂料潤濕固體表面的程度通過接觸角測定誘導偶極子間的吸引力,稱為倫敦力或色散力是范德華力的一種,也對附著力有所貢獻,對某些底材/涂料體系,這些力提供了涂料和底材間的大部分吸引力。應該注意到這些相互作用只是短程相互作用,與涂料/底材間距離的六次方或七次方成反比。因為當距離超過0.5納米(5埃)時,這些力的作用明顯下降,所以涂層和底材的密切接觸是必要的。
4. 擴散理論
當涂料和底材(聚合物)這兩相通過潤濕達到分子接觸時,根據(jù)材料的性質(zhì)和固化條件的不同,大分子上的某些片段會向界面另一邊進行不同程度的擴散。這種現(xiàn)象需經(jīng)兩步完成,即潤濕之后鏈段穿過界面相互擴散形成交錯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
因為長鏈性質(zhì)不同和擴散系數(shù)較低,非相似聚合物通常不兼容,因此,完整的大分子穿過界面擴散是不可能的。然而,理論和實驗資料表明,局部鏈段擴散很容易發(fā)生,并在聚合物間形成10～1000埃的擴散界面層。涂料的擴散也從接觸時間、固化溫度和分子結(jié)構(gòu)(分子量、分子鏈柔性、側(cè)鏈基團、極性、雙鍵和物理兼容性)的影響間接得到證實。直接的證據(jù)則包括擴散系數(shù)的測定、電鏡對界面結(jié)構(gòu)的觀察、輻射熱致發(fā)光技術(shù)和光學顯微鏡。顯然,這種擴散最易發(fā)生在諸如工程塑料的聚合物底材上,因為分子間自由體積較大,且與金屬相比分子間距離大得多。
|
