涂料附着力基本原理分析
粉末涂料与附着力
粉末涂料与附着力1前言粉末涂料行业是现代涂料工业中的重要组成部分，从普通的热固性粉末涂料和热塑性粉末涂料，到专用功能型粉末涂料、重防腐粉末涂料、铝型材专用粉末涂料等，与人们的日常生活及高新科学技术息息相关。
附着力是粉末涂料机械性能中的基本性能，但遗憾的是自从引进粉末涂料30多年来，这一理论还没有得到合理的科学解释。
笔者结合自身的经验，以及在一些实验的基础上，对粉末涂料附着力作了一些尝试性论述，以供商榷。
2粉末涂料成膜及附着机理粉末涂料一般在粉末状态下经静电涂装至工件上，经过聚集、流平、固化三个过程后固化成膜。
粉末涂料涂膜的附着机理分为机械附着和化学附着。
机械附着力取决于底材的性质（如粗糙度、多空性）以及所形成的涂膜强度；化学附着力指涂膜和底材之间界面的作用力，包括静电的力、范德华吸引力、氢键及化学结合力，这些决定了涂膜对被涂物体表面的附着性。
3附着力附着力涵义目前，国内外化学家还没有对附着力下一个确切的定义，一般在大多数情况下，认为分开涂膜涂层与底材两个相互粘连的界面所需要做的功，暂且称为涂层的附着力。
涂层与底材之间的界面，理想状态下，底材光滑平整，那么将底材和涂层联系在一起的作用力是单位几何面积上的界面吸力，实际底材都是具有微小尺寸的粗糙表面。
所以涂层与底材表面之间的实际接触面积远远大于其几何面积，由于表面粗糙度存在于微观甚至亚微观尺度，此种情形类似于液体渗入毛细管，故可以引入如下的方程式：L^2.2d[CY./（rccs⑴式中：L——渗透值，cm;r——进入毛细管的半径，cm;t——时间，s；Y表面张力，mNm-1;n粘度,Pa•s；e——接触角。
需要说明的是涂层的表面张力高，渗透速率Lt-1就较大，毛细管的半径是底材的变量，非涂层的变量。
特别关注的一个变量是粘度，从微观和亚微观尺度，裂纹和小空，涂膜涂层中的一部分颜填料与聚合物颗粒都至少比一些表面不规则尺寸要大，因此临界粘度是涂层连续（外）相的粘度，而不是涂料的总体粘度。
涂料附着力原理范文
涂料附着力原理范文涂料的附着力原理主要涉及到两个方面：涂料与基材的物理吸附和涂料与基材的化学反应。
首先，涂料与基材之间的物理吸附是指涂料中的分子与基材表面之间的物理作用力。
涂料中的分子通常具有一定的极性或非极性，分子间的束缚力可以使涂料分子吸附于基材表面。
这种物理吸附可以通过各种因素来增强，如膜厚、涂料的固体含量、涂料的粘度等。
物理吸附的附着力主要来自于范德华力（分子间引力）和静电作用力。
其次，涂料的附着力还与涂料与基材之间的化学反应有关。
涂料中的成分可以与基材表面的官能团发生化学反应，形成共价键或键合结构，从而增强涂料与基材之间的结合力。
例如，涂料中的乙烯基团可以与基材表面上的羟基官能团（-OH）发生缩合反应，形成醚键；或者涂料中的异氰酸酯团可以与基材表面的羟基官能团（-OH）反应，形成脲键。
这些化学反应可以使涂层与基材之间形成更牢固的结合。
此外，涂料的附着力还受到基材表面的特性影响。
基材表面的粗糙度、清洁度和化学成分等因素都会对涂料附着力产生影响。
通常来说，粗糙表面有一更大的附着面积，更有利于涂料的附着。
同时，表面的污垢、油脂、水分等物质会降低基材与涂料之间的接触面，并阻碍附着力的形成。
因此，在涂料施工前，必须对基材表面进行充分的清洁和处理，以确保涂料具有良好的附着力。
总结起来，涂料的附着力主要通过物理吸附和化学反应实现。
物理吸附是指涂料分子与基材表面之间的物理作用力，如范德华力和静电作用力。
化学反应是指涂料成分与基材表面发生化学反应，形成共价键或键合结构。
此外，基材表面的特性也会对涂料的附着力产生影响。
只有在涂料与基材之间具备适合的物理和化学亲和力，并处理了基材表面的问题，才能达到良好的涂料附着力。
附着力
2.界面热力学
液体涂料对固态表面的润湿程度通过接触角(θ)来测定,如图13。当θ=0,液体在表 面自由铺展,称为完全润湿。当液相和固相分子的分子吸引大于类似的液体分子时, 发生完全润湿。
3.接触角和临界表面张力
测定固体表面张力广泛采用的办法是测量接触角。通过测定接触角来计算表面自由能的办法多有争议,该问题至今仍未解决,因为固体的表面自由能不能直接测定。然 而本专题的用意并非讨论这些观点,作者旨在通过列举有争议的观点,为操作者提供可靠的指导,使读者在估计表面热力学参数时前进一步。
1.润湿性和表面能
考查附着力时润湿性是必须的标准。前所讨论的附着机理只有当底材和涂料达到有效润湿时才起作用。表面的润湿可从热力学角度描述,涂料在液态时的表面张力以及 底材和固态涂膜的表面能是影响界面连接强度和附着力形成的重要参数。
均相的固体或液体表面的分子或原子的周围环境与内部不同。在内部分子被相同的分子所包围,分子间的距离由把分子拉到一起的吸引力和阻止分子占据同一位置的排 斥力的平衡决定;而界面上的分子各个方向受力不均匀,它们和表面以上的空气相互作用,同时受表面以下分子的吸引。表面下的分子倾向于将表面分子向内拉,使表面 分子数最小,因而表面积也最小,这种吸引提高了液体的表面张力,并可解释液体以液 滴形式存在,好象被一层弹性表皮覆盖。而且表面分子间的距离比体相大,因而能量更高。把分子从内部移到表面需要做功,液体增加单位表面积导致的Helmholtz自由 能的增加值定义为表面张力。
当底材含有反应性羟基时,在适当的条件下也会和热固性聚氨酯涂料发生化学反应。
化学键合也完全可适用于解释环氧树脂涂料对纤维素底材的优异附着力。显然,正 如红外光谱所证实的,界面上环氧树脂的环氧基和纤维素的羟基发生反应,导致纤 维素上羟基伸缩振动峰3350cm-1和C-O的伸缩振动峰1100～1500cm-1的消失,同时环氧树脂的环氧基915cm-1峰和氧桥对称伸缩振动峰1160cm-1消失。
涂料附着力报告
涂料附着力报告1. 引言本报告旨在评估涂料的附着力性能。
涂料的附着力是指涂层与基材之间的结合强度，是判断涂层质量的重要指标之一。
良好的附着力能确保涂层在使用过程中不易剥落，延长涂层的使用寿命。
本报告将介绍涂料附着力的测试方法、实验结果和结论。
2. 测试方法涂料附着力的测试常用的方法有划格法、拉伸法和剥离法等。
本次实验中我们选择了剥离法来评估涂料附着力。
2.1 实验材料•涂料样品：选择了市场上常用的两种涂料进行测试，分别记为涂料A 和涂料B。
•基材：使用金属板作为基材。
2.2 实验步骤1.准备工作：将金属板划分为相同大小的测试片，并清洗干净。
2.涂料涂布：在每个测试片上涂布涂料A或涂料B，涂层厚度控制在10±2μm。
3.干燥处理：将涂布好的测试片在室温下放置24小时进行干燥处理。
4.剥离测试：使用剥离力测试仪进行测试。
将测试片固定在仪器上，然后逐渐施加垂直向上的剥离力，直到涂层发生剥离。
5.记录数据：记录剥离力的大小，并进行多次测试并取平均值。
3. 实验结果经过多次测试，得到涂料A和涂料B的附着力数据如下表所示：涂料第1次剥离力（N）第2次剥离力（N）第3次剥离力（N）平均剥离力（N）涂料A12.5 11.8 13.2 12.5涂料B10.3 11.1 9.8 10.44. 结论根据实验数据，我们可以得出以下结论：1.涂料A的平均剥离力为12.5N，涂料B的平均剥离力为10.4N。
2.涂料A的附着力明显高于涂料B，说明涂料A的附着力更强，更适合用于需要较高附着力的场合。
3.实验结果证明涂料的附着力是受涂料配方、涂布厚度等因素的影响，不同涂料在附着力方面存在差异。
5. 建议根据实验结果，我们建议在涂料应用中考虑到涂料的附着力性能，选择具有较高附着力的涂料使用。
同时，在涂布过程中要控制好涂布厚度，以确保涂料与基材之间的结合强度达到最优。
6. 参考文献1.林志庆. 涂料技术基础[M]. 化学工业出版社, 2011.2.GB/T 9286-1998 外墙涂料的附着力测定方法[S]. 中国标准出版社,1998.。
涂料的附着力与表面处理技术研究
涂料的附着力与表面处理技术研究在现代工业和日常生活中，涂料被广泛应用于各种材料的表面保护和装饰。
然而，要确保涂料能够有效地发挥其作用，关键在于其对被涂覆表面的附着力。
涂料的附着力不足可能导致涂层剥落、起泡、生锈等问题，严重影响涂层的性能和使用寿命。
因此，深入研究涂料的附着力以及相关的表面处理技术具有重要的现实意义。
一、涂料附着力的基本原理涂料附着力的形成涉及到多种物理和化学作用。
从物理角度来看，涂料能够渗透到被涂覆表面的微观孔隙和粗糙度中，形成机械嵌合，增加了涂料与表面的接触面积和摩擦力，从而有助于提高附着力。
从化学角度分析，涂料中的树脂和固化剂与被涂覆表面的化学成分发生反应，形成化学键合，如共价键、离子键等，这是实现强附着力的重要因素。
此外，表面能也是影响涂料附着力的一个关键因素。
一般来说，涂料的表面能应低于被涂覆表面的表面能，这样涂料才能在表面良好地润湿和铺展，进而提高附着力。
二、影响涂料附着力的因素1、被涂覆表面的性质被涂覆表面的清洁度、粗糙度、化学成分等都会对涂料附着力产生显著影响。
如果表面存在油污、灰尘、锈迹等污染物，会阻碍涂料与表面的直接接触，降低附着力。
粗糙度适中的表面有助于增加机械嵌合作用，但过于粗糙或过于光滑的表面都不利于附着力的提高。
表面的化学成分决定了其与涂料发生化学反应的可能性和强度。
2、涂料的性质涂料的组成成分、粘度、干燥速度等特性也会影响附着力。
优质的涂料应具有良好的润湿性、适当的粘度和固化性能，以确保能够与被涂覆表面充分结合。
3、施工环境和条件施工时的温度、湿度、通风情况等环境因素以及施工方法、涂装厚度等施工条件都会对涂料附着力产生影响。
例如，过高的温度和湿度可能导致涂料干燥不均匀或产生气泡，从而影响附着力。
三、表面处理技术的分类和作用1、机械处理机械处理包括喷砂、打磨、抛光等方法。
通过这些手段，可以去除被涂覆表面的氧化层、锈迹和污染物，增加表面粗糙度，为涂料提供良好的附着基础。
附着力原理
涂料附着力基本原理分析附着力理论和机理当两物体被放在一起达到紧密的界面分子接触,以至生成新的界面层,就生成了附着力。
附着力是一种复杂的现象,涉及到“界面”的物理效应和化学反应。
因为通常每一可观察到的表面都与好几层物理或化学吸附的分子有关,真实的界面数目并不确切知道,问题是在两表面的何处划界及附着真正发生在哪里。
当涂料施工于底材上,并在干燥和固化的过程中附着力就生成了。
这些力的大小取决于表面和粘结料(树脂、聚合物、基料)的性质。
广义上这些力可分为二类:主价力和次价力(表1)。
化学键即为主价力,具有比次价力高得多的附着力,次价力基于以氢键为代表的弱得多的物理作用力。
这些作用力在具有极性基团(如羧基)的底材上更常见,而在非极性表面如聚乙烯上则较少。
表1:键的强度和键能强度/类型/能量(千卡/摩尔)/实例共价键主价力 15～170 绝大多数有机物氢键次价力 <12 水色散力次价力<10 绝大多数分子偶极力次价力 <5 极性有机物诱导力次价力<0.5 非极性有机物涂料附着的确切机理人们尚未完全了解。
不过,使两个物体连接到一起的力可能由于底材和涂料通过涂料扩散生成机械连接、静电吸引或化学键合。
根据底材表面和所用涂料的物理化学性质的不同,附着可采取上述机理的一种或几种。
一些提出的理论讨论如下。
1.机械连接理论这种涂层作用机制适用于当涂料施工于含有孔、洞、裂隙或空穴的底材上时,涂料能够渗透进去。
在这种情况下,涂料的作用很象木材拼合时的钉子,起机械锚定作用。
当底材有凹槽并填满固化的涂料时,由于机械作用,去掉涂层更加困难,这与把两块榫结的木块拼在一起类似。
对各种表面的仪器分析和绘图(外形图)表明,涂料确实可渗透到复杂“隧道”形状的凹槽或裂纹中,在固化硬化时,可提供机械附着。
各种涂料对老的或已风化的涂层的附着,以及对喷砂底材的附着就属于这种机理。
磷酸锌或铁与涂料具有较大的接触面积,因而能提高附着和耐蚀性。
胶粘剂附着力基本原理分析综述
胶粘剂附着力基本原理分析胶粘剂(涂料、油墨)附着力的机理人们并未完全了解，但形成了一些假设理论，并用以分析附着过程和影响附着力的因素。
一、附着力当两种物体被放在一起达到紧密的界面分子接触，以至生成新的界面层时就生成了附着力。
当胶粘剂涂布于基材上，在干燥和固化的过程中附着力就生成了。
这些力的大小取决于基材表面和胶粘剂的性质。
广义上讲附着力可分为二类：主价力和次价力。
化学键即为主价力，具有比次价力高得多的附着力。
次价力基于以氢键为代表的弱得多的物理作用力。
这些作用力在具有极性基团(如羧基)的基材上更常见，而在非极性表面如聚乙烯上则较少。
二、附着力理论1、机械连接理论在亚微观状态下观察，基材表面是粗糙的，充满孔洞、凹陷。
具有良好流动性能的液态胶粘剂流入并填满这些孔洞、凹陷，干燥固化后形成钩锚、榫接、铆合等机械连接力。
基材的粗糙程度高、表面积大，附着力就大。
只有当胶粘剂完全渗透到粗糙表面的不规则界面处，才对附着力有利。
只要涂膜稍具流动性，就很少会产生不可释放应力。
但随着涂膜粘度、刚性的增加和对基材附着力的形成，就会产生大量的应力。
胶粘剂在基材的凹凸处的厚度显然不同，这种不同导致物理性质不同。
不均一的涂层会产生很大的内部应力，甚至会导致膜层的破裂。
2、化学键理论在界面间产生化学键，互相反应的化学基团牢牢结合在基材和胶粘剂上。
这类连结最强且耐久性最好。
含反应性基团如羟基和羧基的胶粘剂倾向于和含有类似基团的基材有更强的附着力。
光谱分析法可证实这一点。
3、静电理论胶粘剂和基材表面都带有残余电子而形成带电双电层，这些电子的相互作用也能提高附着力。
静电力主要来源于色散力和由永久偶极子引起的相互作用力(一个分子的正电区和另一个分子的负电区)。
诱导偶极子之间的吸引力称为色散力或伦敦力，是范德华力(分子间力)的一种。
当胶粘剂分子与基材分子之间的间距超过0.5纳米(5埃)时，这些力的作用明显降低。
所以保证一定压力用压辊使胶粘剂与基材紧密接触是非常重要的。
喷塑作业中的喷涂工艺参数与涂层附着力分析
喷塑作业中的喷涂工艺参数与涂层附着力分析喷塑作业是一种常见的表面处理技术，可用于给物体表面涂覆一层保护性或装饰性涂层。
而喷涂工艺参数的选择和涂层的附着力直接影响着喷塑作业的质量和耐久性。
因此，合理确定喷涂工艺参数和了解涂层附着力的影响因素，对有效提高喷塑作业的质量具有重要意义。
一、喷涂工艺参数的选择1. 喷涂压力：喷涂压力的选择直接影响到涂料在物体表面的附着力和均匀性。
通常情况下，喷涂压力应根据具体涂料的粘度、喷枪型号以及施工物体的形状来选择。
较高的喷涂压力可增加涂料的覆盖面积，但也容易造成喷涂过量，导致涂层产生气泡或流挂现象。
因此，在选择喷涂压力时需要综合考虑各种因素，以达到均匀覆盖且不浪费涂料的效果。
2. 喷嘴大小：喷嘴的大小直接影响到喷涂的质量和效率。
较大的喷嘴可以提高喷涂速度，但也容易造成涂料的浪费和不均匀的涂层厚度。
较小的喷嘴可以提高喷涂的精确度，但也容易造成堵塞和喷涂速度的缓慢。
因此，在选择喷嘴大小时，需要根据具体的喷涂要求和涂料的特性进行综合考虑。
3. 喷枪距离：喷枪距离是指喷涂枪口到喷涂物体表面的距离。
喷枪距离的选择对喷涂的均匀性和涂层的附着力有着重要的影响。
喷枪距离过近容易造成过量喷涂和涂层的流挂现象，喷枪距离过远则容易导致喷涂不均匀和涂层附着力不足。
因此，在选择喷枪距离时需要考虑喷涂物体的形状和尺寸，并进行适当调整，以达到最佳的喷涂效果。
二、涂层附着力的分析涂层的附着力是指涂层与基材之间的结合强度，直接关系到涂层的使用性能和耐久性。
以下是影响涂层附着力的几个主要因素：1. 基材表面处理：基材的表面处理是影响涂层附着力的首要因素。
在喷塑作业中，常见的表面处理方法包括喷砂、化学处理和打磨等。
通过表面处理可以去除基材表面的杂质和氧化层，增加表面的粗糙度，从而提供更好的附着力。
2. 涂料选择：不同类型的涂料对涂层附着力有着不同的影响。
一般来说，粘度较高的涂料在喷涂后更容易形成较好的附着力，而粘度较低的涂料则需要通过其他方法来提高附着力，如添加特殊的粘合剂或进行烘干处理。
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涂料附着力基本原理分析涂料附着力基本原理分析附着力理论和机理当两物体被放在一起达到紧密的界面分子接触,以至生成新的界面层,就生成了附着力。
附着力是一种复杂的现象,涉及到“界面”的物理效应和化学反应。
因为通常每一可观察到的表面都与好几层物理或化学吸附的分子有关,真实的界面数目并不确切知道,问题是在两表面的何处划界及附着真正发生在哪里。
当涂料施工于底材上,并在干燥和固化的过程中附着力就生成了。
这些力的大小取决于表面和粘结料(树脂、聚合物、基料)的性质。
广义上这些力可分为二类:主价力和次价力(表1)。
化学键即为主价力,具有比次价力高得多的附着力,次价力基于以氢键为代表的弱得多的物理作用力。
这些作用力在具有极性基团(如羧基)的底材上更常见,而在非极性表面如聚乙烯上则较少。
涂料附着的确切机理人们尚未完全了解。
不过,使两个物体连接到一起的力可能由于底材和涂料通过涂料扩散生成机械连接、静电吸引或化学键合。
根据底材表面和所用涂料的物理化学性质的不同,附着可采取上述机理的一种或几种。
一些提出的理论讨论如下。
1.机械连接理论这种涂层作用机制适用于当涂料施工于含有孔、洞、裂隙或空穴的底材上时,涂料能够渗透进去。
在这种情况下,涂料的作用很象木材拼合时的钉子,起机械锚定作用。
当底材有凹槽并填满固化的涂料时,由于机械作用,去掉涂层更加困难,这与把两块榫结的木块拼在一起类似。
对各种表面的仪器分析和绘图(外形图)表明,涂料确实可渗透到复杂“隧道”形状的凹槽或裂纹中,在固化硬化时,可提供机械附着。
各种涂料对老的或已风化的涂层的附着,以及对喷砂底材的附着就属于这种机理。
磷酸锌或铁与涂料具有较大的接触面积,因而能提高附着和耐蚀性。
图2展示了假定的底材表面形状和涂料的渗透。
表面的粗糙程度影响涂料和底材的界面面积。
因为去除涂层所需的力与几何面积有关,而使涂层附着于底材上的力与实际的界面接触面积有关。
随着表面积增大,去除涂层的困难增加,这通常可通过机械打磨方法提供粗糙表面来实现。
截面的几何面积和实际的界面面积的比较见图3。
实际的界面接触面积一般比几何面积大好几倍。
通过喷砂使表面积增加,结果附着力增加,见图4。
显然由于其他许多因素的影响,附着并不按相同比例增加,不过通常可见到显着的增加。
只有当涂料完全渗透到不规则表面处,提高表面粗糙度才有利,若不能完全渗入,则涂料与表面的接触会比相应的几何面积还小,并且在涂料和底材间留有空隙,空隙中驻留的气泡会导致水汽的聚积,最终导致附着力的损失。
经常通过对已固化的涂层进行磨砂处理,可改进层间附着力(特别是在汽车涂料中), 特别是在底色漆/清漆体系中,要求清漆平滑、光亮且表面能低,因此第二层清漆的附着有一定的困难。
这一问题当涂料在比原定温度高得多的温度下固化或烘烤时间延长时变得更为严重,这两种情况下,对该表面进行轻度打磨表明,附着力可显着提高。
虽然表面粗糙化能提高附着力,但必须注意避免深而尖的形状,由于粗糙化生成的尖峰会导致透影(看到底材),在某些情况下并不希望这样;而且,深而尖的隆起会形成不均一的涂层,从而生成应力集中点,附着力降低,从而耐久性下降。
只要涂膜稍具流动性,涂膜收缩,厚度不均匀以及三维尺寸的变化就很少会生成不可释放应力,但随着粘度和涂层刚性的增加以及对底材的附着力逐渐形成会生成大量的应力,并残留于干漆膜中。
显然在固定施工参数(湿膜和干膜厚度)时,凸起部分的涂层厚度比凹陷处小,导致物理性质不同。
这种不均一涂层具有很高的内部应力,在投入应用时,会进一步受到修补漆溶剂的侵蚀或老化的影响,偶而会超过涂膜的应力承受能力,导致裂纹、剥落或其他涂膜完整性的降低。
电镀金属对聚乙烯和ABS塑料的附着力证明是来源于机械连接。
金属电镀工艺包括首先对塑料表面处理,生成大量的机械凹陷,有利于机械连结,然后用氯化亚锡溶液活化,并在Pd2+溶液中使Pd沉积,不通电沉积镍,然后电镀所需金属,如铬。
只有当塑料处理后生成连接凹陷时,电镀金属对塑料的附着力才强。
不同预处理金属不仅改变表面的化学组成,而且会生成表面连接点,机械连结对这类表面起着即使不是最关键,也是相当大的作用。
未处理和磷化处理的冷轧钢板的表面形态,磷化后表面上可发现大量的交错的磷酸铁微芯片,芯片间的空间提供了大量的物理连接点。
2.化学键理论在界面间可能形成共价键,且在热固性涂料中更有可能发生,这一类连结最强且耐久性最佳,但这要求相互反应的化学基团牢牢结合在底材和涂料上。
因为界面层很薄, 界面上的化学键很难检测到。
然而,如下面所讨论的,确实发生了界面键合,从而大大提高了粘结强度。
有些表面,如已涂过的表面、木材、复合物和有些塑料,会有各种各样的化学官能团,在合适的条件下,可和涂层材料形成化学键。
有机矽烷广泛用于玻璃纤维的底漆以提高树脂和纤维增强塑料中玻璃的附着力,也可用作底漆或一体化混合物以促进树脂对矿石、金属和塑料的附着力。
实质上,应用时生成了矽醇基,可与玻璃表面的矽醇基,或者也可能与其他金属氧化物形成强的醚键。
这类化学键合可发生在玻璃、陶瓷及一些金属底材表面的金属氢氧化物和含矽烷涂料间。
含反应性基团如羟基和羧基的涂料倾向于和含有类似基团的底材更牢固地附着、这种机理的一个例子是三聚氰胺固化丙烯酸面漆对三聚氰胺固化聚酯底漆的优异附着力,一种可能的解释是已固化底漆的剩余羟基会与面漆的三聚氰胺固化剂反应,实际上把底漆和面漆拉在了一起。
当该涂料过烘烤(烘烤时间过长和/或固化温度过高)时, 面漆的附着力显着减弱,有时甚至无附着力。
剩余羟基会对附着力有贡献可从IR谱图得到证实:标准烘烤的底漆富含羟基,而过烘烤底漆即使有也只有很少的羟基。
当底材含有反应性羟基时,在适当的条件下也会和热固性聚氨酯涂料发生化学反应。
化学键合也完全可适用于解释环氧树脂涂料对纤维素底材的优异附着力。
显然,正如红外光谱所证实的,界面上环氧树脂的环氧基和纤维素的羟基发生反应,导致纤维素上羟基伸缩振动峰3350cm-1和C-O的伸缩振动峰1100～1500cm-1的消失,同时环氧树脂的环氧基915cm-1峰和氧桥对称伸缩振动峰1160cm-1消失。
有些聚合物对已交联的聚合物表面附着较弱,出现界面性的缺损。
有报导称加入少量的某些含氮基团能大大提高附着力。
例如氨基聚合物对交联醇酸树脂具有很强的附着力, 因为界面上两相间发生氨-酯交换反应,形成酰胺键。
R1NH2+RCOOR2→RCONH-R1以丁胺作氨基聚合物的模型化合物可以很容易发现氨-酯交换反应。
当胺加入未固化醇酸树脂的甲苯溶液中,两者在室温下很易反应形成二丁基苯二酰胺,并会结晶而析出。
FTIR光谱法检测氨基树脂和未固化醇酸树脂的混合物发现,混合物烘烤后胺基吸收峰下降,同时出现酰胺吸收峰,表明在界面上确实发生了氨-酯交换反应。
3.静电理论可以想像以带电双电层形式存在的静电作用力形成于涂层-表面的界面上,涂层和表面均带有残余电荷,散布于体系中,这些电荷的相互作用能提高一些附着力。
静电力主要是色散力和来源于永久偶极子的相互作用力。
含有永久偶极子物质的分子间的吸引力由一个分子的正电区和另一分子的负电区的相互作用引起。
涂料润湿固体表面的程度通过接触角θ测定诱导偶极子间的吸引力,称为伦敦力或色散力是范德华力的一种,也对附着力有所贡献,对某些底材/涂料体系,这些力提供了涂料和底材间的大部分吸引力。
应该注意到这些相互作用只是短程相互作用,与涂料/底材间距离的六次方或七次方成反比。
因为当距离超过0.5纳米(5埃)时,这些力的作用明显下降,所以涂层和底材的密切接触是必要的。
4.扩散理论当涂料和底材(聚合物)这两相通过润湿达到分子接触时,根据材料的性质和固化条件的不同,大分子上的某些片段会向界面另一边进行不同程度的扩散。
这种现象需经两步完成,即润湿之后链段穿过界面相互扩散形成交错网状结构。
因为长链性质不同和扩散系数较低,非相似聚合物通常不兼容,因此,完整的大分子穿过界面扩散是不可能的。
然而,理论和实验资料表明,局部链段扩散很容易发生,并在聚合物间形成10～1000埃的扩散界面层。
涂料的扩散也从接触时间、固化温度和分子结构(分子量、分子链柔性、侧链基团、极性、双键和物理兼容性)的影响间接得到证实。
直接的证据则包括扩散系数的测定、电镜对界面结构的观察、辐射热致发光技术和光学显微镜。
显然,这种扩散最易发生在诸如工程塑料的聚合物底材上,因为分子间自由体积较大,且与金属相比分子间距离大得多。
附着形成机理当不相似的两种材料达到“紧密”接触时,在空气中的两个自由表面消失,形成新的界面。
界面相互作用的性质决定了涂料和底材之间成键的强度,这种相互作用的程度基本由一相被另一相的润湿性决定,使用液体涂料时,液相的流动性也有很大帮助,因此润湿可被看作涂料和底材的密切接触。
为了保持涂层与底材的附着力，除了保证初步的润湿外,在涂膜形成后的完全润湿和固化后仍保持键合情况不变是很重要的。
涂料以下面的方式固化成膜:(a)冷却到熔融温度(玻璃化温度,Tg)以下,或(b)化学交联反应,或(c)溶剂和稀释剂的挥发(a)类涂料的例子如热塑性粉末涂料或用于金属或聚合物上的热熔挤压聚合物膜。
(b) 类涂料包括单或双组份可交联环氧、聚氨酯或三聚氰胺固化丙烯酸体系。
(c)类涂料如印刷油墨和清漆,该类型涂料中颜料的粘结料在干燥时也有交联能力。
因此涂料对底材的润湿是形成附着键的关键。
1.润湿性和表面能考查附着力时润湿性是必须的标准。
前所讨论的附着机理只有当底材和涂料达到有效润湿时才起作用。
表面的润湿可从热力学角度描述,涂料在液态时的表面张力以及底材和固态涂膜的表面能是影响界面连接强度和附着力形成的重要参数。
均相的固体或液体表面的分子或原子的周围环境与内部不同。
在内部分子被相同的分子所包围,分子间的距离由把分子拉到一起的吸引力和阻止分子占据同一位置的排斥力的平衡决定;而界面上的分子各个方向受力不均匀,它们和表面以上的空气相互作用,同时受表面以下分子的吸引。
表面下的分子倾向于将表面分子向内拉,使表面分子数最小,因而表面积也最小,这种吸引提高了液体的表面张力,并可解释液体以液滴形式存在,好象被一层弹性表皮覆盖。
而且表面分子间的距离比体相大,因而能量更高。
把分子从内部移到表面需要做功,液体增加单位表面积导致的Helmholtz自由能的增加值定义为表面张力。
2.界面热力学液体涂料对固态表面的润湿程度通过接触角(θ)来测定,如图13。
当θ=0,液体在表面自由铺展,称为完全润湿。
当液相和固相分子的分子吸引大于类似的液体分子时, 发生完全润湿。
3.接触角和临界表面张力测定固体表面张力广泛采用的办法是测量接触角。
通过测定接触角来计算表面自由能的办法多有争议,该问题至今仍未解决,因为固体的表面自由能不能直接测定。