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提供初始和持久的涂层附着力指南

原文发布时间:2011年11月. 29, 2019
更新12月. 12, 2022

几乎所有美学和功能应用的漆膜首先必须提供与所需基板的附着力. 其次是长期耐用性, 在涂层的使用寿命内,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料时,必须考虑多方面的考虑. 关键考虑因素以及它们如何影响附着力包括:

  1. 表面润湿
  2. 机械效应和内应力
  3. 保持薄膜的完整性和涂层间的粘附性
  4. 表面化学和结合强度
  5. 色素沉着
  6. 初步和加速试验后的附着力评价

1. 表面润湿

之间的关系 表面润湿 而附着力是设计涂层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没有自发地扩散到基板表面, 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)低于被涂固体的表面自由能,液体就会在材料表面自发扩散. 例如, 下面的图像提供了一个可视化的不同程度的润湿特性的一滴液体被应用到表面的湿.

图1 -不同程度的衬底润湿图像

基材润湿程度的图像-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(低水位体系域)比的低 固体表面张力(风场),那么固体就会发生润湿. 差异越大, 液体湿润和扩散到固体表面的机会就越大. 因此,要提高润湿性作为获得附着力的第一步,要么 低水位体系域 可以减少和/或 风场 可以增加. 水性涂料和粉末涂料有一个更困难的时间在表面扩散,由于相对较高的表面张力的水或粉末润湿相比,大多数涂料含有较高水平的有机溶剂提供润湿.

相应的, 提高粉末涂料和水性涂料的润湿性, 通常使用有机共溶剂(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

表面张力表-提供完美涂层附着力指南

2. 机械粘附和内应力

被涂涂料的基材的外形也会影响附着力. 光滑的表面更难以涂层粘附,因为表面积更低,并提供更少的面积,涂层与基板互锁. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层很难润湿并穿透表面缝隙. 下面的图2中列出了这一点.

图2涂层与基板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

草图B中的微观表面轮廓将比草图A提供更好的附着力,因为涂层提供了更大的机会与基板互锁. C表面有不易被涂层穿透的口袋和气孔, 导致气孔,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metal),从而长期附着力差,最终膜失效.

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更好地润湿和微观渗透(毛细作用). 附着力也会受到 强调 这是由于涂层干燥或固化时的收缩造成的. 随着时间的推移,环境影响,比如暴露在潮湿环境中, 光, 热, 污染物和热循环也会最终降低附着力.

3. 保持薄膜的完整性和涂层间的粘附性

保持胶片的完整性和 intercoat附着力 在多涂层系统中,如面漆到底漆或清漆到彩色漆到底漆, 等机制 界面混合 在应用和/或固化过程中有助于促进间膜粘附, 第二种能进一步增强间膜附着力的机理是 剩余活性官能团 在多涂层体系的一层上反应形成 共价键 与另一涂层官能团的官能团相对应. 其他提高基材附着力和或间膜附着力的方法包括 添加黏附促进剂 (参见下面列出的参考资料)和/或 氢键 相邻的表面. 债券的优势 共价键 数量级比氢键强,因此从寿命的角度更倾向于保持长期的薄膜完整性吗.

债券的优点

4. 表面化学与基体结合强度

此外还有基材的表面张力和表面轮廓, 可用的基片官能团可为涂层组分的共价键和氢键提供位点,以进一步增强与基片的粘结强度.

表2 -粘接力

胶粘剂粘接力表-提供完美涂层附着力指南

如表2所示,与表面的最高结合强度由 共价键, 例如,所述双官能三烷氧基硅烷偶联剂在涂层与metal表面之间的反应.

大多数 metal 表面有一层薄薄的油,以减缓氧化速率. 油还降低了表面能量,因此更难以润湿. 因为这个原因, metal表面,例如钢, 镀锌钢和铝-通常在涂装前清洗去油,然后预处理形成, 例如, 磷酸锌或磷酸铁处理过的表面. 磷酸基通过增强涂层的附着力 氢键 metal表面到聚合物上的反应位点.

图3氢键到经锌预处理的metal表面的例子.磷酸

氢键公式-提供完美涂层附着力指南

活性组 在聚合物背骨或通过添加二或多功能附着力促进剂含有环氧树脂, 氨基或硅烷官能偶联基团可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合强度.

为 玻璃或石英丰富的 表面, 偶联剂如氨基硅烷也可用于增强附着力,通过与含有环氧基团的树脂主链反应,偶联剂的烷氧基功能硅烷部分与 硅 表面形成硅氧烷.

塑料 是否较难润湿,因为它们的表面自由能较低,可能会因脱模剂的存在而进一步降低. 通过紫外线照射可提高聚烯烃的表面自由能,从而提高聚烯烃的附着力, 一旦使用光敏剂, 或者火焰处理产生羟基, 羧基和酮基.

塑料表面的这些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. 提高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,并使涂层在塑料-涂层界面混合.

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基材的附着力, 还要看它能在表面粘多久. 大多数底漆的配方为临界颜料体积浓度(CPVC)或略低于CPVC,以最大化面漆附着力(更粗糙的底漆表面和更高的自由能)以及许多其他涂层性能(图4)。.

在颜料分散过程中,使用极性较强的颜料可使其更易润湿, 但可能会降低长期粘附性,因为它们更容易在涂层-基材界面处发生水分迁移和脱粘. 片状颜料和水溶性成分极低或无水溶性成分的颜料也能提高寿命.

6. 评价粘连

方法A和B -提供完美涂层附着力指南

有多种方法可以确定和量化有机涂层与基板的附着力. 两种最常用的测定粘着力的方法包括 ASTM D3359(交叉胶粘带)和 拉脱附着力). ASTM D3359描述了两种方法来确定交叉口胶带的粘附性:方法A是一个简单的X, 其中方法B是一个格子图案. Method A is used in the field and for films > 5mils, whereas Method B is used for lab determinations.

ASTM D3359等级是通过特殊粘接胶带移除的交叉舱口的面积,包括:

5B (no area removed) > 4B (less than 5%) > 3B (5 – 15%) > 2B (15 – 35%),1B(35 - 65%)和0B(大于65%)

拉脱附着力利用一种装置来测量粘在涂层表面的小车的拉力强度. 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量, 还有失效类型(粘性或粘性), 如何以及在哪一层涂层失效(面漆到底漆?, 底漆到衬底等.).

PosiTest AT-A -提供完美涂层附着力指南
PosiTest AT-A自动附着力测试仪(来源:DeFelsko)

来源:

  1. metal表面处理-成功性能的关键Ron Lewarchik, 2016年11月4日
  2. 获得优异的涂层附着力Jochum Beetsma, 2014年6月13日
  3. 活性硅烷增强涂层性能的研究Ron Lewarchik, 2015年3月6日
  4. 附着力促进剂101, Marc Hirsch, 2016年5月19日
  5. 药房180年.com
  6. 有机涂料,科学与技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  7. 探勘者知识中心
  8. www.表面张力.de
  9. 科学指引
  10. 科学 & 科技AJ·金洛克,查普曼 & 大厅
  11. CSCScientific.com
  12. ASTM标准
  13. www.defelsko.com
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