水性涂层附着力机理及影响因素分析!

　　涂层在被涂表面良好的附着，是涂膜发挥其保护作用的前提。涂层的附着力是涂料在应用过程中最重要的指标之一。

　　附着力的机理

　　附着力重要性早就为人所知，但目前为止，对涂料产生附着力机理的认识仍然不够充分。大多关于附着力的解释，都是基于经验和假说，尽管如此，我们也可以以此作为手段进行辩证。

　　一机械附着

　　这种附着的机理主要是针对界面不平整，含有孔、洞或裂隙的基材上的涂装。当漆液涂于基材表面时，涂料能够润湿渗透进入这些缝隙，这样等漆膜固化以后，这些进入缝隙的漆膜则能够起到类似于钉子的作用，从而抓牢底材。

　　机械附着的机理在例如木材、喷砂处理、机械打磨等方面都有一定的表现。

　　二共价键理论

　　共价键理论是指在涂膜与底材接触后，形成某些共价键，这类型的链接力是最牢固、最耐久的。形成的前提是要求在涂膜与底材中有相互契合的化学基团，这些基团在靠近后，能够形成化学键。

　　例如某些有机硅烷对玻璃、金属及有机矿石的附着力增强;再如某些底材带有羟基、羧基与涂料中固化剂的链接等。

　　三范德华力理论

　　范德华力是提供常规附着力的最常见的一种力。当涂膜与底材近距离接触后，分子相互接近而产生吸引力。

　　这种吸引力是一种短程的相互作用，一般在0.3-0.5nm有较强的效果。另外，分子的相对分子质量越大、变形性越大、越容易被极化，则作用力更强。

　　四静电理论

　　涂层和底材表面均有一定的电荷残存散布，当涂料和底材近距离接触时，这些电荷相互吸引可以促进漆膜的附着。

　　五氢键理论

　　氢原子在与电负性大的原子(如O、N、F等)形成共价键时，电子偏向电负性大的原子，而使氢原子带有正电。

　　因此当涂料中含有类似-OH、-COOH等基团时，又在基材含有负电基团时，可能会形成氢键效应，从而提升涂膜的附着力。

　　该类亲水基团可能会影响涂膜的耐水性。

　　六扩散理论

　　当涂膜涂布于底材上时，两相亲和的大分子可能通过扩散形成交错，从而提升附着力。该种作用力只能发生在两相亲和的涂层和底材间，因此大多作用于层间附着，尤其是统一体系的两涂层间的附着。

　　以上，便是常见的关于附着力形成机理的解释。事实上，在涂料的涂装中，参与附着力的机理是多样的，往往含有多种作用力。

　　附着力的影响因素

　　从以上对于各种机理的分析可见，无论哪种形式的力来促进附着，涂层与底材的紧密贴合都是首要条件。通过紧密贴合，再利用树脂或助剂特殊附着结构，可以获得附着在底材上牢固坚韧的漆膜。

　　由此可见，树脂本身的性能、配方结构、涂装等不同的方面都会对附着力产生一定程度的影响。

　　一水性树脂的特点

　　每每谈到性能影响因素，首先谈的就是水性树脂本身的性能影响，附着力也不例外。并且水性树脂本身性能特点是附着力最主要的影响因素。水性树脂的润湿流动性、粒径大小、特殊基团以及形成干膜后的表面能与内聚力等性能，都会较大程度影响涂膜附着力。以附着力优良的SV-6145为例：①该树脂润湿流动性较好，通过良好的润湿、流动、铺展，可以使漆膜与底材更为紧密的接触。②该树脂粒径较小，防止过大乳胶粒子形成的空间位阻效应，影响漆膜与底材的有效接触，简单来讲就是成膜更加致密。③本身又含有特殊的锚定基团，以及拥有偏低的内聚力。通过特殊基团的链接效应，形成优良的附着力，足以抵消其较低内聚力对涂膜的影响。一般情况下，较为软韧的树脂在附着方面更有优势一些，因为随着环境的变化，更能够适应底材不同程度的形变。

　　而SV-6145在拥有较为优良硬度的情况下，依然保证了良好的附着力。

　　二基材处理

　　基材处理——如打磨、喷砂等，可以有效的增加底材的粗糙度。粗糙度的增加，可以极大的提升涂膜与底材的接触面积，并提供很多有效的锚固点，利于提升涂膜与基材的附着力。

　　三漆液的表面张力

　　当涂料涂布于基材表面时，原有界面消失，形成新的界面。而涂布过程中，涂料对基材的润湿程度决定了涂膜能否与基材形成有效的接触。由于水的表面张力过高，在低表面能基材上的润湿展布很有问题，这也导致一些问题产生。因此，涂料或者水性树脂如何能够做到较低的表面张力、优秀的润湿铺展能力也就尤为重要。

　　配方设计时，也应该保证基材润湿剂的添加，确保涂料能够有效、优良的润湿底材。

　　四涂膜厚度

　　许多实验表明，随着涂膜厚度增加，附着力逐渐降低。主要是因为随着涂膜厚度增加，其内聚力也在增加，附着力却保持不变;当内聚力增加大于附着力，那么涂层就会出现附着不良。

　　从涂层的防护性能及丰满度的角度衡量，涂膜应该有一定的厚度，那么，在这两方面之间就要做一个平衡。另外，同样总膜厚的情况下，多道涂层比一道涂层的附着力要好。

　　五干燥过程

　　干燥过程中，环境温度和湿度对附着力均有一定的影响。

　　以上是测试一款聚氨酯水性漆在玻璃上，温湿度对其附着力的影响。

　　该实验中，较高温度、较低湿度的养护条件，对附着力有一定的促进作用。

　　六漆液粘度

　　漆液的粘度也会一定程度影响涂膜的附着力，一是从对润湿铺展的影响上，二是不合适的粘度会形成应力减弱附着力。

　　七附着力促进剂

　　某些附着力促进剂会对涂料的附着有明显的提升，它通过特殊的化学结构形成附着。

　　根据不同的底材类型，不同的助剂效果也不一样，常见的有环氧硅烷等类型。

　　八颜填料

　　少量的颜填料一般可以增加涂层的附着力，其原理是通过降低了体系的内聚能。不同的颜填料效果不同，例如鳞片状的颜填料改善效果更为明显。

　　当颜填料的用量到达一定程度后，附着力又会随着添加量的增加而降低。

　　九溶剂

　　有时，溶剂对涂膜附着力也会产生显著的影响，它是通过对表面张力、干燥以及对漆膜的增塑效果来产生的。大多溶剂都有相对较低的表面张力，这对于水性漆在底材上的润湿铺展有一定的帮助，有利于提升涂膜的附着力。也有些溶剂，挥发较慢，可能需要几周甚至几个月的时间才能挥发干净。当溶剂残存在漆膜内部时，就会减弱涂膜本身的附着。

　　另外，当漆膜固化后溶剂逐渐挥发，这个过程中漆膜可能会有一定程度的收缩，这样便产生了一定程度的内应力，导致附着力不良的产生。