水性涂料对金属表面附着力影响的研究

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1、水性涂料对金属表面附着力影响的研究林安欧阳岚甘复菇(武汉大学资源与环境科学学院)】、引言水性涂料因为其低voc排放，涂装时对旌工人员和环境是安全的，且可以节约资源、能源，对现有涂料生产设备也能充分利用等特点，近些年来发展很快。但目前国内溶剂型涂料仍占据主要涂料市场。一方面，这是因为水性涂料制造成本较高。其原料合成树脂技术多掌握在外国公司手中，有赖进口；且在水性涂料制造中往往需要使用一些特殊原料或者添加某些有机溶剂，这都使得制造成本上升。另外一个重要原因就是，水性涂料在性能上还有很多方面赶不上溶剂型涂料。首先，水性化通常需要引入亲水基团或添加表面活性剂，这些物质常常残留于涂膜之中而使其耐

2、水性降低。另外表面活性剂的残存，还会使得涂装作业中易在涂膜表面形成细小气泡，干燥后，影响涂膜的外观质量。这就需要添加消泡剂来解决在涂装时被卷入的空气气泡。至于在烘烤(加热)时由涂膜内部产生的气泡，则可适当加人亲水性的高沸点溶剂来解决。其次，在光泽性上，如水分散涂料，因为涂膜不均一，常使涂膜的光泽变差。第三，水性涂料干燥速度慢，常温下很多天内达不到最终硬度，无法满足工业化高品质、高效率涂装的要求，用户所要求的高硬度和高丰满度也难以实现。第四，水性涂料可挥发性有机物的残留较高。由于其成膜助剂挥发性极低，如果不能进行烘干，在常温干燥7天后，其气味残留并不亚于聚氨酯涂料。第五，由于水的表面张力

3、是溶剂的2、3倍，因此在涂装中，水性涂料对被涂物表面的润湿性较差，从而影响附着力，往往需要添加防缩边的助剂或添加某些溶剂来调节表面张力。随着人们环保意识的提高和各国Voc排放限制越来越严格，涂料的水性化道路是大势所趋。因此，如何提高水性涂料的性能成为人们研究的热点。本文试从永性涂料附着力影响因素及一些解决思路展开讨论。2、附着力2】附着力的含义及防护作用附着力(adhesion)实质上就是一种界面作用力，它是指涂膜与被涂基材表面结合在一起的坚固程度。附着力的好坏直接影响了涂层的保护性能。良好的附着力可以阻挡腐蚀介质对基体的渗透，推迟腐蚀电池的形成；而且，还可以极大的阻止腐蚀产物的扩散，

4、阻止其阴阳电荷的平衡，从而降低腐蚀速度⋯。多年来，人们一直致力于提高涂层附着力的研究，以延长涂层附着时间，达到对涂层的长期保护，防腐蚀涂料尤其如此。22附着机理有关高分子涂层与金属界面附着力的理论有很多学说．如机械互锁理论、静电理论、化学键理论、吸附理沦等。机械互锁理论认为涂料可渗八基材表面孔穴，形成机械栓锁，这是决定粘结强度的主要因素。故然，任何基材表面都会有缺陷，能产生这种机械连接，但认为它是决定附着力的主要因素是不全面。静电理论认为具有不同电子层结构的材料表面接触后，发生电子转移，以维持Fermi平衡，在界面间产生双电子层，粘附强度主要是静电引力的贡献。但静电作用仅存在于能够形成

5、双电层的粘接体系，不具有普遍性。吸附理论也称润湿和酸碱理论，作为热力学模型被广泛应用于解释高分子与金属基体之间产生的附着力。该理论认为，两材料的界面紧密接触，分子或原子在界面层互相吸附产生附着力。力的主要来源是分子间作用力，包括氢键力和范德华力及路易斯酸碱相互作用。这些力的共同特点是仅在较短距离上有效，至多不超过几十埃。因此如果这些力产生在界面处，首先两物质界面必须晟为接近和直接接触，润湿好坏是必要条件。化学键理论认为在高分子／金属界面作用中存在化学键的作用，而且化学键的键能比次价键的键能要大得多，对界面的作用强度往往起决定性的影响。这是随着研究工作的深人，特别是各种微观表面测试技术的

6、发展，人们逐渐认识到。高分子若含有极性基团，可与金属表面上的游离键反应，形成化学键，因而提高附着能力。不过．化学键键能虽高，但只能在有限的活性原子与基团之间发生成键：而次价键具有普遍性，键能虽小，但键的密度大，总和仍然可观”。。这些理论目前尚未形成统一的体系，一般都会拿来作为研究附着力的依据。扎附着力影响因素及提高措施讨论由以上关于附着的机理可以看出，附着力的大小不仅与基材的表面状态、表面物质组成及材料本身的致密性有关，还与涂层中成膜物质的收缩应力、表面张力、结晶性与极性官能团的体积大小等因素有关。多年来，研究者从不同角度尝试了大量方法来改进涂层附着力。01基材表面处理47预涂卷材涂装

7、的第一步就是对基材的表面处理，如脱脂除油(砂纸打磨、超声波清洗、火焰灼烧，碱液或有机溶剂清洗)，除锈(喷砂抛丸、砂纸打磨、酸洗)。这就是为了清除基材表面孔隙中的杂质和疏松物质，利于涂料的润湿、扩散的过程，从而提高附着力。除了上面常规的表面处理，值得一提的还有基材表面粗化、氧化及磷化处理。粗化过程即增加了基材与涂料的接触面积，又提高了涂料对基材的润湿性，增加了单位截面的活性点，它对提高物理吸附和化学吸附都是有益的措施。基材表面氧化的途径很多，如氧