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    涂層、噴涂、噴漆預處理

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    涂料在日常生活及工業生產中占據了極其重要的地位。涂層、上漆主要在基材表面起到裝飾、保護和標志作用。

    涂層附著性能是涂膜性能的重要指標之一,涂層附著力差會導致漆膜脫落、開裂,進而無法使用。因此,保證漆膜與基材有良好的附著力是涂裝工藝中的重要一環。但是,涂料和漆膜要充分發揮以上作用的前提是涂層和漆膜與依附的基材之間有良好的界面結合力。一般用附著力的大小來衡量這種結合力的好壞。

    涂層的附著力是指涂層與基材間通過物理、化學、機械作用等方式相互粘結在一起的能力,直觀地說,就是涂層從基材上被去除掉需要的力。涂層越難從基材上去掉,說明涂層在此種基材上的附著力越好,涂層實用性和耐久性越強,相應的作用就能更好地發揮。如果涂層很容易就從基材上脫落,就起不到作用,反而還會加速材料的老化、腐蝕與磨損。

    涂層的附著性影響因素

    基材表面粗糙度

    基材的表面粗糙度是影響基材與涂料附著力的一個重要因素。一般來說,表面粗糙度越大,涂料與基材的附著力越強。但粗糙度不宜過大,因為涂料與基材界面易形成缺陷,會導致內應力集中而發生失效。

    適當增加基材表面粗糙度,能增加涂層與基材的接觸面積,一方面增加了涂層與基材的機械附著點,在一定程度上也增加了涂層與基材間的物理吸附(范德華力)、化學吸附作用力。

    等離子處理是改變固體表面微觀結構粗糙度一種重要方法,等離子體的刻蝕作用會在材料表面形成大量微米級溝壑,提高表面粗糙度,粗糙的表面輪廓可以使涂料與基材接觸面積顯著增加,有利于涂料和基材 界面形成更多的機械互鎖。等離子處理前后表面粗糙度變化如下圖1所示:

    涂層、噴涂、噴漆預處理

    圖1:未經等離子體處理時, 表面較為光滑,經等離子體處理后,表面產生較多溝壑,粗糙度變大

    基材表面潤濕狀況

    涂料在基材上附著的必要條件是其在固體表面的潤濕和鋪展。涂料的表面張力越低,基材的表面張力越高,涂料對基材的潤濕性越好,且涂料的表面張力必須盡可能低于基材的表面張力。

    要使涂料潤濕基材,則接觸角越小越好,故涂料的表面張力應大大低于基材的表面張力。尤其是表面吸附有機物后,材料表面張力大大降低,造成潤濕困難。因此,在涂覆前都要進行表面處理,以提高基材表面張力,有利于涂層在基材上潤濕。

    當使用等離子體處理某些聚合物材料(如聚乙烯、聚丙烯)時,高能的等離子體會使聚合物分子發生斷裂、氧化或交聯等反應,改善材料表面潤濕性能。等離子處理前后表面接觸角變化如下圖2所示:

    涂層、噴涂、噴漆預處理

    圖2:水在未經處理的處理表面上自然呈珠狀,但在右圖的等離子體處理和活化表面上擴散(接觸角較低)

    基材表面活化狀態

    對于塑料等高分子材料,大多數基材都是低表面能的,表面張力低,表面很少有可參與反應的活性基團。通過對這類材料的表面活化來提高附著力顯得尤為重要。

    等離子處理能夠對基體表面引入親水性基團,如羧基-COOH、羥基-OH等極性基團,增加基體表面的活性。產生的極性官能團與基底活性基團進行化學鍵合,形成共價鍵,使得涂層和基材形成很好的附著力。等離子處理前后表面極性基團變化如下圖3所示:

    涂層、噴涂、噴漆預處理

    圖3:經等離子體處理后, C-C 基團明顯降低, C-O 基團、 C=O 基團增加,表明等離子體中活性粒子與材料基體相互作用之后,在材料表面引入了較多含氧基團, 使材料表面與涂料之間形成化學鍵合。


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