一文读懂丨涂层的结合方式以及涂层附着力的影响因素

▶涂层的附着力的形成

漆膜与基材之间是可以通过（机械结合、物理吸附、氢键、化学键、互相扩散）等作用结合，这些作用所产生的黏附力，决定了附着力。

▶涂层的结合方式

■机械结合力

首先任何基材的表面都不可能是光滑的，良好的粗糙度不但更加容易润湿，还能够形成物理锚栓。有的基材比如石墨和耐材，会有一定的凹陷或者空隙，调稀涂料进行渗透也可以形成物理锚栓保证附着力。

■范德华力吸附作用

根据计算，当两个理想平面距离为10A 时，由范德华力的作用，它们之间的吸引力便可达103-104N/cm2，距离为3-4A 时可达104-105N/cm2,这个数值远远超过了目前结构胶所能达到的强度，但是这个只是理想情况，即使经过精密抛光，两个平面之间的接触还不到总面积的百分之一，当然液体涂层会好一些，前提是涂层在固化之前润湿，但是也会比理论值低得多，主要是因为涂层在固化过程中会出现各种缺陷。附着力并不是各种作用力的总和，而是取决于局部最弱部位的力。

如果涂层仅通过范德华力结合，其仅仅是物理吸附作用，这种作用很容易被空气中的水汽所取代。因此涂层仅靠物理吸附作用结合的话，其强度是不够的。

■化学键和氢键结合

当聚合物上带有氨基、羟基和羧基时，这些基团容易和基材表面的氧原子或者氢氧基团形成氢键，附着力也会强一些。

树脂上的活性基团也可以和金属发生反应形成化学键，如酚醛树脂便可在较高温度下与铝、不锈钢等发生化学作用，环氧树脂也可和铝表面发生一定的化学作用，化学键的结合对于附着力有着重要的意义。偶联剂（表面改性剂）的应用就可以说明这一点，涂层中添加偶联剂，就会要求一端基团与涂料反应，另一端基团与基材反应。例如，的，X3Si(CH2)nY，X是可水解成羟基的基团，能与无机表面发生化学反应，Y是能够与涂料发生化学反应的官能团。

■扩散作用

比如当油性高分子涂料涂到同为高分子的基材上时，涂料中的分子会和基材上的分子相互扩散，也是互溶的过程，最终界面会消失。高分子互溶需要一定条件，比如溶解度相近，有一定的自由体积，还有动力学的可能性。提高温度也可以促进扩散。

■静电作用

当金属和有机涂层接触时，金属对电子亲和力低，容易失去电子，而有机漆膜对电子亲和力高，容易得到电子，故电子可从金属移向漆膜，使界面产生接触电势，并形成双电层产生静电引力。

▶影响涂层附着力的因素

■涂料黏度的影响

涂料黏度较低时，表面张力会较小，容易铺展，也容易流入基材的凹处和孔隙中形成机械锚栓。

一般烘干漆具有比气干漆更好的附着力，原因之一便是在高温下，涂料黏度很低。

■基材表面的润湿情况

通常纯金属表面都具有较高的表面张力，而涂料一般表面张力都较低，但是现实中金属表面会有氧化物形成，也可能吸附有机物等低表面张力物体。就会影响润湿情况，因此基材处理我们会强调除油除锈，除氧化皮。

■表面粗糙度

提高表面粗糙度可以增加机械结合力，另一方面也有利于表面的润湿。

■内应力影响

漆膜的内应力与附着力以及漆膜强度之间是互相抗衡的，如果内应力过大，漆膜就可能损坏或从基材脱落。

涂层中的内应力有两个来源:

◮涂层在固化过程中由于体积收缩产生的应力;

◮涂料和基材的热膨胀系数不同，在温变时产生的热应力。

溶剂挥发、化学反应都会引起体积收缩。其中由于反应中会溢出小分子，所以缩聚反应收缩最严重。加成反应中两个双键由范德华力结合变成共价键结合，原子距离大大缩短，所以体积收缩率也较大，收缩可达10%。环氧树脂固化过程中收缩率较小，这是环氧涂料具有较好的附着力的重要原因。

当漆膜和基材的热膨胀系数不同时，温变时产生的应力正比于温度的变化，因此如果热应力严重时，固化温度不宜太高。