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uv固化涂层的附着理论和机理


uv固化涂层的附着理论和机理

     UV涂层与基材之间的附着力是评判漆膜物性好坏的首要前提条件,在涂料配方规划的进程中,附着力的处理也就决议了资料选型与和谐的方向。UV固化涂料有着快速固化交联的特性,但随之而来是在枯燥进程中所构成的缩短问题较其他固化办法的涂层会更为严重,若要UV涂层构成安定的基材附着牢度则变得更具有挑战性。在此文中,长沙太亚化工的技能人员搜集和整理了涂层附着力构成理论及一般性机理,并针对UV固化涂层的特殊性对其进行了细化解析,以便清楚UV涂层附着力的构成机理,以此来挑选适宜的附着力处理途径,然后使得涂料配方师规划出合符期望要求的维护涂层。
一.涂层附着力理论
    当两物体被放在一同到达严密的界面分子触摸,以至生成新的界面层,就生成了附着力。附着力是一种杂乱的现象,涉及到“界面”的物理效应和化学反响。
    当涂料施工于基材上,并在枯燥和固化的进程中附着力就生成了。这些力的巨细取 决于外表和涂膜(树脂、活性单体、助剂、溶剂等)的性质。广义上这些力可分为二类:主价力和次价力。化学键即为主价力,具有比次价力高得多的附着力,次价力基于以氢 键为代表的弱得多的物理效果力。这些效果力在具有极性基团(如,羟基、羧基等)的底材上更 常见,而在非极性外表如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)上则较少。
涂料附着的切当机理现在没有彻底了解。但使两个物体衔接到一同的力由于底材和涂料经过涂料分散生成机械衔接、静电招引或化学键合。依据底材外表和所用涂料的物理化学性质的不同,附着可采纳以下机理的一种或几种。
1.机械衔接理论
    这种涂层效果机制适用于当涂料施工于含有孔、洞、裂隙或空穴的底材上时,涂料可以渗透进去。在这种状况下,涂料的效果很象木材拼合时的钉子,起机械锚定效果。 当底材有凹槽并填满固化的涂料时,由于机械效果,去掉涂层愈加困难,这与把两块榫结的木块拼在一同相似。对各种外表的仪器剖析标明,涂料的确可渗透到杂乱“隧道”形状的凹槽或裂纹中,在固化硬化时,可供给机械附着。涂料对疏松结构基材,以及对喷砂底材的附着就属于这种机理。
    外表的粗糙程度影响涂料和底材的界面面积。由于去除涂层所需的力与几许面积有关,而使涂层附着于底材上的力与实践的界面触摸面积有关。跟着外表积增大,去除涂层的困难添加,这一般可经过机械打磨办法供给粗糙外表来完结。实践的界面触摸面积一般比几许面积大好几倍。经过喷砂或填料使外表积添加,成果附着力添加,
    只要当涂料彻底渗透到不规则外表处,进步外表粗糙度才有利,若不能彻底进入,则 涂料与外表的触摸会比相应的几许面积还小,并且在涂料和底材间留有空地,空地中驻留的气泡会导致水汽的聚积,终究导致附着力的下降或彻底流失。
    经过对已固化的涂层进行打磨处理,可改善层间附着力(如UV木器涂猜中), 特别是在底漆/清漆系统中,要求清漆滑润、亮光且外表能低,因此第二层清漆的附着有必定的困难。这一问题当涂料以光固化办法固化时变得更为严重,在此状况下,对该外表进行轻度打磨,附着力可显着进步。 尽管外表粗糙化能进步附着力,但必须留意防止深而尖的形状,由于粗糙化生成的砂痕或尖峰会导致透影(看究竟材),在大多数状况下并不期望这样;一同也简单构成不均一的涂层,生成应力集中点,然后导致附着力下降。
    只要涂膜稍具流动性,涂膜缩短,厚度不均匀以及三维尺度的改变就很少会生成不行开释应力,但跟着粘度和涂层刚性的添加,涂膜对底材的附着力逐渐构成的进程中会生成大量的应力,并残留于干漆膜中。尤其在涂膜呈现厚度不均一涂层中,具有很高的内部应力,在实践应用时,极有可能会超越涂膜的应力承受能力,导致裂纹、脱落或其他附着下降的状况。
2.化学键理论
    在界面间可能构成共价键,且在光固化和热固化的性涂猜中更有可能发作,这一类连结最强且耐久性最佳,但这要求彼此反响的化学基团牢牢结合在底材和涂层中。由于界面层很薄, 界面上的化学键很难检测到。但是,如下面所评论的,的确发作了界面键合,然后大大进步了粘结强度。有些外表,如已涂过的外表、木材、复合物和塑料,会有各式各样的化学官能团,在适宜的条件下,可和涂层资料构成化学键。
硅氧烷偶联剂广泛用于各类涂料附着力的处理进程中,可用作底漆或一体化混合物以促进涂层对无机底材、金属和塑料的附着力。在实践应用时,它可与基材外表的羟基,或许也可能与其他金属氧化物构成强的醚键 。这类化学键合可发作在玻璃、陶瓷及一些金属底材外表的金属氢氧化物。
    含有羟基和羧基的UV涂料倾向于和含有相似基团的底材更牢固地附着,基材上残留的基团极易与它们进行反响,然后把涂层和底材咬合在一同,这类化学反响的发作大多数状况下呈现在涂膜潮湿彻底的前提下,湿膜腐蚀底材后构成PIN界面,在涂膜枯燥后,极性基团之间彼此咬合构成稳固。化学键合的构成在高温下会愈加简单进行,一同,这类附着力构成的牢度远大于其他理论的办法。
3.静电理论
    涂层和基材外表均带有残余电荷,分布于系统中,这些电荷的彼此效果能进步一些附着力。静电力主要是色散力和来源于永久偶极子的彼此效果力。含有永久偶极子物质的分子间的招引力由一个分子的正电区和另一分子的负电区的彼此效果引起。
涂料潮湿固体外表的程度经过触摸角测定诱导偶极子间的招引力,称为色散力,是范德华力的一种,也对附着力有所奉献,对某些底材/涂料系统,这些力供给了涂料和底材间的大部分招引力。应该留意到这些彼此效果仅仅短程彼此效果。由于当间隔超越0.5纳米(5埃)时,这些力的效果明显下降,所以涂层和底材的密切触摸是必要的。
4.分散理论
当涂料和底材这两相经过潮湿到达分子触摸时,依据资料的性质和固化条件的不同,大分子上的某些片段会向界面另一边进行不同程度的分散。这种现象需经两步完结,即潮湿之后链段穿过界面彼此分散构成交织网状结构。
由于长链性质不同和分散系数较低,非相似聚合物一般不兼容,因此,完好的大分子穿过界面分散是不行能的。但是,理论和试验资料标明,部分链段分散很简单发作,涂料的分散也从触摸时刻、固化温度和分子结构(分子量、分子链柔性、侧链基团、极性、双键和物理兼容性)的影响间接得到证明。直接的依据则包含分散系数的测定、电镜对界面结构的调查、辐射热致发光技能和光学显微镜。显然,这种分散最易发作在比如工程塑料的基材上,由于分子间自在体积较大,且与金属及玻璃等比较分子间间隔大得多。
二.附着构成机理
当不相似的两种资料到达“严密”触摸时,构成了新的界面。界面彼此效果的性质决议了涂料和底材之间成键的强度,这种彼此效果的程度基本由一相被另一相的潮湿性决议,运用液体涂料时,液相的流动性也有很大帮助,因此潮湿可被看作涂料和底材的密切触摸。为了保持涂层与底材的附着力,除了确保开始的潮湿外,在涂膜构成后的彻底潮湿和固化后仍保持键合状况不变是很重要的,因此涂料对底材的潮湿是构成附着键的要害。
1.潮湿性和外表能
在调查附着力的进程中,涂膜潮湿性是必须的前提条件,附着机理只要当底材和涂料到达有用潮湿时才起效果。外表的潮湿可从热力学视点描述,涂料在液态时的外表张力,以及底材和固态涂膜的外表能是影响界面衔接强度和附着力构成的重要参数。
均相液体外表的分子或原子的周围环境与内部不同。在内部,分子被相同的分子所包围,分子间的间隔由把分子拉到一同的招引力和阻挠分子占有同一方位的排斥力的平衡决议;而界面上的分子各个方向受力不均匀,它们和外表以上的空气彼此效果,一同受外表以下分子的招引。外表下的分子倾向于将外表分子向内拉,使外表分子数最小,因此外表积也最小,这种招引进步了液体的外表张力,并可解说液体以液滴办法存在,好象被一层弹性表皮覆盖。而且外表分子间的间隔比体相大,因此能量更高。把分子从内部移到外表需求做功,液体添加单位外表积导致的自在能的添加值界说为外表张力。
2.界面热力学
液体涂料对固态外表的潮湿程度经过触摸角(θ)来测定,当θ=0,液体在表 面自在铺展,称为彻底潮湿。当液相和固相分子的分子招引大于相似的液体分子时, 发作彻底潮湿。测定固体外表张力广泛采用的办法是丈量触摸角。经过测定触摸角来计算外表自在 能的办法多有争议,该问题至今仍未处理,由于固体的外表自在能不能直接测定。近似的表观触摸角可经过检测设备供货商供给的各种触摸角仪测定。该法中滴一滴各种不同的液体在待测的外表上,并测定触摸角。外表性质测定的一种办法是临界表 面张力γc,该法系经过测定一系列液体在外表上的触摸角,以触摸角的余弦对各种液体的 外表张力作图,并外推至Cosθ=1(θ=0)。外推外表张力称为外表的临界外表张 力。例如依据上述程序,聚乙烯的临界外表张力为31达因/厘米。当一液滴滴于该表 面上时,一切外表张力小于或等于该临界外表张力的液体会自发铺展。因此,如果涂膜外表张力超越31达因/厘米,不会潮湿聚乙烯外表,而很大一部分低张力的流平剂能迅速下降涂膜整体的外表张力,然后有利于铺展的进行。

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