水性漆涂層附著力機理及影響因素分析

文/楊柳

涂層在被涂表面良好的附著，是涂膜發揮其保護作用的前提。涂層的附著力是涂料在應用過程中最重要的指標之一。

一、附著力的機理

附著力重要性早就為人所知，但目前為止，對涂料產生附著力機理的認識仍然不夠充分。大多關于附著力的解釋，都是基于經驗和假說，盡管如此，我們也可以以此作為手段進行辯證。

1、機械附著

這種附著的機理主要是針對界面不平整，含有孔、洞或裂隙的基材上的涂裝。當漆液涂于基材表面時，涂料能夠潤濕滲透進入這些縫隙，這樣等漆膜固化以后，這些進入縫隙的漆膜則能夠起到類似于釘子的作用，從而抓牢底材。

機械附著的機理在例如木材、噴砂處理、機械打磨等方面都有一定的表現。

2、共價鍵理論

共價鍵理論是指在涂膜與底材接觸后，形成某些共價鍵，這類型的鏈接力是最牢固、最耐久的。形成的前提是要求在涂膜與底材中有相互契合的化學基團，這些基團在靠近后，能夠形成化學鍵。

例如某些有機硅烷對玻璃、金屬及有機礦石的附著力增強；再如某些底材帶有羥基、羧基與涂料中固化劑的鏈接等。

3、范德華力理論

范德華力是提供常規附著力的最常見的一種力。當涂膜與底材近距離接觸后，分子相互接近而產生吸引力。

這種吸引力是一種短程的相互作用，一般在0.3-0.5nm有較強的效果。另外，分子的相對分子質量越大、變形性越大、越容易被極化，則作用力更強。

4、靜電理論

涂層和底材表面均有一定的電荷殘存散布，當涂料和底材近距離接觸時，這些電荷相互吸引可以促進漆膜的附著。

5、氫鍵理論

氫原子在與電負性大的原子（如O、N、F等）形成共價鍵時，電子偏向電負性大的原子，而使氫原子帶有正電。

因此當涂料中含有類似-OH、-COOH等基團時，又在基材含有負電基團時，可能會形成氫鍵效應，從而提升涂膜的附著力。

該類親水基團可能會影響涂膜的耐水性。

6、擴散理論

當涂膜涂布于底材上時，兩相親和的大分子可能通過擴散形成交錯，從而提升附著力。該種作用力只能發生在兩相親和的涂層和底材間，因此大多作用于層間附著，尤其是統一體系的兩涂層間的附著。

以上，便是常見的關于附著力形成機理的解釋。事實上，在涂料的涂裝中，參與附著力的機理是多樣的，往往含有多種作用力。

二、附著力的影響因素

從以上對于各種機理的分析可見，無論哪種形式的力來促進附著，涂層與底材的緊密貼合都是首要條件。通過緊密貼合，再利用樹脂或助劑特殊附著結構，可以獲得附著在底材上牢固堅韌的漆膜。

由此可見，樹脂本身的性能、配方結構、涂裝等不同的方面都會對附著力產生一定程度的影響。

1、水性樹脂的特點

每每談到性能影響因素，首先談的就是水性樹脂本身的性能影響，附著力也不例外。并且水性樹脂本身性能特點是附著力最主要的影響因素。水性樹脂的潤濕流動性、粒徑大小、特殊基團以及形成干膜后的表面能與內聚力等性能，都會較大程度影響涂膜附著力。

以附著力優良的SV-6145為例：

①該樹脂潤濕流動性較好，通過良好的潤濕、流動、鋪展，可以使漆膜與底材更為緊密的接觸。

②該樹脂粒徑較小，防止過大乳膠粒子形成的空間位阻效應，影響漆膜與底材的有效接觸，簡單來講就是成膜更加致密。

③本身又含有特殊的錨定基團，以及擁有偏低的內聚力。

通過特殊基團的鏈接效應，形成優良的附著力，足以抵消其較低內聚力對涂膜的影響。一般情況下，較為軟韌的樹脂在附著方面更有優勢一些，因為隨著環境的變化，更能夠適應底材不同程度的形變。

而SV-6145在擁有較為優良硬度的情況下，依然保證了良好的附著力。

2、基材處理

基材處理——如打磨、噴砂等，可以有效的增加底材的粗糙度。粗糙度的增加，可以極大的提升涂膜與底材的接觸面積，并提供很多有效的錨固點，利于提升涂膜與基材的附著力。

3、漆液的表面張力

當涂料涂布于基材表面時，原有界面消失，形成新的界面。而涂布過程中，涂料對基材的潤濕程度決定了涂膜能否與基材形成有效的接觸。由于水的表面張力過高，在低表面能基材上的潤濕展布很有問題，這也導致一些問題產生。因此，涂料或者水性樹脂如何能夠做到較低的表面張力、優秀的潤濕鋪展能力也就尤為重要。

配方設計時，也應該保證基材潤濕劑的添加，確保涂料能夠有效、優良的潤濕底材。

4、涂膜厚度

許多實驗表明，隨著涂膜厚度增加，附著力逐漸降低。主要是因為隨著涂膜厚度增加，其內聚力也在增加，附著力卻保持不變；當內聚力增加大于附著力，那么涂層就會出現附著不良。

從涂層的防護性能及豐滿度的角度衡量，涂膜應該有一定的厚度，那么，在這兩方面之間就要做一個平衡。另外，同樣總膜厚的情況下，多道涂層比一道涂層的附著力要好。

5、干燥過程

干燥過程中，環境溫度和濕度對附著力均有一定的影響。

不同干燥環境對漆膜附著力的影響

以上是測試一款聚氨酯水性漆在玻璃上，溫濕度對其附著力的影響。

該實驗中，較高溫度、較低濕度的養護條件，對附著力有一定的促進作用。

6、漆液粘度

漆液的粘度也會一定程度影響涂膜的附著力，一是從對潤濕鋪展的影響上，二是不合適的粘度會形成應力減弱附著力。

7、附著力促進劑

某些附著力促進劑會對涂料的附著有明顯的提升，它通過特殊的化學結構形成附著。

根據不同的底材類型，不同的助劑效果也不一樣，常見的有環氧硅烷等類型。

8、顏填料

少量的顏填料一般可以增加涂層的附著力，其原理是通過降低了體系的內聚能。不同的顏填料效果不同，例如鱗片狀的顏填料改善效果更為明顯。

當顏填料的用量到達一定程度后，附著力又會隨著添加量的增加而降低。

9、溶劑

有時，溶劑對涂膜附著力也會產生顯著的影響，它是通過對表面張力、干燥以及對漆膜的增塑效果來產生的。大多溶劑都有相對較低的表面張力，這對于水性漆在底材上的潤濕鋪展有一定的幫助，有利于提升涂膜的附著力。也有些溶劑，揮發較慢，可能需要幾周甚至幾個月的時間才能揮發干凈。當溶劑殘存在漆膜內部時，就會減弱涂膜本身的附著。

另外，當漆膜固化后溶劑逐漸揮發，這個過程中漆膜可能會有一定程度的收縮，這樣便產生了一定程度的內應力，導致附著力不良的產生。

由以上可見，涂層附著力的形成以及影響因素是多方面的。在遇到附著力問題的時候，應該針對問題，全面思考。