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UV涂层附着力形成的机理

2024-01-06

  当不相似的两种材料达到“紧密”接触时,形成了新的界面。界面相互作用的性质决定了涂料和底材之间成键的强度,这种相互作用的程度基本由一相被另一相的润湿性决定,使用液体涂料时,液相的流动性也有很大帮助,因此润湿可被看作涂料和底材的密切接触。

  为了保持涂层与底材的附着力,除了保证初步的润湿外,在涂膜形成后的完全润湿和固化后仍保持键合情况不变是很重要的,因此涂料对底材的润湿是形成附着键的关键。

  1.润湿性和表面能

  在考察附着力的过程中,涂膜润湿性是必须的前提条件,附着机理只有当底材和涂料达到有效润湿时才起作用。

  表面的润湿可从热力学角度描述,涂料在液态时的表面张力,以及底材和固态涂膜的表面能是影响界面连接强度和附着力形成的重要参数。

  均相液体表面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,分子间的距离由把分子拉到一起的吸引力和阻止分子占据同一位置的排斥力的平衡决定;而界面上的分子各个方向受力不均匀,它们和表面以上的空气相互作用,同时受表面以下分子的吸引。

  表面下的分子倾向于将表面分子向内拉,使表面分子数最小,因而表面积也最小,这种吸引提高了液体的表面张力,并可解释液体以液滴形式存在,好象被一层弹性表皮覆盖。而且表面分子间的距离比体相大,因而能量更高。

  把分子从内部移到表面需要做功,液体增加单位表面积导致的自由能的增加值定义为表面张力。

  2.界面热力学

  液体涂料对固态表面的润湿程度通过接触角(θ)来测定,当θ=0,液体在表 面自由铺展,称为完全润湿。当液相和固相分子的分子吸引大于类似的液体分子时, 发生完全润湿。测定固体表面张力广泛采用的办法是测量接触角。

  通过测定接触角来计算表面自由 能的办法多有争议,该问题至今仍未解决,因为固体的表面自由能不能直接测定。近似的表观接触角可通过检测设备供应商提供的各种接触角仪测定。

  该法中滴一滴各种不同的液体在待测的表面上,并测定接触角。表面性质测定的一种方法是临界表 面张力γc,该法系通过测定一系列液体在表面上的接触角,以接触角的余弦对各种液体的 表面张力作图,并外推至Cosθ=1(θ=0)。

  外推表面张力称为表面的临界表面张 力。例如根据上述程序,聚乙烯的临界表面张力为31达因/厘米。

  当一液滴滴于该表 面上时,所有表面张力小于或等于该临界表面张力的液体会自发铺展。因此,如果涂膜表面张力超过31达因/厘米,不会润湿聚乙烯表面,而很大一部分低张力的流平剂能迅速降低涂膜整体的表面张力,从而有利于铺展的进行。

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