膠粘劑附著力基本原理分析

09-11

膠粘劑附著力基本原理分析

全球塗料生態圈

膠粘劑(塗料、油墨)附著力的機理人們並未完全了解，但形成了一些假設理論，並用以分析附著過程和影響附著力的因素。

附著力　　當兩種物體被放在一起達到緊密的界面分子接觸，以至生成新的界面層時就生成了附著力。

　　當膠粘劑塗佈於基材上，在乾燥和固化的過程中附著力就生成了。這些力的大小取決於基材表面和膠粘劑的性質。

　　廣義上講附著力可分為二類：主價力和次價力。化學鍵即為主價力，具有比次價力高得多的附著力。次價力基於以氫鍵為代表的弱得多的物理作用力。這些作用力在具有極性基團(如羧基)的基材上更常見，而在非極性表面如聚乙烯上則較少。

附著力理論1機械連接理論　　在亞微觀狀態下觀察，基材表面是粗糙的，充滿孔洞、凹陷。具有良好流動性能的液態膠粘劑流入並填滿這些孔洞、凹陷，乾燥固化後形成鉤錨、榫接、鉚合等機械連接力。基材的粗糙程度高、表面積大，附著力就大。只有當膠粘劑完全滲透到粗糙表面的不規則界面處，才對附著力有利。

　　只要塗膜稍具流動性，就很少會產生不可釋放應力。但隨著塗膜粘度、剛性的增加和對基材附著力的形成，就會產生大量的應力。膠粘劑在基材的凹凸處的厚度顯然不同，這種不同導致物理性質不同。不均一的塗層會產生很大的內部應力，甚至會導致膜層的破裂。2化學鍵理論　　在界面間產生化學鍵，互相反應的化學基團牢牢結合在基材和膠粘劑上。這類連結最強且耐久性最好。

　　含反應性基團如羥基和羧基的膠粘劑傾向於和含有類似基團的基材有更強的附著力。光譜分析法可證實這一點。3靜電理論　　膠粘劑和基材表面都帶有殘餘電子而形成帶電雙電層，這些電子的相互作用也能提高附著力。

　　靜電力主要來源於色散力和由永久偶極子引起的相互作用力(一個分子的正電區和另一個分子的負電區)。誘導偶極子之間的吸引力稱為色散力或倫敦力，是范德華力(分子間力)的一種。

　　據塗布在線了解，當膠粘劑分子與基材分子之間的間距超過0.5納米(5埃)時，這些力的作用明顯降低。所以保證一定壓力用壓輥使膠粘劑與基材緊密接觸是非常重要的。4擴散理論　　當膠粘劑與基材接觸時，大分子的某些短鏈會向界面另一邊進行不同程度的擴散。即鏈段穿過界面後相互擴散形成交錯網狀結構。

　　由於長鏈性質不同及擴散係數較低，非相似聚合物通常不相容。完整的大分子穿過界面互相擴散是不可能的。實驗表明，局部鏈段擴散很容易發生，並在界面產生10-1000埃的擴散界面層。

附著力形成機理1機理描述　　當不相似的兩種材料密切接觸時，在空氣中的兩個自由表面消失，形成新的界面。界面相互作用的性質決定了塗料和底材之間成鍵的強度，這種相互作用的程度基本由一相被另一相的潤濕性決定,使用液體塗料時，液相的流動性也有很大幫助，因此潤濕可被看作塗料和底材的密切接觸。為了保持塗層與底材的附著力，除了保證初步的潤濕外，在塗膜形成後的完全潤濕和固化後仍保持鍵合情況不變是很重要的。

成膜方式

(a)、冷卻到熔融溫度(玻璃化溫度Tg)以下

(b)、化學交聯反應

(c)、溶劑和稀釋劑的揮發

(d)、粘結料在乾燥時也有交聯能力。因此塗料對底材的潤濕是形成附著鍵的關鍵。2界面現象　　附著力形成機理的前提是液體塗料在固體基材上產生有效潤濕。塗料在液態時的表面張力以及基材和固態塗膜的表面能是影響界面連接強度和附著力形成的重要參數。

　　液體的表面張力數值低於固體的表面張力(表面自由能)數值時，液體才能在該固體上有效潤濕，才可能充分鋪展。據塗布在線了解，二者數值差越大，潤濕、鋪展的程度越好。

1)、潤濕

　　潤濕過程就是相界面上一種流體被另一種流體所取代的過程。衡量潤濕程度的參數是接觸角。

2)、凈吸力

　　物體表面和內部分子的受力狀態是不同的。

如圖：

　　液體表面某分子所受的各個方向的吸引力，其中A1、A2的力可以互相抵消，C向力及B、D向下的合力為F，B、D水平分力也互相抵消，所以分子受到一個垂直於液體表面指向液體內部的」合吸力」，通常稱為凈吸力，由於有凈吸力的存在，致使液體表面的分子有被拉入液體內部的傾向，所以任何液體表表都有自發縮小的傾向，這也是液體表面表現出表面張力的原因。

　　固體表面分子同樣存在凈吸力，只是固體分子不能象液體分子一樣可以自由移動，不能產生表面收縮，但以自由能的形式存在於表面。

3)、表面張力

　　以球形液滴鋪展到表面為例