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從微觀角度解讀涂層附著力的形成與破壞

來源：時(shí)間：2024-12-02 09:42:21 瀏覽：1212次

從微觀角度解讀涂層附著力的形成與破壞

涂層附著力是指涂層與基材之間的結(jié)合力，是涂層發(fā)揮其保護(hù)、裝飾等功能的前提，從微觀角度來看，涂層附著力的形成與破壞涉及多種物理和化學(xué)機(jī)制。

一、涂層附著力的形成機(jī)制

1. 機(jī)械附著

機(jī)械附著是指涂層在基材表面的微觀結(jié)構(gòu)中形成物理嵌合，從而增強(qiáng)附著力；這種機(jī)制主要適用于表面粗糙、含有孔洞或裂隙的基材。

微觀結(jié)構(gòu)：基材表面的凹凸不平、孔洞和裂隙為涂層提供了大量的錨固點(diǎn)；當(dāng)涂層涂布在基材表面時(shí)，涂料能夠滲入這些微觀結(jié)構(gòu)中，形成類似“釘子”的效果。

作用：機(jī)械附著通過增加涂層與基材的接觸面積，提高附著力；例如，木材、噴砂處理的金屬表面等都能顯著增強(qiáng)機(jī)械附著。

2. 共價(jià)鍵

共價(jià)鍵是指涂層與基材之間形成化學(xué)鍵，這是最強(qiáng)的附著力形式之一。

化學(xué)基團(tuán)：涂層和基材中必須含有相互匹配的化學(xué)基團(tuán)，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等；當(dāng)這些基團(tuán)靠近時(shí)，可以通過共價(jià)鍵連接，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。

作用：共價(jià)鍵不僅增強(qiáng)了涂層與基材的結(jié)合力，還提高了涂層的耐久性和耐腐蝕性；例如，有機(jī)硅烷在玻璃、金屬等基材上的附著力增強(qiáng)就是通過共價(jià)鍵實(shí)現(xiàn)的。

3. 范德華力

范德華力是一種較弱的分子間吸引力，但在涂層附著力中起著重要作用。

分子距離：當(dāng)涂層與基材的距離在0.3-0.5 nm時(shí)，范德華力達(dá)到最大；這種吸引力是一種短程作用力，依賴于分子的極性和變形性。

作用：范德華力雖然較弱，但通過大量分子的累積效應(yīng)，可以顯著增強(qiáng)涂層與基材的附著力；例如，高分子量的聚合物在基材表面形成的范德華力較強(qiáng)。

4. 靜電作用

靜電作用是指涂層與基材表面的電荷相互吸引，從而增強(qiáng)附著力。

電荷分布：涂層和基材表面都可能帶有電荷，當(dāng)它們靠近時(shí)，電荷相互吸引，形成靜電作用。

作用：靜電作用可以增強(qiáng)涂層與基材的初始附著力，尤其是在干燥過程中；例如，帶電的涂料顆粒更容易附著在帶相反電荷的基材表面。

5. 氫鍵

氫鍵是一種較強(qiáng)的分子間作用力，通過氫原子與電負(fù)性大的原子（如氧、氮、氟）之間的相互作用形成。

化學(xué)基團(tuán)：涂層和基材中必須含有能夠形成氫鍵的基團(tuán)，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等；當(dāng)這些基團(tuán)靠近時(shí)，可以形成氫鍵。

作用：氫鍵不僅增強(qiáng)了涂層與基材的結(jié)合力，還提高了涂層的耐水性；例如，含有羥基的涂層在玻璃基材上的附著力增強(qiáng)就是通過氫鍵實(shí)現(xiàn)的。

6. 擴(kuò)散作用

擴(kuò)散作用是指涂層與基材之間的大分子通過擴(kuò)散形成交錯(cuò)，從而增強(qiáng)附著力。

分子相容性：涂層和基材中的大分子必須具有一定的相容性，才能通過擴(kuò)散形成交錯(cuò)。

作用：擴(kuò)散作用主要發(fā)生在層間附著力中，尤其是統(tǒng)一體系的兩涂層之間；例如，多層涂料中的各層通過擴(kuò)散作用形成穩(wěn)定的結(jié)合。

二、涂層附著力的破壞機(jī)制

1. 機(jī)械破壞

機(jī)械破壞是指外力作用下涂層與基材之間的附著力失效。

外力：如沖擊、刮擦、拉伸等外力可以導(dǎo)致涂層與基材之間的物理連接斷裂。

作用：機(jī)械破壞通常表現(xiàn)為涂層脫落、剝離等現(xiàn)象；例如，涂層在受到強(qiáng)烈沖擊時(shí)可能會(huì)從基材表面脫落。

2. 化學(xué)破壞

化學(xué)破壞是指化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致涂層與基材之間的附著力失效。

化學(xué)反應(yīng)：如腐蝕、氧化、水解等化學(xué)反應(yīng)可以破壞涂層與基材之間的化學(xué)鍵。

作用：化學(xué)破壞通常表現(xiàn)為涂層變色、開裂、脫落等現(xiàn)象；例如，涂層在酸性環(huán)境中可能會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，導(dǎo)致附著力下降。

3. 熱破壞

熱破壞是指高溫導(dǎo)致涂層與基材之間的附著力失效。

溫度：高溫可以改變涂層和基材的物理和化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致附著力下降。

作用：熱破壞通常表現(xiàn)為涂層軟化、熔融、脫落等現(xiàn)象；例如，涂層在高溫環(huán)境下可能會(huì)軟化，失去附著力。

4. 環(huán)境因素

環(huán)境因素如濕度、紫外線等可以影響涂層與基材之間的附著力。

濕度：高濕度環(huán)境可以導(dǎo)致涂層吸水膨脹，破壞涂層與基材的結(jié)合。

紫外線：紫外線可以導(dǎo)致涂層老化，降低附著力；例如，長時(shí)間暴露在陽光下的涂層可能會(huì)變脆，失去附著力。

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