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        淺談粉末涂料的附著力問題

        粉末涂料是現代涂料工業中的重要組成部分,它應用于鑄鐵、鑄鋁、不銹鋼、鍍鋅、鋁鎂合金等,從普通的熱固性粉末涂料到專用功能型粉末涂料、重防腐粉末涂料、鋁型材專用等,與人們的日常生活及高新科學技術息息相關。 附著力是粉末涂料機械性能中的基本性能,上海群潤科技有限公司對粉末涂料附著力作了一些嘗試性論述,以供商榷。

        1、影響附著力的因素

        當兩物體被放在一起達到緊密的界面分子接觸可以生成新的界面層,就生成了附著力。

        1.1 表面潤濕

        潤濕過程與體系的界面張力有關,降低表面張力,才能提高潤濕效率,增加涂膜對表面金屬的附著力。

        1.2 機械咬合力

        機械咬合力是最直接的一種作用力,人們自古以來就用這種方法來連接兩個物體。在亞微觀狀態下觀察,大部分基材表面是粗糙的。具有良好流動性能的膠粘劑或熔體流入并填滿這些孔洞、凹陷,干燥固化后形成鉤錨、榫接、鉚合等機械咬合力。表面的粗糙程度影響涂料和底材的界面面積。因為去除涂層所需的力與幾何面積有關,而使涂層附著于底材上的力與實際的界面接觸面積有關。隨著表面積增大,去除涂層的困難增加,這通??赏ㄟ^機械打磨方法提供粗糙表面來實現。只有當膠粘劑或涂料能滲透到粗糙表面的不規則界面處,才對附著力有利。若不能或滲入不充分,則涂料與表面的接觸會比相應的幾何面積還小,并且在涂料和底材間留有空隙,空隙會導致水汽的聚積,最終導致附著力的損失。這就聯系到毛細管上升現象,接觸角為銳角,浸潤液體上升;接觸角為鈍角,不浸潤液體下降。若膠粘劑或涂料在基材表面的接觸角大于90度,即使有打磨,有較高的粗糙度,粘結強度也不會很強。如要粘結非極性的塑料像聚乙烯,聚四氟乙烯等,由于他們表面能低,低于膠粘劑或涂料,即使是涂覆上去,很難達到緊密界面接觸,同時在界面會存在應力對附著力的持久性有影響。所以塑料表面為了提高粘結附著力,通常用電暈放電處理、力化學接枝、或其他氧化等引進極性集團,從而提高表面能。

        1.3 化學鍵

        化學鍵主要分為離子鍵、共價鍵和金屬鍵,化學鍵指的是相鄰原子間強烈的相互作用。離子鍵指的是陰陽離子通過靜電作用所形成的化學鍵,共價鍵指的是通過共用電子對所形成的化學鍵,金屬鍵指金屬陽離子與自由電子之間的強烈相互作用。

        2   影響附著力的因素

        當碰到一個附著力的問題時,不要匆忙下結論,需要從整體來考慮。往往客戶在碰到附著力出了問題時最先考慮的是涂料的問題,作為涂料供應方要幫助客戶去分析問題,找出問題發生的原因,說服客戶接受并一起解決問題。下圖是一個基材上有涂膜的橫截面示意圖。包括基材、基材表面層、涂膜、涂膜表面層和界面。其中任何一個部分都有可能對附著力的問題有影響。同時附著力的問題也跑不出這個范圍。

         微信圖片_20190730094409.jpg

        圖1   基材上圖敷結構橫截面示意圖

        在正常情況下,表面有好的潤濕,兩個表面有好的緊密接觸,由于有上面提到的各種作用力,附著力是沒有問題的。這里討論的是有哪些因素還會造成附著力出問題。根據上面的示意圖我們來逐一探討每一個部分有可能出現的問題。

        2.1界面

         如果基材是底涂,在第二涂時附著力出現問題。另外還有重涂附著力問題,就是客戶在噴涂后檢查表面有缺陷時,往往不是去掉涂層而是為了節省時間,直接重涂一次,結果出現附著力問題。這些情況很可能是配方里的蠟加量過多,在烘烤時蠟遷移到第一涂的表面,可以降低蠟的含量來解決問題。還有一種情況也時有發生,就是直接燃氣烘烤爐,燃氣在燃燒時會在產生一氧化氮、二氧化氮和硫化物等,這些小分子化合物沉集在底涂的表面,最嚴重的是第二涂可以像紙一樣撕下來。如果是這種情況,客戶又沒有辦法更改烘烤爐加熱方式,可以幫助客戶從配方上嘗試加抗氧劑來解決問題。還有順便提出的是在噴涂淺色涂料時,這種直燃爐產生的化合物還會影響涂膜的顏色,主要是黃變。界面除了這些小分子化合物影響附著力,還可能有應力的影響。液體涂料在基材表面的潤濕要比粉末涂料熔體來得容易,粉末涂料本身擴展潤濕不是很好,加上固化時有一定的熱應力產生,所以測試附著力要放置一段時間,讓熱應力消失后再測試。另外,當在金屬表面噴涂固化后冷卻,金屬基材與涂膜的熱漲冷縮的速度不同步也會產生應力。如果一個工件有厚有薄,烘烤完再急冷,薄的基材部分基材冷卻會更快,可能會出現由應力導致的附著力問題

        2.2 基材表面層

        這里主要探討金屬基材表面層。曾經碰到過一個列子,沒有前處理的鋁板上附著力不達標,而在前處理過的鋁板表面附著力達標。原因是沒有前處理過的鋁板表面產生了一層氧化層,這層很薄的氧化層則是影響附著力不達標的弱氧化層。

        若本身金屬基材前處理不過關,還有可能噴涂完成后仍然有氧化或生銹反應在進行,雖然涂膜可以屏蔽氧和水分。當涂膜厚度不夠厚(一般高分子膜在60μm以下還可能會產生氧氣和水汽的滲透,相當于半滲透膜),或有由于針孔形成的通道使氧和水汽可以達到界面。所以在一段時間后,附著力出現了問題。這種情況其實耐鹽霧測試也可以檢測出來。所以金屬表面的前處理很重要,一是要去除弱表面層,二是表面處理層本身不能成為弱表面層,三是要表面鈍化,不再有氧化生銹繼續形成弱表面層的情況發生。

        2.3 涂膜表面層

        除了前面提到的蠟遷移到界面外,還有配方中的一些添加劑,或者樹脂本身沒有去掉的小分子單體或添加劑,也有可能遷移到表面層。這種情況在塑料表面粘結需要考慮的多,在粉末涂料領域比較罕見,所以不在這里多做探討。

        2.4 涂膜層

        由于固化溫度或時間不夠,涂膜沒有固化完全,涂膜本身強度不夠,在做劃格測試時,結果附著力不過。也有可能是涂膜過固化,體系交聯密度很高,如聚氨酯體系,涂膜本身太脆,劃格測試時附著力不過。

        若過一段時間后測試附著力不過,則可能是涂層耐候性能不夠,涂膜高分子在光照下裂解甚至粉化導致附著力測試不過。

        2.5 基材層

        前面探討了金屬基材表面層,不過金屬基材層通常對附著力沒有什么影響。這里探討的底涂作為基材來考慮,特別是透明粉照光的情況。

        若底涂本身不耐候,透明粉又不遮蓋。一段時間后,底涂的本身裂解粉化會造成附著力測試不過。有時雖然有一層其他涂層在中間,但很薄遮蓋性不夠,一段時間后也可能產生附著力測試不過的情況。 

        3、測試方法

        國標(和ISO基本一樣)和美標曾經一個客戶投訴附著力問題,他們測試我們的產品在他們的基材上附著力不過,我們自己測試都沒有問題,他們測試的方法我比喻像我們過去用牛犁地那樣。

        最后把他們總公司的質量總監請過來,當面由他自己測試,沒有發現問題。用犁地的方式甚至可以在一塊底材上刨出一塊來。所以要有標準,大家遵守標準,這樣所得到的結果才有可比性。

        根據標準,有標準劃格刀具和手工劃格兩種,手工劃格用間隔導向裝置,有幾點要注意:

          (l)要確保劃格刀的刀刃情況良好;

          (2)劃格時要使刀垂直于樣板表面;

          (3)均勻施力,用均勻劃格速率;

          (4)間距根據膜厚來定:0-60μm硬底材,1mm間距;0-60μm,軟底材,2mm間距;61-120μm,硬或軟底材,2mm間距;121-250μm,硬或軟底材,3mm間距。

          (5)用標準規定的透明膠帶,測試后保留膠帶子為參考。還可以用來觀察(可以借助放大鏡),特別是多層體系,要決定哪層之問的附著力問題。 

        4、結論

        粉末涂料中成膜基料及交聯與附著力促進之間可能存在一系列復雜的化學反應。這樣附著力改性劑一定要與粉末涂料中成膜物樹脂及基團的匹配性,因為不是每一種相互作用對附著力都是有益的,QR7018是一款全方位解決附著力改性劑.