未處理和磷化處理的冷軋鋼板的表面形態(tài),磷化后表面上可發(fā)現(xiàn)大量的交錯(cuò)的磷酸鐵微芯片,芯片間的空間提供了大量的物理連接點(diǎn)。
2. 化學(xué)鍵理論
在界面間可能形成共價(jià)鍵,且在熱固性涂料中更有可能發(fā)生,這一類連結(jié)最強(qiáng)且耐久性最佳,但這要求相互反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)牢牢結(jié)合在底材和涂料上。因?yàn)榻缑鎸雍鼙?界面上的化學(xué)鍵很難檢測到。然而,如下面所討論的,確實(shí)發(fā)生了界面鍵合,從而大大提高了粘結(jié)強(qiáng)度。有些表面,如已涂過的表面、木材、復(fù)合物和有些塑料,會(huì)有各種各樣的化學(xué)官能團(tuán),在合適的條件下,可和涂層材料形成化學(xué)鍵。
有機(jī)矽烷廣泛用于玻璃纖維的底漆以提高樹脂和纖維增強(qiáng)塑料中玻璃的附著力,也可用作底漆或一體化混合物以促進(jìn)樹脂對礦石、金屬和塑料的附著力。實(shí)質(zhì)上,應(yīng)用時(shí)生成了矽醇基,可與玻璃表面的矽醇基,或者也可能與其他金屬氧化物形成強(qiáng)的醚鍵 。這類化學(xué)鍵合可發(fā)生在玻璃、陶瓷及一些金屬底材表面的金屬氫氧化物和含矽烷涂料間。
含反應(yīng)性基團(tuán)如羥基和羧基的涂料傾向于和含有類似基團(tuán)的底材更牢固地附著、這種機(jī)理的一個(gè)例子是三聚氰胺固化丙烯酸面漆對三聚氰胺固化聚酯底漆的優(yōu)異附著力,一種可能的解釋是已固化底漆的剩余羥基會(huì)與面漆的三聚氰胺固化劑反應(yīng),實(shí)際上把底漆和面漆拉在了一起。當(dāng)該涂料過烘烤(烘烤時(shí)間過長和/或固化溫度過高)時(shí),面漆的附著力顯著減弱,有時(shí)甚至無附著力。剩余羥基會(huì)對附著力有貢獻(xiàn)可從IR譜圖得到證實(shí):標(biāo)準(zhǔn)烘烤的底漆富含羥基,而過烘烤底漆即使有也只有很少的羥基。
當(dāng)?shù)撞暮蟹磻?yīng)性羥基時(shí),在適當(dāng)?shù)臈l件下也會(huì)和熱固性聚氨酯涂料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
化學(xué)鍵合也完全可適用于解釋環(huán)氧樹脂涂料對纖維素底材的優(yōu)異附著力。顯然,正如紅外光譜所證實(shí)的,界面上環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基和纖維素的羥基發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致纖維素上羥基伸縮振動(dòng)峰3350cm-1和C-O的伸縮振動(dòng)峰1100～1500cm-1的消失,同時(shí)環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基915cm-1峰和氧橋?qū)ΨQ伸縮振動(dòng)峰1160cm-1消失。
有些聚合物對已交聯(lián)的聚合物表面附著較弱,出現(xiàn)界面性的缺損。有報(bào)導(dǎo)稱加入少量的某些含氮基團(tuán)能大大提高附著力。例如氨基聚合物對交聯(lián)醇酸樹脂具有很強(qiáng)的附著力,因?yàn)榻缑嫔蟽上嚅g發(fā)生氨-酯交換反應(yīng),形成酰胺鍵。
以丁胺作氨基聚合物的模型化合物可以很容易發(fā)現(xiàn)氨-酯交換反應(yīng)。當(dāng)胺加入未固化醇酸樹脂的甲苯溶液中,兩者在室溫下很易反應(yīng)形成二丁基苯二酰胺,并會(huì)結(jié)晶而析出 。FTIR光譜法檢測氨基樹脂和未固化醇酸樹脂的混合物發(fā)現(xiàn),混合物烘烤后胺基吸收峰下降,同時(shí)出現(xiàn)酰胺吸收峰,表明在界面上確實(shí)發(fā)生了氨-酯交換反應(yīng)。
3. 靜電理論
可以想像以帶電雙電層形式存在的靜電作用力形成于涂層表面的界面上,涂層和表面均帶有殘余電荷,散布于體系中,這些電荷的相互作用能提高一些附著力。靜電力主要是色散力和來源于永久偶極子的相互作用力。含有永久偶極子物質(zhì)的分子間的吸引力由一個(gè)分子的正電區(qū)和另一分子的負(fù)電區(qū)的相互作用引起。
涂料潤濕固體表面的程度通過接觸角測定誘導(dǎo)偶極子間的吸引力,稱為倫敦力或色散力是范德華力的一種,也對附著力有所貢獻(xiàn),對某些底材/涂料體系,這些力提供了涂料和底材間的大部分吸引力。應(yīng)該注意到這些相互作用只是短程相互作用,與涂料/底材間距離的六次方或七次方成反比。因?yàn)楫?dāng)距離超過0.5納米(5埃)時(shí),這些力的作用明顯下降,所以涂層和底材的密切接觸是必要的。
4. 擴(kuò)散理論
當(dāng)涂料和底材(聚合物)這兩相通過潤濕達(dá)到分子接觸時(shí),根據(jù)材料的性質(zhì)和固化條件的不同,大分子上的某些片段會(huì)向界面另一邊進(jìn)行不同程度的擴(kuò)散。這種現(xiàn)象需經(jīng)兩步完成,即潤濕之后鏈段穿過界面相互擴(kuò)散形成交錯(cuò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
因?yàn)殚L鏈性質(zhì)不同和擴(kuò)散系數(shù)較低,非相似聚合物通常不兼容,因此,完整的大分子穿過界面擴(kuò)散是不可能的。然而,理論和實(shí)驗(yàn)資料表明,局部鏈段擴(kuò)散很容易發(fā)生,并在聚合物間形成10～1000埃的擴(kuò)散界面層。涂料的擴(kuò)散也從接觸時(shí)間、固化溫度和分子結(jié)構(gòu)(分子量、分子鏈柔性、側(cè)鏈基團(tuán)、極性、雙鍵和物理兼容性)的影響間接得到證實(shí)。直接的證據(jù)則包括擴(kuò)散系數(shù)的測定、電鏡對界面結(jié)構(gòu)的觀察、輻射熱致發(fā)光技術(shù)和光學(xué)顯微鏡。顯然,這種擴(kuò)散最易發(fā)生在諸如工程塑料的聚合物底材上,因?yàn)榉肿娱g自由體積較大,且與金屬相比分子間距離大得多。
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