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當(dāng)不相似的兩種材料達(dá)到“緊密”接觸時(shí),形成了新的界面。界面相互作用的性質(zhì)決定了涂料和底材之間成鍵的強(qiáng)度,這種相互作用的程度基本由一相被另一相的潤(rùn)濕性決定,使用液體涂料時(shí),液相的流動(dòng)性也有很大幫助,因此潤(rùn)濕可被看作涂料和底材的密切接觸。
為了保持涂層與底材的附著力,除了保證初步的潤(rùn)濕外,在涂膜形成后的完全潤(rùn)濕和固化后仍保持鍵合情況不變是很重要的,因此涂料對(duì)底材的潤(rùn)濕是形成附著鍵的關(guān)鍵。
1.潤(rùn)濕性和表面能
在考察附著力的過(guò)程中,涂膜潤(rùn)濕性是必須的前提條件,附著機(jī)理只有當(dāng)?shù)撞暮屯苛线_(dá)到有效潤(rùn)濕時(shí)才起作用。
表面的潤(rùn)濕可從熱力學(xué)角度描述,涂料在液態(tài)時(shí)的表面張力,以及底材和固態(tài)涂膜的表面能是影響界面連接強(qiáng)度和附著力形成的重要參數(shù)。
均相液體表面的分子或原子的周?chē)h(huán)境與內(nèi)部不同。
在內(nèi)部,分子被相同的分子所包圍,分子間的距離由把分子拉到一起的吸引力和阻止分子占據(jù)同一位置的排斥力的平衡決定;而界面上的分子各個(gè)方向受力不均勻,它們和表面以上的空氣相互作用,同時(shí)受表面以下分子的吸引。
表面下的分子傾向于將表面分子向內(nèi)拉,使表面分子數(shù)最小,因而表面積也最小,這種吸引提高了液體的表面張力,并可解釋液體以液滴形式存在,好象被一層彈性表皮覆蓋。而且表面分子間的距離比體相大,因而能量更高。
把分子從內(nèi)部移到表面需要做功,液體增加單位表面積導(dǎo)致的自由能的增加值定義為表面張力。
2.界面熱力學(xué)
液體涂料對(duì)固態(tài)表面的潤(rùn)濕程度通過(guò)接觸角(θ)來(lái)測(cè)定,當(dāng)θ=0,液體在表 面自由鋪展,稱(chēng)為完全潤(rùn)濕。當(dāng)液相和固相分子的分子吸引大于類(lèi)似的液體分子時(shí), 發(fā)生完全潤(rùn)濕。測(cè)定固體表面張力廣泛采用的辦法是測(cè)量接觸角。
通過(guò)測(cè)定接觸角來(lái)計(jì)算表面自由 能的辦法多有爭(zhēng)議,該問(wèn)題至今仍未解決,因?yàn)楣腆w的表面自由能不能直接測(cè)定。近似的表觀接觸角可通過(guò)檢測(cè)設(shè)備供應(yīng)商提供的各種接觸角儀測(cè)定。
該法中滴一滴各種不同的液體在待測(cè)的表面上,并測(cè)定接觸角。表面性質(zhì)測(cè)定的一種方法是臨界表 面張力γc,該法系通過(guò)測(cè)定一系列液體在表面上的接觸角,以接觸角的余弦對(duì)各種液體的 表面張力作圖,并外推至Cosθ=1(θ=0)。
外推表面張力稱(chēng)為表面的臨界表面張 力。例如根據(jù)上述程序,聚乙烯的臨界表面張力為31達(dá)因/厘米。
當(dāng)一液滴滴于該表 面上時(shí),所有表面張力小于或等于該臨界表面張力的液體會(huì)自發(fā)鋪展。因此,如果涂膜表面張力超過(guò)31達(dá)因/厘米,不會(huì)潤(rùn)濕聚乙烯表面,而很大一部分低張力的流平劑能迅速降低涂膜整體的表面張力,從而有利于鋪展的進(jìn)行。