什么是涂层附着力？

涂层的附着力是指涂层与物质基体之间的结合的坚牢程度。

附着力是涂料性能的基本特性之一，可确保涂层（或漆膜）能够长时间粘附在表面，尤其是在腐蚀性条件下确保涂料对基材的保护。附着力的性质与涂层的耐久性和质量有直接关系。

大多数涂料和油墨的核心要求是，在固化和成膜完成后，它们能形成牢固的粘结，并能长时间牢固地粘附在基材上。涂层和基材之间的结合强度取决于材料的两个特性，包括：

• 附着力–粘合剂与基板表面的粘合强度

• 内聚力–粘合剂颗粒之间的粘合强度 

*成膜在附着力中起着关键作用。固化收缩和压力冲击等因素会影响成膜质量。

控制涂料和油墨与基材附着力的关键因素包括：

• 基底-涂层之间的界面

• 涂料和油墨的成分

• 成膜（必须使界面尽可能牢固）

附着力的原理

许多理论解释了附着力的机理。粘附发生的主要理论是：

• 吸附理论-表面分子与其界面处被粘物之间的吸引力，即分子间作用力。

• 化学吸附理论-吸附理论的延伸，在该理论中，当界面上形成化学键时，就会发生粘附。

• 机械联锁-分子在表面/基材上的不规则处联锁。

• 静电（电子）理论-电子从一个表面转移到另一个表面，形成不同的电荷，产生吸引力。

• 扩散理论-聚合物材料与界面上链的相互渗透的粘附。

注：没有一种理论能够全面地解释粘附。有些理论适用于某些基底和应用，而其他理论则因不同情况而有所不同。

吸附理论

根据吸附理论，由于材料分子之间的吸引力，这两种材料相互粘附。产生的表面力被指定为二次力或范德华力。为了形成这些作用力，涂料分子必须与基材表面紧密接触。此外，酸碱相互作用和氢键也可能有助于形成固有的粘附力。

为了获得出色的吸附能力，重要的是在漆膜和被粘物之间建立连续的接触。因此范德华力或酸碱相互作用或两者同时发生。这可以通过一种称为“润湿”的现象来实现。

当接触角=0°，或材料均匀铺展在基板上形成薄层时，会发生完全自发的润湿。

以下情况下，有利于润湿：

• 基材的表面张力（也称为临界表面能C）很高

• 润湿液体的表面张力低

化学吸附理论

化学吸附理论基于化学键作用，解释了初级化学键可能跨界面形成。化学键对固有的粘附有很大的贡献。

附着力促进剂根据化学吸附理论工作，附着力促进剂一端官能化与基材反应，另一端与涂层反应。

机械联锁

根据附着力的机械理论，为了正常工作以达到最佳附着力，漆膜必须：

• 穿透表面上的空腔

• 将界面结合中的空气排空

• 机械锁定在基材上

通过工具增加表面的粗糙度，使得涂料和基材之间的接触面积增加。这是一种有效的机械增加附着力的方法。因此，机械联锁的理论中，增加接触面的粗糙程度，是有益于增加附着力的。因为：

• 为基板提供“齿”（机械联锁），以及增加附着力可能形成的总有效面积。

• 只有当涂层充分润湿表面时，粗糙化才有效。

可以通过AES、SIMS和XPS的智能组合更好地表征表面，获得在金属基底上使用油墨、涂料和其他材料，增加附着力的办法。

静电（电子）理论

静电理论表明，静电力是在涂层粘附界面上形成的。静电力解释了分离阻力。该理论发现，当涂层从基材上剥离时，会发生放电。

静电吸附被认为是生物细胞粘附和粒子粘附的主要因素。

扩散理论

扩散理论指出，附着力是通过涂层和被粘物中的分子间扩散发生的。扩散理论主要适用于涂层和被粘物均为聚合物且具有可移动的相容长链分子的情况时。

热塑性塑料的溶剂粘合或热焊接是分子扩散的结果。

注：在一般粘合实践中，静电和扩散粘附理论通常没有其他理论那么受重视。然而，在某些应用中，这些非常重要，有助于解释为什么会形成键。

涂层中的附着力失效是怎么回事？

涂层附着力强，可防止表面损坏。一个值得注意的例子是涂料在防腐中的应用。

然而，在长期暴露于外部因素（如水、湿度和紫外线照射）后，涂层附着力可能会受到不利影响。此外，表面涂层选择不当、涂层与表面不相容以及表面处理不充分都可能导致涂层粘附失效。

涂层和基材之间粘结失效的主要类型有：

虽然涂层和基材之间的粘附损失是可能的，但弱边界层内的内聚损伤也很常见。

弱边界层理论

根据弱边界层理论，弱边界层的内聚破裂是界面粘结破坏的主要原因。

在大多数情况下，涂层缺陷是由弱边界层的内聚破坏引起的。弱边界层可能来自涂料、粘附物、环境或三者的组合。

如果杂质集中在粘合表面附近并与基底形成弱附着，则漆膜或被粘物上可能会出现弱边界层。

除外部污染外，导致弱边界层的其他主要因素包括：

• 金属表面的腐蚀或氧化层

• 低分子量成分，如聚合物表面的脱模剂和增塑剂

如何删除弱边界层

必须通过物理或化学方法去除薄弱的边界层，以便成膜过程中不存在会导致涂层过早粘附失效的薄弱环节。

当接触角=0°，或材料均匀铺展在基材上成膜时，会发生完全自发的润湿。当基材的表面张力（也称为临界表面能C）较高而润湿液体的表面张力较低时，有利于润湿。

影响附着力的因素

下面列出了导致漆膜/涂层和基材之间附着力失效的几个因素。

• 当未从基材上完全清除的污垢阻止涂层与基材表面粘合时，基材清洁不佳。

• 表面轮廓及光洁度，例如不能很好地固定涂层的光滑表面。

• 基材上涂层的不适当润湿会影响表面结合和适当的附着力。

• 交联不足或涂层未固化/涂层固化过度，导致涂层与基材表面的附着力差。

• 外部环境因素，如水、湿度、紫外线照射等。

这些因素会导致一些表面缺陷，从而导致附着力失效。一些常见的表面缺陷包括：

• 起泡–当涂层物体浸入水中时发生。气泡是表面上出现的圆顶状缺陷。起泡是由涂层内或涂层下的水溶性材料、涂层快速干燥或化学暴露引起的。

• 剥皮–由于涂层污染或不相容，漆膜的结合强度降低。

• 剥落–导致油漆与基底分离。

• 咬边–涉及涂层下的腐蚀堆积。

提升涂层附着力的方法

以下因素对提高附着力至关重要：

• 表面润湿

• 表面处理

• 待粘结材料的结构

此外，各种助剂会影响物理/机械性能，进而会改善或恶化此处列出的涂层附着力。

添加剂	功能
附着力促进剂	有助于提高附着力与基材和涂覆涂层有亲和力，以形成永久且牢固的结合
塑化剂	软化油墨和涂料中使用的粘合剂并提高其柔韧性增加的柔韧性增强了在涂装过程中对机械冲击力的抵抗力，从而将各种潜在失效降至最低
溶剂	降低粘合剂/成膜树脂的挥发性成分增加涂层的干燥时间，以尽量减少水泡的形成，避免粘附失效
颜料和填充剂	提高物理性能，如硬度和耐水性
润湿剂	基于聚硅氧烷的表面活性剂、含氟表面活性剂和特殊润湿剂，克服表面张力的局部差异或润湿基底表面以提高附着力

附着力的测试方法

可以使用几种方法来确定涂层与基材的结合程度，从而使涂层表现良好。在实施任何测试方法时，重要的是要考虑粘结失效是粘结失效（涂层/基板界面失效）还是内聚失效（涂层膜或基板内失效）。

用于测试涂料附着力的主要方法包括：

• 交叉切割试验

• 刮擦试验

• 拉脱试验

1.横切试验

ASTM D3359-胶带试验评定附着力的标准试验方法

这些试验方法涵盖了通过在薄膜切口上贴上和取下压敏胶带来评估涂层薄膜与金属基材的附着力的程序。

本试验方法的内容与ISO 2409相似（但在技术上不等同）。

中国GB/T 9286-1998系等效采用国际标准ISO 2409:1992 《色漆和清漆——划格试验》(第二版)，代替等效采用ISO 2409:1972的GB 9286-88。该标准规定用切割刀具在准备好的规定试板上纵横垂直交叉切割6条平行切割线(间距由涂层厚度和底材硬度确定)。用透明胶粘贴涂层切断处(软底材不用胶粘带)，均匀撕去胶粘带，检查切割涂层破坏情 况。试验结果0～5级，0级完好无损。对于一般用途，前三级是令人满意的。要求评定通过/不通过时也采用前三级。

2.刮擦试验

ASTM D2197-用刮擦附着力测定有机涂层附着力的标准试验方法

本试验方法用于测定有机涂层（如油漆、清漆和清漆）在光滑和平坦（平面）面板表面上的附着力。

将受试材料以均匀的厚度涂敷在光滑基材上。干燥后，通过将面板推到圆形触针或圆环下方来确定附着力，该触针或环的负载量不断增加，直到涂层从基材表面上去除。

3.拉脱试验

ASTM D4541-使用便携式附着力测试仪测定涂层拉脱强度的标准试验方法

本试验方法涵盖了评估刚性基材（如金属、混凝土或木材）上涂层的拉脱强度（通常称为附着力）的程序。

该方法通过从推车向表面施加拉伸应力（而不是在前两次试验中测量的剪切应力）来评估光滑表面上一层或多层涂层的附着力。载荷缓慢增加，直到小车和粘合层一起被移除。它相当于ISO 4624标准。

适用于涂料的促进剂

产品名称	生产商	产品特点
润湿流平剂 SL-5100	崇耀	优异的底材润湿性、优异的防缩孔效果、不稳泡、耐久性好
附着力促进剂515.71WM	先创化学	提高T型剥离强度，改善耐潮湿性、耐热性和耐腐蚀性
附着力促进剂BOND AP811	先创化学	提高底材表面的塑性来改善附着力，对漆膜硬度无影响，耐热性好
附着力促进剂516.71HRW	先创化学	提高T型剥离强度，改善耐潮湿性、耐热性和耐腐蚀性
附着力促进剂 EDL-60001	致辉	特别针对特殊塑料有特效，提高干膜的耐水洗、耐盐雾性、防腐性，较好的贮存稳定性
耐水煮附着力促进剂 EDL-60006X	致辉	提高漆膜的耐水煮性能，提高干膜的耐水性及耐化性，良好的相容性
附着力促进剂 EDL-6101A	致辉	提高附着力及耐醇性能，增强漆膜的耐水耐蒸煮性能，良好的稳定性及相容性

提升附着力的论文及在线课程