膠粘劑附著力基本原理分析

    膠粘劑(涂料、油墨)附著力的機(jī)理人們并未完全了解，但形成了一些假設(shè)理論，并用以分析附著過(guò)程和影響附著力的因素。

一、附著力

   當(dāng)兩種物體被放在一起達(dá)到緊密的界面分子接觸，以至生成新的界面層時(shí)就生成了附著力。

   當(dāng)膠粘劑涂布于基材上，在干燥和固化的過(guò)程中附著力就生成了。這些力的大小取決于基材表面和膠粘劑的性質(zhì)。

   廣義上講附著力可分為二類(lèi)：主價(jià)力和次價(jià)力?；瘜W(xué)鍵即為主價(jià)力，具有比次價(jià)力高得多的附著力。次價(jià)力基于以氫鍵為代表的弱得多的物理作用力。這些作用力在具有極性基團(tuán)(如羧基)的基材上更常見(jiàn)，而在非極性表面如聚乙烯上則較少。

二、附著力理論

1、機(jī)械連接理論

   在亞微觀狀態(tài)下觀察，基材表面是粗糙的，充滿(mǎn)孔洞、凹陷。具有良好流動(dòng)性能的液態(tài)膠粘劑流入并填滿(mǎn)這些孔洞、凹陷，干燥固化后形成鉤錨、榫接、鉚合等機(jī)械連接力?；牡拇植诔潭雀?、表面積大，附著力就大。只有當(dāng)膠粘劑完全滲透到粗糙表面的不規(guī)則界面處，才對(duì)附著力有利。

只要涂膜稍具流動(dòng)性，就很少會(huì)產(chǎn)生不可釋放應(yīng)力。但隨著涂膜粘度、剛性的增加和對(duì)基材附著力的形成，就會(huì)產(chǎn)生大量的應(yīng)力。膠粘劑在基材的凹凸處的厚度顯然不同，這種不同導(dǎo)致物理性質(zhì)不同。不均一的涂層會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)部應(yīng)力，甚至?xí)?dǎo)致膜層的破裂。

2、化學(xué)鍵理論

    在界面間產(chǎn)生化學(xué)鍵，互相反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)牢牢結(jié)合在基材和膠粘劑上。這類(lèi)連結(jié)最強(qiáng)且耐久性最好。

含反應(yīng)性基團(tuán)如羥基和羧基的膠粘劑傾向于和含有類(lèi)似基團(tuán)的基材有更強(qiáng)的附著力。光譜分析法可證實(shí)這一點(diǎn)。

3、靜電理論

    膠粘劑和基材表面都帶有殘余電子而形成帶電雙電層，這些電子的相互作用也能提高附著力。

靜電力主要來(lái)源于色散力和由永久偶極子引起的相互作用力(一個(gè)分子的正電區(qū)和另一個(gè)分子的負(fù)電區(qū))。誘導(dǎo)偶極子之間的吸引力稱(chēng)為色散力或倫敦力，是范德華力(分子間力)的一種。

    當(dāng)膠粘劑分子與基材分子之間的間距超過(guò)0.5納米(5埃)時(shí)，這些力的作用明顯降低。所以保證一定壓力用壓輥使膠粘劑與基材緊密接觸是非常重要的。

4、擴(kuò)散理論

    當(dāng)膠粘劑與基材接觸時(shí)，大分子的某些短鏈會(huì)向界面另一邊進(jìn)行不同程度的擴(kuò)散。即鏈段穿過(guò)界面后相互擴(kuò)散形成交錯(cuò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

由于長(zhǎng)鏈性質(zhì)不同及擴(kuò)散系數(shù)較低，非相似聚合物通常不相容。完整的大分子穿過(guò)界面互相擴(kuò)散是不可能的。實(shí)驗(yàn)表明，局部鏈段擴(kuò)散很容易發(fā)生，并在界面產(chǎn)生10-1000埃的擴(kuò)散界面層。

三、附著力形成機(jī)理

1、機(jī)理描述

    當(dāng)不相似的兩種材料密切接觸時(shí)，在空氣中的兩個(gè)自由表面消失，形成新的界面。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。

成膜方式

(a)、冷卻到熔融溫度(玻璃化溫度Tg)以下

(b)、化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)

(c)、溶劑和稀釋劑的揮發(fā)

(d)、粘結(jié)料在干燥時(shí)也有交聯(lián)能力。因此涂料對(duì)底材的潤(rùn)濕是形成附著鍵的關(guān)鍵。

2、界面現(xiàn)象

    附著力形成機(jī)理的前提是液體涂料在固體基材上產(chǎn)生有效潤(rùn)濕。涂料在液態(tài)時(shí)的表面張力以及基材和固態(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)。

    液體的表面張力數(shù)值低于固體的表面張力(表面自由能)數(shù)值時(shí)，液體才能在該固體上有效潤(rùn)濕，才可能充分鋪展。二者數(shù)值差越大，潤(rùn)濕、鋪展的程度越好。

1)潤(rùn)濕

    潤(rùn)濕過(guò)程就是相界面上一種流體被另一種流體所取代的過(guò)程。衡量潤(rùn)濕程度的參數(shù)是接觸角。

2)、凈吸力

    物體表面和內(nèi)部分子的受力狀態(tài)是不同的。

  如圖：

    液體表面某分子所受的各個(gè)方向的吸引力，其中A1、A2的力可以互相抵消，C向力及B、D向下的合力為F，B、D水平分力也互相抵消，所以分子受到一個(gè)垂直于液體表面指向液體內(nèi)部的”合吸力”，通常稱(chēng)為凈吸力，由于有凈吸力的存在，致使液體表面的分子有被拉入液體內(nèi)部的傾向，所以任何液體表表都有自發(fā)縮小的傾向，這也是液體表面表現(xiàn)出表面張力的原因。

固體表面分子同樣存在凈吸力，只是固體分子不能象液體分子一樣可以自由移動(dòng)，不能產(chǎn)生表面收縮，但以自由能的形式存在于表面。

3)、表面張力

   以球形液滴鋪展到表面為例

    液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程度，通常用液-固二相的接觸界面AC與液體表面的切線(xiàn)AB之間的夾角(稱(chēng)接觸角)的大小來(lái)表示。

液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程度

      基材可以被表面張力、接觸角小的涂料所潤(rùn)濕、或者說(shuō)二者較接近時(shí)才能潤(rùn)濕。理論上講：若某種物體表面自由能低于33dyn/cm，就幾乎無(wú)法附著目前所知的任何一種膠粘劑。我司的硬挺劑P3系列產(chǎn)品即屬于聚醋酸乙烯酯類(lèi)型的膠粘劑一種。

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