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文庫百科從微觀角度解讀涂層附著力的形成與破壞
來源：
時間：2024-12-02 09:42:21
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從微觀角度解讀涂層附著力的形成與破壞
涂層附著力是指涂層與基材之間的結合力，是涂層發(fā)揮其保護、裝飾等功能的前提，從微觀角度來看，涂層附著力的形成與破壞涉及多種物理和化學機制。
一、涂層附著力的形成機制
1. 機械附著
機械附著是指涂層在基材表面的微觀結構中形成物理嵌合，從而增強附著力；這種機制主要適用于表面粗糙、含有孔洞或裂隙的基材。
微觀結構：基材表面的凹凸不平、孔洞和裂隙為涂層提供了大量的錨固點；當涂層涂布在基材表面時，涂料能夠滲入這些微觀結構中，形成類似“釘子”的效果。
作用：機械附著通過增加涂層與基材的接觸面積，提高附著力；例如，木材、噴砂處理的金屬表面等都能顯著增強機械附著。
2. 共價鍵
共價鍵是指涂層與基材之間形成化學鍵，這是最強的附著力形式之一。
化學基團：涂層和基材中必須含有相互匹配的化學基團，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等；當這些基團靠近時，可以通過共價鍵連接，形成穩(wěn)定的化學鍵。
作用：共價鍵不僅增強了涂層與基材的結合力，還提高了涂層的耐久性和耐腐蝕性；例如，有機硅烷在玻璃、金屬等基材上的附著力增強就是通過共價鍵實現(xiàn)的。
3. 范德華力
范德華力是一種較弱的分子間吸引力，但在涂層附著力中起著重要作用。
分子距離：當涂層與基材的距離在0.3-0.5 nm時，范德華力達到最大；這種吸引力是一種短程作用力，依賴于分子的極性和變形性。
作用：范德華力雖然較弱，但通過大量分子的累積效應，可以顯著增強涂層與基材的附著力；例如，高分子量的聚合物在基材表面形成的范德華力較強。
4. 靜電作用
靜電作用是指涂層與基材表面的電荷相互吸引，從而增強附著力。
電荷分布：涂層和基材表面都可能帶有電荷，當它們靠近時，電荷相互吸引，形成靜電作用。
作用：靜電作用可以增強涂層與基材的初始附著力，尤其是在干燥過程中；例如，帶電的涂料顆粒更容易附著在帶相反電荷的基材表面。
5. 氫鍵
氫鍵是一種較強的分子間作用力，通過氫原子與電負性大的原子（如氧、氮、氟）之間的相互作用形成。
化學基團：涂層和基材中必須含有能夠形成氫鍵的基團，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）等；當這些基團靠近時，可以形成氫鍵。
作用：氫鍵不僅增強了涂層與基材的結合力，還提高了涂層的耐水性；例如，含有羥基的涂層在玻璃基材上的附著力增強就是通過氫鍵實現(xiàn)的。
6. 擴散作用
擴散作用是指涂層與基材之間的大分子通過擴散形成交錯，從而增強附著力。
分子相容性：涂層和基材中的大分子必須具有一定的相容性，才能通過擴散形成交錯。
作用：擴散作用主要發(fā)生在層間附著力中，尤其是統(tǒng)一體系的兩涂層之間；例如，多層涂料中的各層通過擴散作用形成穩(wěn)定的結合。
二、涂層附著力的破壞機制
1. 機械破壞
機械破壞是指外力作用下涂層與基材之間的附著力失效。
外力：如沖擊、刮擦、拉伸等外力可以導致涂層與基材之間的物理連接斷裂。
作用：機械破壞通常表現(xiàn)為涂層脫落、剝離等現(xiàn)象；例如，涂層在受到強烈沖擊時可能會從基材表面脫落。
2. 化學破壞
化學破壞是指化學反應導致涂層與基材之間的附著力失效。
化學反應：如腐蝕、氧化、水解等化學反應可以破壞涂層與基材之間的化學鍵。
作用：化學破壞通常表現(xiàn)為涂層變色、開裂、脫落等現(xiàn)象；例如，涂層在酸性環(huán)境中可能會發(fā)生水解反應，導致附著力下降。
3. 熱破壞
熱破壞是指高溫導致涂層與基材之間的附著力失效。
溫度：高溫可以改變涂層和基材的物理和化學性質(zhì)，導致附著力下降。
作用：熱破壞通常表現(xiàn)為涂層軟化、熔融、脫落等現(xiàn)象；例如，涂層在高溫環(huán)境下可能會軟化，失去附著力。
4. 環(huán)境因素
環(huán)境因素如濕度、紫外線等可以影響涂層與基材之間的附著力。
濕度：高濕度環(huán)境可以導致涂層吸水膨脹，破壞涂層與基材的結合。
紫外線：紫外線可以導致涂層老化，降低附著力；例如，長時間暴露在陽光下的涂層可能會變脆，失去附著力。
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