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聚氨酯涂料在不锈钢基材上附着力的改善方法

时间:2020-05-19    作者:无锡不锈钢板    浏览:65

无锡不锈钢板厂家亿博国际娱乐平台2020年5月19日讯 通过对聚氨酯磁漆在不锈钢面上附着力不良进行原因分析,并通过提高涂膜的湿润效果,降低涂膜的表面张力、提高颜料的用量,降低涂膜的内聚力,提高附着力促进剂的量,降低低分子(增塑剂)物质的量,降低涂料的热膨胀系数等多种有效手段,改善聚氨酯涂膜在不锈钢面上的附着力。


前 言

聚氨酯磁漆由短油醇酸树脂制备的基料、助剂、颜料、有机溶剂等组成甲组分,乙组分为含甲苯二异氰酸酯的预聚物为固化剂,使用时按比例调制而成。聚氨酯磁漆硬度高、光泽好、干燥快、附着力好,具有保护功能好、装饰性好、丰满度好、有优良的耐化学药品性、耐酸、碱、盐液等特性。

针对聚氨酯磁漆在不锈钢基材上附着力不佳的问题,本实验对聚氨酯磁漆进行改进,使产品有更大使用范围。


影响涂膜附着力的因素:

涂膜的附着机理有两种:机械附着和化学附着。机械附着力取决于基体的粗糙度和基体的材质,  粗糙度过小附着力差,粗糙度过大涂膜容易开裂,并且容易包裹气体,后期有可能造成涂膜起泡等弊病。基体的材质不同造成表面张力的大小不同,从而造成涂膜附着力的不同。

化学附着力指涂膜和基体之间的分界面涂膜和基材分子的相互吸引力,聚氨酯磁漆是含有2种或2种以上的官能团相互反应成膜。影响涂膜附着力的因素见图1。

                 

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1.1   润湿效率的影响
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润湿效果对附着力的影响

考查附着力时润湿性是必须的标准,只有当底材和涂料达到有效润湿时才起作用。表面的润湿可从热力学角度描述,涂料在液态时的表面张力以及底材和固态涂膜的表面能是影响界面连接强度和附着力形成的重要参数。一般认为,涂膜的附着性取决于成膜物质中聚合物的极性基团,如与基材表面的极性基团之间的相互结合。为了结合得好,就必须要求聚合物具有一定的流动性,让聚合物分子更好地湿润基材表面,使聚合物的极性基团接近被涂表面的极性基团,当两者分子之间的距离变得非常小时(达到0.1 nm以内),极性基团之间由于范德华力或氢键的作用产生附着平衡。降低膜的厚度,缩小内聚力,提高涂膜对物体的黏附强度。但是涂膜太薄容易导致涂料无法成膜或者无法起到保护作用。加入适量颜料,降低内聚力,提高涂膜对物体的黏附强度,所以色漆比清漆附着力好。

1.2   热膨胀系数影响因为膨胀系数的不同,任何物质温度不同,它们收缩和膨胀的程度都不一样,所以当涂料被涂在物体表面时,受热胀冷缩的影响,涂料和基材的收缩或膨胀不同。因此,涂料在热胀冷缩的过程中变化越小,涂膜的附着力越好。例如,环氧树脂的热膨胀系数较小,所以环氧树脂附着力好

1.3   基体的影响基材表面喷砂和砂纸打磨或经化学处理都能增加涂膜的附着力,这是由于表面变得粗糙不平,使有效的附着力面积增大。除掉表面的污物,获得极性表面。因此表面处理得越彻底,附着力越好。但是,被处理过的表面必须即时应用,不宜放置过久,否则影响涂膜的附着力。基材的材质对附着力也有影响。

   结果与分析
2.1   润湿分散剂对附着力的影响涂膜的附着力产生于涂料与被涂基材表面极性基团之间的相互引力,而这种极性基团之间的相互引力的产生是以涂料对被涂基材表面的良好湿润为条件的。由于涂料对被涂基材表面的湿润状况取决于涂料的表面张力,因此加入湿润分散剂BYK-P104S来降低涂料的表面张力,才能提高湿润效率,增强涂膜对基材表面的附着力。分散剂能够降低液/固之间的界面张力,提高颜料在树脂中的分散效率,良好的分散性可以使得涂膜表面更加平整。

2.2   树脂加入量对附着力的影响同类物质分子之间的内聚所引起的力,称为内聚力。涂层内聚力越大,流平性和湿润性差,导致附着力越差。涂料在干燥固化成膜过程中,随着溶剂的挥发、交联反应的程度增大,成膜物质分子之间的内聚力慢慢增加,涂膜产生收缩现象,最终导致涂膜附着力的降低。因此,我们通过DYS-637树脂加入量的不同来改变涂膜内聚力的方法来达到提高附着力的目的,常用的办法有:往涂料中适当增加颜料用量,降低涂膜内聚力,改善涂膜在底材上的附着性(聚合物成膜有一定的收缩),在聚氨酯磁漆配方设计中,降低树脂量,提高颜料质量分数,可提高涂膜的附着力。

2.3   不同附着力促进剂对附着力的影响
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偶联剂的机理
涂料中的树脂和助剂有低分子量的物质(如硬脂酸盐、增塑剂等)存在时,它们会在涂层和被涂物之间产生弱的界面层,影响涂料对基材的润湿性,降低附着力。选择适合聚氨酯树脂的附着力促进剂,以增进涂料对底材的附着能力。

2.4   涂料的热膨胀系数对附着力的影响涂膜与基材热膨胀系数的差异,也影响着涂膜的附着性能,随着温度条件的变化,一切材料均会发生不同程度的体积收缩和膨胀。当涂料涂布于基材表面时,由于热胀冷缩的影响,涂料与被涂表面之间的黏结点将遭到不同程度的破坏。一般而言,涂膜的热膨胀系数要明显大于基材的热膨胀系数,所以在温度变动时,涂膜的膨胀或收缩程度都比板材大,从而引起涂膜的相应变形,产生皱纹、龟纹等,降低了涂膜的附着力。涂料的热膨胀系数越小,涂膜的附着力越好,在配方中添加无机填料,降低涂料的热膨胀系数

2.5  基材表面处理及粗糙度对附着力的影响基材表面处理及表面粗糙度的影响:基体表面经过抛丸、喷砂、打磨等方式处理,以得到符合特定要求的表面粗糙度,增加有效附着面积,提高附着力。基材表面黏附水、灰尘、酸、碱等杂质时,会引起涂膜与基材间弱界面层的出现,妨碍涂料对基材的润湿作用,减少极性点,导致涂膜附着力的下降。不锈钢具有独特的强度、较高的耐磨性、优越的防腐性能及不易生锈等优良特性。在不锈钢表面处理时,处理方法的选择以及对基材的表面粗糙度的改善程度,都会影响涂料层间附着力。基材表面不处理或者处理不干净对涂膜附着力影响较大。

2.6  施工工艺对附着力的影响施工工艺的影响:涂膜在烘干炉中因炉温过高或者停留时间过长,轻则导致涂膜变色,重则导致涂膜变脆,附着力较差。合理的施工工艺和规范的操作顺序对涂膜的性能影响较大,所以,必须合理规范操作。通过上述实验数据分析得到以下结论:

(1)在聚氨酯磁漆配方设计中添加润湿分散剂,可提高涂膜附着力。

(2)在聚氨酯磁漆配方设计中降低树脂量、提高颜料质量分数,可提高涂膜附着力。

(3)在聚氨酯磁漆配方中添加无机填料,人工老化性能无影响,可提高涂膜附着力。

(4)在聚氨酯磁漆中加入蓖麻油增强了配套涂层间的附着力。