利用等離子體對材料表面進(jìn)行預(yù)處理，提高涂料涂層附著力

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-11-17

涂料在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了極其重要的地位。涂料主要在基材表面起到裝飾、保護(hù)和標(biāo)志作用，如用涂料涂飾各種藝術(shù)品、裝飾室內(nèi)與城市環(huán)境;涂覆于各種金屬和非金屬表面以保護(hù)材料免受或者減輕材料的腐蝕與磨損;在交通行業(yè)，用不同顏色的涂料涂刷各種材料的標(biāo)識牌和交通道路分離線標(biāo)志等。出于實(shí)際特殊功能的需要，具有某些特殊設(shè)施和設(shè)備要求的功能涂料應(yīng)運(yùn)而生，如導(dǎo)熱涂料、導(dǎo)電涂料、防污涂料、耐高溫涂料、隔熱涂料，紅外隱身涂料等。

但是，涂料要充分發(fā)揮以上作用的前提是涂層與依附的基材之間有良好的界面結(jié)合力。一般用附著力的大小來衡量這種結(jié)合力的好壞。涂層的附著力是指涂層與基材間通過物理、化學(xué)、機(jī)械作用等方式相互粘結(jié)在一起的能力，直觀地說，就是涂層從基材上被去除掉需要的力。涂層越難從基材上去掉，說明涂層在此種基材上的附著力越好，涂層實(shí)用性和耐久性越強(qiáng)，相應(yīng)的作用就能更好地發(fā)揮。如果涂層很容易就從基材上脫落，就起不到作用，反而還會加速材料的老化、腐蝕與磨損。所以，不同材質(zhì)的界面附著力是評價涂料性能的一個極其重要的指標(biāo)。

有機(jī)涂層的附著機(jī)理

機(jī)械咬合
任何基材的表面都不可能是絕對光滑的(鏡面的粗糙度也大于25nm)，都會存在一定的凹坑或凸面，具有一定的表面粗糙度。很多表面如皮革、木材、紙張、水泥和涂刷有顏料體積濃度(PVC)大于臨界顏料體積濃度(CPVC)的涂層表面都是多孔的，并且具有很大的粗糙度。涂料涂覆于此類基材上時，涂料可以滲透到這些凹坑或者空隙中。當(dāng)涂料固化成膜后，涂層和基材就通過這種機(jī)械咬合的方式粘結(jié)在一起。涂層在這種比較粗糙的基材上的附著力相對較好。機(jī)械咬合原理見圖1。

圖 1 涂層機(jī)械咬合附著機(jī)理示意

但基材的粗糙度并不是越大越好，根據(jù)理論計(jì)算及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，最大粗糙度控制在干膜總厚度的1/3以下較為合適，否則將降低涂層的使用性能和整體涂層厚度的均勻性。基材粗糙度過大，表面微孔或峰谷過大過多時，涂層不易滲透這些微孔，留下帶有空氣的空隙，當(dāng)水汽透過涂層到達(dá)這些空隙時，會加速材料的腐蝕并且損害涂層的長期附著性。另外，涂層與基材的實(shí)際接觸面積小于表觀接觸面積，涂層的附著力也會大大降低。粗糙度會顯著影響涂層附著力，當(dāng)粗糙度發(fā)生幾微米的變化時，附著力可發(fā)生幾兆帕的變化。

化學(xué)吸附
涂層通過主價鍵力(化學(xué)鍵)和強(qiáng)次價鍵氫鍵附著于基材也能產(chǎn)生較高附著力?；瘜W(xué)鍵包括離子鍵、金屬鍵和共價鍵?；瘜W(xué)鍵和氫鍵鍵能大大高于范德華力，一旦形成，對附著力的提高具有很大幫助。當(dāng)涂層與基材接觸表面都含有極性較強(qiáng)的N、O、H、P等原子時，涂層與基材之間就有可能形成氫鍵而提高附著力。如高分子鏈上含有－OH、－COOH、－NH2時，就可能和基材表面的－O－或者含氧基團(tuán)形成氫鍵，并且有時金屬會和N、O、H、P等原子形成配位鍵，這同樣可以提高附著力。

當(dāng)涂層中的高分子主鏈或側(cè)鏈中含有較強(qiáng)極性的可參與化學(xué)反應(yīng)的基團(tuán)時，涂層易于與基材上對應(yīng)的可參加反應(yīng)的基團(tuán)形成共價鍵。例如，含有活性官能團(tuán)的高分子涂層被涂刷到木材、紙張、皮革、紡織品以及某些極性聚合物表面時，涂層中的官能團(tuán)(如－OH)就可能和基材中含有的－OH、－COOH、－NH2、ＲCHNH2COOH等官能團(tuán)反應(yīng)形成共價鍵。

對于塑料等高分子材料，大多數(shù)基材都是低表面能的，表面張力低，表面很少有可參與反應(yīng)的活性基團(tuán)。通過對這類材料的表面活化來提高附著力顯得尤為重要。

等離子體表面處理

等離子體表面處理是一種基于等離子體中產(chǎn)生的電子、離子、活性粒子和紫外光等和處理材料的表面相互作用,對處理材料表面進(jìn)行改性、清洗、接枝和功能化等性能達(dá)到提高材料表面活性的方法。等離子體表面處理具有效率高、速度快、功能多、可大面積工業(yè)化運(yùn)行等特點(diǎn)。

等離子體處理對材料表面性質(zhì)的影響

基材表面粗糙度
等離子體的刻蝕作用會使材料表面形貌產(chǎn)生變化，能夠增加材料表面的粗糙度，適當(dāng)增加基材表面粗糙度，能增加涂層與基材的接觸面積，一方面增加了涂層與基材的機(jī)械附著點(diǎn)，在一定程度上也增加了涂層與基材間的物理吸附(范德華力)、化學(xué)吸附作用力。

表面親水性
當(dāng)使用等離子體處理某些聚合物材料（如聚乙烯、聚丙烯）時，高能的等離子體會使聚合物分子發(fā)生斷裂、氧化或交聯(lián)等反應(yīng)，在空氣環(huán)境下可在聚合物鏈分子中引入羥基、羧基、羰基等極性基團(tuán)，提高材料表面能，改善材料表面潤濕性能。極性基團(tuán)的引入可以顯著提高涂層與底材附著力，原因之一是涂層與底材之間形成了化學(xué)鍵。

等離子體表面處理就是讓等離子體與材料表面接觸，在等離子體作用下改變材料表面性能。等離子體表面處理屬于干式工藝，可以節(jié)省能源、無公害。同時等離子體可以處理各種形狀的材料，其處理時間短、效率高。利用等離子處理材料表面，可以提升表面的粗糙度和親水性，間接對提高涂層與基材的附著力有很大幫助。