利用等離子體對材料表面進行預處理，提高涂料涂層附著力

文章出處：等離子清洗機廠家 | 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、保護和標志作用，如用涂料涂飾各種藝術品、裝飾室內與城市環(huán)境;涂覆于各種金屬和非金屬表面以保護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識牌和交通道路分離線標志等。出于實際特殊功能的需要，具有某些特殊設施和設備要求的功能涂料應運而生，如導熱涂料、導電涂料、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合力。一般用附著力的大小來衡量這種結合力的好壞。涂層的附著力是指涂層與基材間通過物理、化學、機械作用等方式相互粘結在一起的能力，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，涂層實用性和耐久性越強，相應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，不同材質的界面附著力是評價涂料性能的一個極其重要的指標。

有機涂層的附著機理

機械咬合
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。當涂料固化成膜后，涂層和基材就通過這種機械咬合的方式粘結在一起。涂層在這種比較粗糙的基材上的附著力相對較好。機械咬合原理見圖1。

圖 1 涂層機械咬合附著機理示意

但基材的粗糙度并不是越大越好，根據(jù)理論計算及實際經(jīng)驗，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，當水汽透過涂層到達這些空隙時，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。

化學吸附
涂層通過主價鍵力(化學鍵)和強次價鍵氫鍵附著于基材也能產生較高附著力?；瘜W鍵包括離子鍵、金屬鍵和共價鍵。化學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。當涂層與基材接觸表面都含有極性較強的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。

當涂層中的高分子主鏈或側鏈中含有較強極性的可參與化學反應的基團時，涂層易于與基材上對應的可參加反應的基團形成共價鍵。例如，含有活性官能團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(如－OH)就可能和基材中含有的－OH、－COOH、－NH2、ＲCHNH2COOH等官能團反應形成共價鍵。

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的活性基團。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,對處理材料表面進行改性、清洗、接枝和功能化等性能達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)化運行等特點。

等離子體處理對材料表面性質的影響

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生變化，能夠增加材料表面的粗糙度，適當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械附著點，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)、化學吸附作用力。

表面親水性
當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，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，提高材料表面能，改善材料表面潤濕性能。極性基團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。