油漆涂料——机理

油漆涂料是通过三种主要机理来提供防腐保护的：

阻挡原理

涂料漆膜作为阻挡层避免了[液体]水和氧气进入下部的钢制基材。必须指出的是，如果将被喷涂的物体浸泡在水中的话，涂料漆膜就将无法完全隔离水分子。

所有的有机涂料漆膜都是按照这种机理工作的。除了粘合剂的不渗透性以外， 常常会添加特殊的颜料，如分层亮色铝、云母氧化铁等，用以提高薄膜的不渗透性。

抑制剂原理

涂料中含有抗蚀颜料，如磷酸锌等。过去常常使用铬酸盐，但现在此类颜料由于其致癌性，而从配方中省掉了。

所使用的抑制剂容易和铁离子发生反应，而相对于铁离子与氢氧根离子来说，铁离子则更容易与抑制剂发生反应。

电流原理

油漆涂料中含有高浓度的活性防腐颜料。金属锌是此类材料中最常用的颜料。

附着力

决定油漆涂料漆膜性能的主要因素是附着力。任何防护性油漆涂层的最基本要求就是它必须附着在基材表面上。但在我们考虑涂层在表面上的附着机理之前，我们必须确保基材层足够坚固，可以作为涂层的基础，而且我们必须使油漆涂层足够贴近基材层，好让粘结力将两者吸引在一起。下面我们将对这些要求背后的原理进行探讨。

在不考虑粘结剂性质的情况下，金属（如氧化物和氢氧化物）和涂料粘合剂（如酸基、羟基等）两部分之间的必要距离是非常小的（<5&#197;，或者不超过一个氧原子直径的3倍）。

而且，随着吸引距离的增大，将两种材料结合在一起的粘合力将迅速减小（按原子间距的六次方减小）。按照这一比例，基材表面上的一粒灰尘就会像一块大石头，而单分子油层就会像一片光滑平坦的冰。

因此，良好附着力的第一项要求就是有个可靠的基础或者基材表面。要做到这一点，可以彻底清除基材表面上所有的不可靠物质，污染物质或者占据了涂料可能的喷涂区域的物质。

第二项要求，就是让涂料充分接近基材层以实现其粘结，要做到这一点，就必须确保基底层被涂料充分湿化。

表面处理的目的：

有效的表面处理要达成4项主要任务。

首先，确保基底表面均匀，并尽可能近似于设计涂层系统的工程师原先所构想的模型。

其次，确保在钢材上有足够多的潜在反应点可供涂料发生反应，不论反应是通过化学（主要化合价）还是物化（二级化合价）进行粘结。因此，表面处理必须确保去除基底表面上的所有干扰物质，不论是铁锈、锈垢、油脂，还是其他有机或无机物质。

第三，良好的处理技术还能确保涂料系统对钢材的保护机能不会由于膜下水溶性有机物和无机物的存在而受到阻碍或抑制。

第四，良好的表面处理将通过增加金属表面在与涂料的后续反应中可供使用的反应点数量，来确保其附着力。这是通过增加基底表面面积来实现的。达到第四项要求所采用的技术一般是提供一个机械或化学牺牲表面（喷砂或酸洗）。

湿化

如果稍后涂层无法足够靠近基材表面，使涂料自身的反应基团接近基材表面上的补充基团，并与其发生反应，那么所有的表面处理都将毫无效果。众所周知，不幸的是每次反应所要求的接近距离都非常小。尽管如此，对于清洁的钢材上的大部分涂层系统来说，这一距离还是不难达到的。

清洁的金属（或金属氧化物）表面具有很高的表面能（每厘米几百达因），而且很容易由于表面自由能（表面张力）较低的聚合物溶液而发生湿化。如果基材表面的表面能低于涂层表面能，就会出现难题，这时涂料将完全无法湿化。例如，特氟纶的表面自由能约为每厘米17达因，它就不容易被表面自由能在每厘米25达因左右的涂料所湿化了。

当钢材在表面处理后被低能材料（如油/脂等）所污染时，就会出现湿化问题。这些表面自由能低于每厘米20达因的油脂薄膜对高能金属表面具有很强的亲和力，可以在表面迅速传播。从而使金属表面的高表面自由能降低到近似于油膜本身的表面自由度。因此表面能在每厘米30达因左右的涂料能够轻松湿化表面能约为每厘米400达因的清洁金属，但该涂料无法湿化表面能降低到每厘米20达因的受污染基底表面。

因此，必须在涂料喷涂前，去除基材表面的低能污染。还必须在喷砂处理生产线上使用适当的分离器和滤器，并在离心喷砂操作中不断清洁循环利用的研磨剂。

附着特性

到目前为止，我们所讨论的几乎无一例外都是如何让涂料喷涂到可靠的基材表面上。却丝毫没有谈及涂料能够留在基材上的原因。现在我们将考虑的是附着本身的特性。让我们的船只得以停泊的绳索具有什么性质？

过去相当流行的做法是将附着力或者归于化学作用，或者归于机械作用。在第一种情况下，人们认为涂料是通过真正的化学反应和表面结合在一起的。而第二种情况下，人们认为附着是机械联锁作用造成的，这是由于涂料流入表面粗燥的钢材中的孔穴，从而钩住并锁定了不规则的表面。

然而，除了非常多孔的基底面之外，现代观点并不认同机械方法论，认为附着过程是涂层之间粘结力同种类型的力学现象的结果。因此，我们可以更加精确地将附着过程归于这两种类型中的一种，或者是纯粹的化学（初级化合价）键，或者是物化（二级化学价）吸引。如果这是纯粹的化学过程，那么涂料聚合物的分子和基材层的分子之间就会发生不可逆化学反应。如果这是一个物化过程，那么涂料聚合物和基材层的分子就会受到象将两块互相接触的玻璃板吸引在一起的同类作用力而相互吸引。

可以预见，真正的化学或者初级化学价键所能提供的粘结力要比二级化学价的吸引作用大得多。初级化学价键的典型例子是用酸基蚀刻底漆预处理在金属表面上的附着，可能还有无机富锌底漆在钢制表面上的附着。在这种情况下，这种附着显得非常紧密，以至于可以认为界面几乎已经完全消失了。附着从本质上来说可以是离子的，就像蚀刻底漆，也可能是共价的，比如已施工涂料中的氨基甲酸乙酯键形成异氰酸盐，并在木质基材或者底漆膜的羟基化聚合物上与羟基发生反应。

虽然初级化学价键是首选，但大部分涂料的附着都必须依靠物化二级化学价的吸引。这种吸引是不可逆的，典型的例子就是氢键和其他较弱的二次作用力，如范德华力（Van der Waal forces）等。因为并不存在发生粘着的实际化学键，它们都是比初级化学价弱得多的作用力，非常容易断裂。因此通过二级化学价作用力进行粘结的涂料，不如通过初级化合价实现的粘结那样能够耐受后来的分层现象。经测定，蚀刻底漆和钢材之间初级化学价键的粘结大约是醋酸乙烯清漆和钢材之间二级化学价键的6倍。

初级化学价键常常会利用涂层上的酸性基团；二次化学价键则利用其他的极性基团，如羟基、乙醚、氨基化合物等。举例来说，环氧漆的附着是与环氧分子（在每个标准低分子量双酚A类环氧上有一个极性羟基和两个乙醚键）和固化剂上的极性基团的数量充足与否是直接相关的。（除了羰基和碳氮键外，氨基化合物还有一个优点就是它们的烃链很长，可以大幅度提高涂料对基材的湿化能力。）其他像醇酸树脂这样的聚合物对分子中的许多羟基基团拥有出色的粘结性能。用少量马来酸来对氯化乙烯/醋酸乙烯聚合物进行改性是专门设计用侵入基材的羧酸来实现在金属上的附着的。