磷酸盐、硅酸盐与硅溶胶3种无机粘结剂的粘结与附着机理
浏览：642次 发表于：2024-04-03 17:10:50
无机粘结剂具有经济、环保、实用性强等优势，逐渐发展成为防腐涂料的研究热点。由山东理工大学机械工程学院激光高端制造研究中心和淄博正华助剂股份有限公司共同对磷酸盐、硅酸盐与硅溶胶3种常用无机粘结剂防腐涂料的制备和性能进行了综述，现主要对3种无机粘结剂的交联固化与附着机理进行摘要，整理如下：
磷酸盐粘结剂的良好分散性有助于离子快速迁移，进而通过高温诱导或者固化剂催化，促进多羟基的脱水缩合、大分子聚合反应形成交联网状结构，其具体的固化交联机理如下：
（1）磷酸盐溶液中的三价磷酸根离子与碱性氧化物聚合，生成二价磷酸根离子，这时会衍生出一个“端点”，这个“端点”可与周边其他的二价磷酸根离子的“端点”相连；
（2）当反应继续时，二价磷酸根离子会变成拥有２个“端点”的一价磷酸根离子；
（3）最后反应到不带电的状态，形成“分枝”，它会高度连接并延伸，最终形成空间三维网络，这种网络的形成在宏观上就表现出屏蔽隔离的效果。
另一方面，为了提高涂层的耐久性，无机粘结剂基防腐涂层还必须具有附着力。磷酸盐粘结剂的粘结附着机理为：当涂层在加热固化时，金属晶体振动导致金属基底与无机粘结剂涂层的原子产生扩散，形成金属与非金属原子之间的扩散固溶体界面，该固溶体界面能够增强基材与涂层的粘接强度。磷酸盐与金属基体之间的相互作用除微观尺度和分子尺度上的作用外还具有宏观多尺度的耦合作用。在金属基底上存在着微小凹陷和微细裂纹，在涂布工艺中，涂料进入凹槽或微孔，其作用就像是将钉子钉在基底上，从而扩大了接触面，加强了锁紧作用，提高了粘结强度。同时，由于涂层嵌入基质中的微观结构能够借助载荷进行转移从而将所受的应力传递到基体上，增强了磷酸盐涂料与金属基体的粘结能力。
硅酸盐粘结剂能够附着在金属基体上是由于粘结剂和被粘结基体之间的分子间作用力所致。当粘结剂与基质分子的间距小于5nm时，它们就会互相吸引，这种吸引力与粘结剂和被粘结基体的组成无关，因而粘结剂能粘接多种不同的金属材料。在吸附原理中被粘基体的润湿性能是决定粘合强度的重要因素，湿润度越高，则会使粘结剂与被粘基体发生更紧密的接触，从而增强其吸附能力，使粘结剂与基质间的分子作用力增大，增强粘合强度。硅酸盐的具体交联固化和附着机理如下：
（1）在硅酸盐粘结剂的固化期间，由于水分的减少，SiO2胶体会不断地从溶液中析出，新析出的SiO2非常活跃，它会在被粘结金属基体的表面和粘结剂内部快速地蔓延；
（2）SiO2在蔓延时会互相发生碰撞，并发生化学键的作用，从而停止扩散，与其他“捕获”的SiO2粒子一同向外生长，形成硅氧四面体；
（3）当SiO2沿被黏附的基体表面扩散至基材表面的活化点上，可作为种子将其他SiO2颗粒“捕获”，最终将移动的SiO2粒子全部“捕获”，使其凝固。因此，粘结剂主体与硅、氧结合在一起，形成了一种粘合接头。
（1）溶液中正硅酸通过缩聚反应生成正硅酸多聚体，处于双电层的Si(OH)3O-与晶体表面Si-OH反应生成硅氧链；
（2）溶液中多聚体与硅氧链上的Si-OH交联，使硅氧链进一步向溶液中延伸；
（3）硅氧链间碰撞缠绕，硅氧链上Si-OH相互交联，进而连接2个二氧化硅表面：
硅溶胶的附着机理则是因其聚合产生的网络结构导致体系里有大量的间隙，可以吸附其他物质，并且自身能够渗透至材料底部，在基材表面增加它的黏附力，从而可以牢固地吸附在物体表面。
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