水性涂料在塑胶表面附着力及应用
1. 塑胶涂料的附着理论
目前已知的相关理论有:扩散理论,静电理论,吸附和机械咬合连接理论,化学键理论、溶解度参数理论等。其中,扩散理论比较正确。它的核心内容是:涂层附着力的大小与涂料向塑料制品内部扩散的能力有关。渗透的越好,附着力的增强越明显。当然,要想渗透的更好,那么我们首先要做的是让涂料可以在塑料基材表面铺展,而这个问题则可以通过对涂料配方的调节来解决。而这时树脂的选择至为重要。根据溶解度参数理论,当溶解度参数大小相等或相仿时,二者可以互溶,即“相似相容”原理。当涂料树脂与塑料树脂的溶解度参数相近时,它们二者之间会具备良好的附着力。同样的因为这个理论,要求涂料内溶剂和塑料的溶解度参数要稍微大一些,达到一个合适的值,以免对塑料表面造成过度溶蚀。并且为了避免塑料中增塑剂渗析出来,选择树脂的时候,要注意其与增塑剂的溶解度参数相比较。
2. 不同塑胶表面状态对涂层附着力的影响
塑料表面性能主要由聚合物分子结构的化学性质来决定。
非极性塑料(如PE、PP等)表面层分子链段中仅有碳原子,非极性塑料的斥水表面使得其与涂层材料之间的结合只能依靠色散力,因而很难粘在表层。
极性塑料(例如ABS、PS、PC、PVC等)表面分子含有众多的如0、N等的极性官能团，通过这些极性基团之间的相互作用,极大的增加了粘合力。因此，极性塑料更容易被粘结及湿润。
塑料表面的分子的聚集状态对其表面性能同样起了重要的作用。当聚合物分子链段的分子排布使得其非极性基团冲向外面,那么极性塑料制品同样可以具有非极性的斥水表面。而当分子排布非常有顺序,使其形成了结晶体的结构,那么可以大大的提高其抗解聚性,这一类的塑料会比具有无定型结构的塑料更能抗溶剂的溶胀和溶解,从而降低了粘结性。
3. 通过塑料表面改性是提高塑胶漆附着力的关键
3.1 化学改性
化学改性法主要是通过在塑料表面引入极性基团来对提高塑料表面的润湿性。比较简单常用的化学改性方法是利用试剂对塑料表面进行处理。比如通过氧
化性极性的氧化剂 (如高锰酸钾等)与硫酸一起配成混合试剂,在一定条件下,在塑料表面引入-OH、-COOH等氧化基团,增加其表面极性。
利用化学法处理无疑会造成极大的污染且需要更大的能耗,所以,在可供选择的前提下,化学处理法是人们迫不得已才使用的方法。
3.2 物理改性
物理改性法与化学改性法相似,它是在外部通过施加火热光电的方式,去除弱界面层或引入极性基团。主要使用的物理方法改变性能有机械处理、灼烧处理、UV照射处理、电晕处理、溅射处理等等。
3.3 加入添加剂
在成型加工前将具有特定作用的表面改性剂加入到树脂中,这样在成型加工完成后,改性剂就可以迁移到塑料表面,从而达到改善表面性质的作用。
4. 水性涂料在塑料件上的应用现状
目前市场上常用的水性塑胶用树脂主要由水性单组份聚氨酯,水性双组份聚氨酯,水性丙烯酸酯以及水性聚氨酯丙烯酸树脂乳液。这类品种的树脂都可适应于极性塑料(如ABS、PVC、PC等)表面。因为非极性类塑料(如PE、PP等)表面活性能很小,需要在施工前对其表面进行特定的处理,比如电晕处理,火焰处理等。或者将氯化聚烯烃类树脂经过外乳化或其他方法来实现其水性化。
4.1 塑胶用水性聚氨酯涂料
聚氨酯有强极性基团(如异氰酸酯基、羟基)等,能与极性较强塑料分子间形成氢键和范德华力的作用,增强附着力。而非极性的塑料除了前期的表面处理,还可以在聚氨酯上接枝上与非极性树脂各类性质都十分相似的链段。
水性聚氨酯有单组份聚氨酯和双组份聚氨酯两种。水性单组份聚氨酯涂料在施工中比较方便,直接将其涂布在基材上,然后常温下待其成膜干燥即可。水性双组份聚氨酯涂料其施工过程中,需要实现将异氰酸酯类固化剂与水性羟基树脂混合,再进行涂装,在成膜过程中发生化学反应而交联固化。
4.2 塑胶用水性丙烯酸涂料
水性丙烯酸涂料以丙烯酸树脂作为成膜物质,然后辅以各种助剂等制成涂料。而丙烯酸树脂的性质决定了涂料漆膜的主要性质,它是由各类丙烯酸类单体及各种改性用的功能单体经共聚得到的丙烯酸类树脂,有时也会按需要添加入具有活
性可交联官能团的树脂。水性丙烯酸涂料的优点是光泽度高,附着力好,耐化学品、耐候性好等。并且可以通过改变共聚单体组成、改变交联剂种类、调节聚合物分子量等方法来对涂料的性能进行改变。但是水性丙烯酸涂料容易失光、耐水性不好、热黏冷脆这些缺陷也成为了涂料研发过程中的难点所在。目前水性丙烯酸酯的研制更多的是把目光投向了水性丙烯酸酯复合乳液这一方向,以期通过协调各组分间的优势来提高水性漆膜的综合性能。现在使用的多得是通过加入其它树脂或无机单体来对其改性。比如,水性聚氨酯丙烯酸树脂、环氧改性水性丙烯酸树脂、含硅或含氟改性丙烯酸树脂等。
4.3 塑胶用水性聚氨酯丙烯酸聚氨酯涂料
水性聚氨酯-丙烯酸树脂涂料在兼具聚氨酯和丙烯酸酯二者优点的同时,还可以改良二者的缺点。目前聚氨酯-丙烯酸树脂乳液的改成改性方法主要由两种,一种是直接将聚氨酯和丙烯酸树脂的水分散体通过物理共混的方法直接将其配成混合乳液。非晶区主要集中在聚氨酯的较软的分子链段中,其内部亦有丙烯酸树脂链段。而它的晶区则分散在材料中,所以可以改善材料的硬度、耐碱性等。这种方法操作简单,人工成本低。然而由于聚氨酯和聚丙烯酸酯之间的溶解度参数有一定的差距,因此两相之间不能良好互溶,而使改性的效果大打折扣。
还有一种采用乳液共聚合的方法使其混合。其中有三类改性方法可供其挑选。一种是在通过特殊的方法将双键引入到聚氨酯的预聚体中,再通过它和丙烯酸类单体共聚,使PU和PA得以交联混合。另一种是直接先合成不饱和PU预聚体,接着再共聚上丙烯酸乳液。最后一种则先从聚丙烯酸酯乳液的合成开始,它是先合成水性羟基丙烯酸树脂预聚体,接着再让它与水分散的PU预聚体反应。这几种方式大同小异,均具有良好的可操作性。这种乳液共聚的方法一般采用种子乳液聚合技术制备,产物一般都是核壳型结构的乳液。
水性涂层在塑胶表面附着力
