塑料用涂料

benjane2011

塑料用涂料
    塑料制品用涂料涂装后，可以改进或改变表面的性质和性能，增进美观。除一些特殊的性质或性能要求外，现有的一般涂料品种应该都可以适用，只是在涂装中常会出现一些涂膜缺陷，主要的有：(1)附着不良，(2)细裂，(3)发粘。只要防止了这些缺陷，就是塑料用涂料了。
一、附着
    涂膜与底材的附着一般是藉二者之间的化学键合和范德华尔力。前者是个别情况，后者是普遍存在的。范德华尔力与二者距离的6次方成反比，所以要它在附着上有效地起作用，则漆膜和底材间的距离必须尽可能地缩小(即使是化学键合也必须如此)。这就涂料来说，要能充份润湿底材。所谓充份润湿，就是能在底材上自发展布。
    液体在固体表面上的展布功(Ws)，即展布前后表面能之差(△E)为：
Ws＝△E＝i(rS-rI)-rL                        (1)
式中    r＝固体的表面能(固体的表面张力)
rI＝液/固的界面能(液/固的界面张力)
rL＝液体的表面能(液体的表面张力)
i＝固体表面的粗糙度，即实际面积与其投影面积之比。
当Ws＞0时，即i(rS-rI)-rL＞0时，液体才可在固体表面上自发展布。r可按ASTMD1331-56(80)测得，r和rI虽无法测得，然(rS-rI)之差是可以求得的。
    当液滴在粗糙度为i的固体表面上处于平衡态时，即既不展布亦不回缩，如图-所示。
则：    rS＝rI+rLcosθi
或：    rS-rL＝rcosθi                  (2)
式中    θi＝在粗糙度为i固体表面上
                    的接触角
    式  (2)中的接触角θi为零时，即
cosθi＝1时，(rS-rL)之值称为润湿张力
(Wetfing tension)。根据Lindberg(4)
对一些塑料测定结果，认为都可用ASTM
D2578-84对聚乙烯和聚丙烯测定润湿张
力的测定方法。这个测试方法是用一系列
的甲酰胺和乙二醇乙醚的混合物组成一系列不同表面张力的液体(标准测试方法中有附表)。将这液体在塑料的样品上轻轻地展布成约6.5平方厘米大小，测定这液体连续膜破裂的时间，最接近2秒钟的液体，其表面张力就是此塑料的润湿张力，即(rS-rI)值。它不是一个基本的表面性质，而是液体与固体在特定环境下相互作用有关，它可表示油墨、涂料和粘合剂在塑料表面上的保留能力，其值大致为35×10-3N/m，如表一所示。
    润湿张力的            表一某些塑料的润湿张力(4)
试验方法简便，            塑  料                   润湿张力(N/m×103)
适宜于生产控          聚苯乙烯                        34
制，因塑料制品        聚丙烯                          31
的表面性质受原        聚乙烯                          37
料的品种，模塑        丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸酯共聚物    37
工艺和表面处理        聚氯乙烯                        48
的影响甚大，在        聚氨酯                          48   
生产中不加控
制，可能会在涂装中引起缺陷。
    当液滴在平滑的(i＝1.0)固体表面上处于平衡时(图一)则式(2)可写成：
                    rS-rI＝rLcosθ                        (3)
式中    θ＝在平滑(i＝1.0)固体表面上的接触角
    式(3)中的接触角可用测角仪(gonimeter)测定，例如Gardner接触角测定仪，(contact
angle viwer)，则(rS-rI)的值可以此液体的表面张力和其接触角求得。当接触角θ为零时，
这个液体的表面张力称之为固体的临界表面张力，即当液体的表面张力等于固体的临界表面
张力时，液体在固体表面上可形成一双重膜(duplex film)(双重膜不是单分子膜，而是有足
够的厚度，它的二个界面仍保持着各自的物性)，处于既不展布又不回缩的平衡态下，是不
能自发展布的，必须要小于固体的临界表面张力才能自发展布，因此，要依涂料在塑料表面
上自发展布，二者的表面张力都是十分关键的。即要降低涂料的表面张力和/或提高塑料的
表面张力。
    降低涂料的表面张力，主要是选择溶剂和/或增加溶剂含量(溶剂的表面张力一般低于成
膜物)。提高塑料的表面张力主要是表面处理。表面处理包括表面净化和改性，使表面能提高，粗化亦是有效的方法，从式(1)中可见到，粗糙度i可使(rS-rI)增值，因i根据定义总是大小1.0的。
    总之，通过塑料的临界表面张力，润湿张力的测定，可指导塑料用涂料的配制，塑料表
面的处理工艺，以及生产上的控制，以防止附着不良。然而附着力在塑料的制品上是一个很
复杂的性质，很难以一个或二个表面能的参数来估评，例如化学键合，聚合物分子链段缠结
和涂料中溶剂对塑料的侵蚀等等亦必须计及。
    二、细裂
    塑料制品在模塑后总有残留应力。当受涂料中溶剂侵蚀，应力释放，在应力集中点引起
了开裂。所以要防止塑料制品在涂装后的开裂，除予先消除残留应力外，就涂料方面而言，
所采用的溶剂要求对塑料具有确当的溶解能力，它在溶解塑料表面时形成一互混层，如果涂
料的成膜物与塑料有相同的链段时还可相互缠结。这样既有利于附着，又可不引起开裂。溶
解度参数可用来衡量溶解能力。
    溶解度参数目前尚未完善，有几个体系，为实用可采取Crowleg体系，因为ASTMD3132-72(76)是以此体系为基础的，这样有个标准测定方法可循。此方法用附表上所列的一定量的溶剂或混合溶剂来溶解一定量的塑料，透明的作为完全溶解，混蚀的作为处于溶解边缘，分离或分层的作为不溶解，各按溶剂或混合溶剂的溶解度参数和氢键合数，(标准方
法中有附表)在溶解度参数/氢键合数的座标中定点。将处于溶解边缘的点连成曲线作为边界，作出溶解区图如图二
    在Crowley体系中，溶剂或混合溶剂
对树脂和聚合物的溶解力决定于溶剂的溶
解度参数、氢键合数和偶极距。其中溶解
度参数是最重要的性质，氢键合数次之。
一般对真溶剂，用这二者来定溶解区已足
够。在某些情况下，边界不清，这是由于
偶极距有较大的影响，则可在几个不同氢
键合数的水平下，以溶解度参数对偶极距
作图。
    混合溶剂的溶解度参数，氢键合数和
偶极距均可由各组份的溶解度参数，氢键
合数和偶极距，各自作加权平均什莫之。
    在溶解区图中，处于溶解区中心的溶剂或混合溶剂对被测定的塑料有最强的溶解力，越近边界越弱，边界外的无溶解力。所以可选用区内接近边界处的溶剂或混合溶剂以获得确当的对塑料的溶解力，防止细裂发生。可是，所选择的溶剂或混合溶剂必须对涂料的成膜物亦有较良好的溶解力，合适的挥发速度。这二者往往有矛盾，尤其是高性能涂料，如聚氨酯涂料。在这情况下，常使用底漆解决。
    塑料用的底漆大多是用与塑料同体系的树脂制成，当溶剂“咬”塑料时，塑料和涂料成
膜聚合物结构中相同的链段能相互缠结，从而就具有很大的附着力。如果采用静电涂装，那
么可将底漆制成导电，一物二用。
    解决细裂还可采用水性涂料。水对塑料没有溶解能力，即使加有有机共溶剂，总的溶解能力亦不会大到使塑料表面引起细裂。只是水的表面张力很大(72×10-3N/m)，比塑料的临界表面张力大得多。可是某些有机共溶剂的水溶液的表面张力可以达到一般有机溶剂的水平(表二)。水性涂料还可用表面活性剂来降低表面张力。
表二        一些醇醚溶剂及其水溶液的表面张力③
              表面张力(N/m×103)        20％水溶液的表面张力
                                            (N/m×103)
乙二醇乙醚        29.4                         47.1
乙二醇丁醚        28.6                         28.9
一缩乙二醇乙醚    35.2                         49.6
一缩乙二醇丁醚    31.0                         33.2
乙二醇己醚        30.3                         28.5a
丙二醇甲醚        28.3                         46.8
丙二醇二甲醚      29.9                         43.3
丙二醇丙醚        27.0                         30.4
丙二醇丁醚        27.4                         32.4b
                 a＝1％溶液        b＝5％溶液
    三、发粘
    在含增塑剂的塑料表面上的漆膜，常有发粘现象，这是由于增塑剂从塑料中迂移进入漆膜中所致，可采用不能为增塑剂溶解的涂料就可防止，所以常用交联型涂料，如聚氨酯涂料。

benjane2011

资料有些深奥！