有用在塑料上面耐高温的涂料吗

塑料由于质轻、易加工、耐腐蚀、资源丰富等特点，已广泛替代了传统的材料，如金属、木材、皮革等，普遍出现在我们日常生活中。但塑料制品成型加工时会产生颜色不均、色泽单调、花斑疵点等缺陷，且易产生老化变脆、划痕、沾污、静电等问题。涂装涂料可以避免上述缺陷和问题，研发塑料涂料已受到涂料工作者的广泛关注。但由于塑料是低表面能物质，其表面涂装要比钢铁、木器、建筑等表面涂装困难得多，附着力成为制约塑料涂料发展的一个重大障碍。需要根据不同的塑料底材选择不同配方的涂料，这样才能产生更好的附着力。随着人民生活水平的提高和环保意识的加强，塑料涂料也像其它涂料一样，正向着功能化和环保化方向发展。
1塑料表面粘附理论
塑料表面自由能低、极性小。其表面自由能低于10-5J/cm2，所以表面难以附着。就涂料在塑料底材上的附着曾提出多种理论：扩散理论、溶解度参数理论、静电理论、化学键合理论、吸附和机械咬合理论等。其中扩散理论已经得到广泛的认可，该理论认为涂层附着力的大小与涂料扩散到塑料底材内部能力的大小密切相关。其实各种理论并不矛盾，涂料一旦渗透到塑料底材中，渗透物与塑料底材间存在的静电和机械咬合现象会明显增强二者之间的附着力。要想涂料渗透到塑料底材当中，首先要使它能很好地润湿底材，可以通过调配涂料中各组分的比例，使之在底材上铺展开来。此时涂层和塑料底材之间通过化学作用力而结合到一起。如果成膜树脂与塑料基材的溶解度参数选择适当，就能使漆膜与塑料表面形成一个互混层，这时涂料与塑料之间的静电和机械咬合力就会起作用。互混层虽有助于附着，但是要靠涂料中的溶剂对塑料的轻微溶解来实现，如果把握不当使涂料过分溶蚀塑料底材表面，将会使塑料底材表面凹凸不平，漆膜起皱，流平性不好，影响外观。因此所用溶剂的溶解度参数要尽量与塑料的溶解度相差远一些。由于塑料和涂料均是较为复杂的体系，存在着物理、化学等方面的不均一性，因此存在着内应力，如收缩应力、热应力和变形应力等，这些应力均会对涂料的附着力造成不利影响，因而需要添加合适的助剂及选择适当的涂料体系来加以消除。不同的塑料底材也要根据结构相似、极性相近原理选择合适的涂料体系。

2不同塑料底材用涂料的研究进展
目前塑料的种类主要有聚烯烃、PS、ABS、PC、PMMA、聚酰胺和聚醚塑料等。其中，聚烯烃、ABS和PS塑料的应用最为广泛。由于不同塑料底材的结构、极性有很大差别，因此不同的塑料底材要选用不同的涂料体系，见表1。
表1不同的塑料底材根据其结构、极性的不同选用不同的涂料体系

表1

2.1聚烯烃塑料涂料
聚烯烃类塑料主要有聚丙烯塑料（PP）、聚乙烯塑料（PE）。聚烯烃类塑料基材的结晶度高，耐溶剂性强，表面极性和表面能低，除应选择适当的涂料体系外，还需进行适当的表面处理。与该塑料基材有相似的分子结构和溶解度参数的氯化聚烯烃类涂料、氟碳树脂涂料等可提供良好的附着力，是该类塑料用涂料的首选，也可使用环氧、聚氨酯、双组分丙烯酸类涂料。聚烯烃类塑料用涂料包括两类：一类是含氯化聚烯烃类（CPO）的涂料，CPO在聚烯烃中引入了极性基团“氯”，能够与一些涂料用树脂互混，能够润湿塑料表面，提高附着力。。另一类是不含CPO的涂料，要想提高涂层与底材之间的附着力，需引入一些特殊的官能团结构。
2.2ABS塑料涂料
ABS是由丙烯腈（Acrylonitrile）、丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styvene）3种单体共聚而成的聚合物。改变3种组分的比例和采用不同的组合方式，以及聚合物相对分子质量不同，可以制造出性能范围广泛的不同规格、型号的ABS树脂，目前单体含量的范围为：A占20%~30%；B占6%~30%；S占45%~70%。可以看出：ABS与PS具有同宗性。但由于它刚性强、硬度大、韧性好、表面性好、成型性好等优点，其应用范围远远超过PS。但相对来讲它的成本要比PS高，这制约了它的发展。由于ABS含苯乙烯单体，适合PS类塑料涂装的涂料也适合ABS的涂装。又由于ABS含有极性单体丙烯腈，具有较高的表面张力，较其它的塑料制品更容易涂装。其可选择的涂料范围比较宽，可选择挥发性涂料，如丙烯酸酯涂料、环氧醇酸硝基涂料、氨酯油涂料，也可选双组分转化型涂料，如丙烯酸聚氨酯涂料。根据需要可以把这些涂料制成有光、半光、各色金属质感以及橡胶软质感的涂料。研制出热塑性丙烯酸酯树脂用做ABS塑料用涂料的基料，配成相应的清漆与白漆，各项物理性能良好。采用低羟基丙烯酸树脂和混醚化三聚氰胺甲醛树脂在酸催化下，低温交联固化形成附着力较强的单组分快干高光泽塑料涂料。以丙烯酸树脂作为基料，同硝酸纤维素配合制得室温干燥的金属闪光漆，同丙烯酸氨基闪光漆相比，不需高温烘烤成膜，施工非常方便。则用热塑性丙烯酸树脂、醋酸-丁酸纤维素（CAB），不同助剂等原料配制出ABS塑料用表面涂料，也具有金属质感。日本最近也研制出一种塑料涂装用仿金属水性涂料，该涂料由聚合物水分散体树脂、金属颜料、着色颜料、成膜助剂、水性涂料用助剂和水组成。可用于各种塑料表面的涂装，特别适用于ABS、PS。
2.3PS塑料涂料
由于成型性能好、外观漂亮、综合力学性能优良等特点，PS与由它改性而来的ABS二者主宰了电器塑料外壳市场。出于成本考虑，PS比ABS更容易被厂家接受。但单纯的PS因其脆性大、易碎裂、耐热性差等缺点，应用受到了限制。用橡胶类聚合物改性聚苯乙烯得到HIPS，即高抗冲击聚苯乙烯，由于解决了上述缺点而在家电外壳得以广泛应用，并越来越多地代替了ABS。HIPS为非结晶、无色透明的塑料，该类塑料分子具有极性，与涂层附着力较好。适宜的体系有环氧涂料、热塑性丙烯酸酯树脂涂料、热固性丙烯酸酯－聚氨酯树脂涂料、丙烯酸改性醇酸树脂涂料、醇酸树脂改性聚苯乙烯涂料、改性纤维素类涂料等。梁增田研究出一种以丙烯酸酯树脂为基料用于HIPS的塑料漆，并用硝基纤维素对丙烯酸酯树脂漆进行改性，且引进一些极性基团，如羧基、氰基等提高涂膜附着力，取得了很好的效果；方秀敏等人则以丙烯酸树脂对硝基纤维素涂料进行改性，制备出性能优良的丙烯酸改性硝基涂料，也能用于HIPS塑料的表面涂装。由于国内彩电业由低端彩电发展为高端彩电，其涂料也从单层热塑性涂料发展成高光涂料。杨国君等人则在这种情形下研制出一种电视机壳HIPS塑料用高光涂料。该涂料由热塑性丙烯酸底漆和聚氨酯罩光清面漆组成，采取2C2B工艺制备而成。出于环保的要求，水性涂料、UV辐射固化涂料得以开发。崔锦峰等人开发了一种UV固化塑料用涂料梳型聚酰胺预聚物，该预聚物由低相对分子质量的聚酰胺树脂和丙烯酸乙酯氨基甲酸酯基一异氰酸酯通过加成反应制得，以聚酰胺为主链、丙烯酸乙酯二氨基甲酸酯为侧链，能满足HIPS塑料的应用要求。Igami，Kiyotaka等人研制出一种塑料耐光涂料用聚合物组合物。该组合物由UV吸收基的聚酯多元醇制得UV吸收聚合物和丙烯酸聚合物或聚氨酯组成。涂装在HIPS底材上，干燥后可提高附着力，在润湿条件下耐光性好。
3塑料用涂料的发展趋势
随着家用电器、手机和汽车等行业的飞速发展，加之人们对外观表面装饰与保护功能的新的要求，塑料用涂料正朝着多功能化、环保化方向发展。
3.1功能性塑料涂料的研究进展
3.1.1防火塑料涂料
防火涂料又称阻燃涂料，塑料本身为高分子材料，属易燃物质，通过在塑料和涂料中添加有效的阻燃剂就可以达到防火的目的。AlbertoFina等人在PP里添加一些含铝的异丁基倍半硅氧烷（Al-POSS）作为阻燃剂，与没加Al-POSS的PP燃烧后比较，具有明显的阻燃效果。王华进等人以改性高氯化聚乙烯树脂为成膜物，多季戊四醇为成炭剂，聚磷酸铵为成炭催化剂研制了一种防火性能优异、适用于塑料制品表面的超薄型防火涂料。王敏等人在树脂中加入酰胺和胍类成分，研究开发了一种防火涂料，受热时酰胺和胍类成分分解产生大量NH3、CO2等不燃性气体，这些气体将上述熔解体吹鼓成膨胀泡沫层，这个膨胀层具有很强的隔离作用（隔热、隔空气），保护基材，使其难以达到燃烧条件，故能有效防火。中国专利1060859A也介绍了一种由甲醛、尿素、氢氧化钠、三聚氰胺、双氰胺、季戊四醇、磷酸、三乙醇胺、盐酸为主要原料制得的聚氨酯塑料防火涂料。
3.1.2导电塑料涂料
导电涂料是在20世纪50年代末产生的一种新型涂料，与其它涂料的区别主要是加入了导电填料。随着家用电器、手机等的广泛使用，其外壳上涂覆导电涂料可以防止电磁干扰、射频干扰，无线电噪声干扰和电晕干扰等。一部分导电涂料还可以起防静电作用，因此导电涂料日益受到人们的重视。GE塑料公司开发出一种适合于粉末涂料基材的导电性树脂NorilGTX674PC，该树脂由聚酰胺与改性聚苯醚制得，含有导电性填充剂，可以起导电作用。日本神东涂料公司最近开发成功电磁干扰（EMI）屏蔽用水性导电涂料，该导电涂料主要用于涂覆塑料壳体内表面。阿克斯布里奇的Trimite有限公司最新推出2种新型电磁波屏蔽涂料J190及J191，可满足抗EMI（电磁干扰）的要求。这两种涂料具有优异的遮盖力，用于ABS、PVC、改性聚苯醚及其他混合型基材，具有很高的附着力及导电率，可大大降低成本，提高应用效率。
3.1.3防静电塑料涂料
塑料等非金属制件表面受气流及液体的摩擦或撞击时很容易产生和积累静电。静电积累达到一定程度，就会放电，致使各种精密仪器、精密电子元器件击穿而报废，甚至引起易燃易爆物起火或爆炸，造成巨大的生命和财产损失。另外，积累在塑料制品表面的静电，由于吸尘严重而难于净化，从而影响制品的外观和在超净环境（如手术室、计算机室、精密仪器等）中的应用。为了避免塑料表面产生和积累静电，目前外部处理的方法就是在塑料表面涂装防静电涂料。陈战利等人以丙烯酸酯为基料，加入一些导电材料如石墨等，使漆膜体积电阻率在104~109Ω·cm。但通过这种添加导电材料的方法所制得的防静电涂料大多附着力、耐油性差，且颜色难看，成本普遍较高。由于一些导电涂料可用于防静电，因此也可以直接涂上导电涂料形成防静电层起防静电作用，如导电性聚苯胺复合纳米材料直接喷涂或刷涂于塑料基材上，不仅起到防静电作用，而且附着力高、成本低。还可以在塑料表面喷涂静电防止剂溶液，如德国Dressler等人在模塑塑料部件表面喷涂表面活性剂溶液（含≥20％有机溶液），具有防静电效果。
3.1.4耐磨耗和耐划伤塑料涂料
塑料制品，如手机、收录机、电视机等壳体由于经常跟人手接触，其涂膜容易磨损，这就要求提高涂料的耐磨损和耐划伤性能。早在1940年，杜邦公司就进行过相关研究。最初，是改良现有的涂料品种，但效果不显著，后来利用“聚碳酸酯MR-5000”、“TuffakCM-2”等有机聚硅氧烷系达到了提高涂膜耐磨性的效果，后人在此基础上进行了大量工作，使有机硅涂料成为耐磨耗和耐划伤涂料的主流。随后对氟碳树脂也有所研究，其硬涂层具有优异的耐划伤性、耐磨性等性能，近年来，其与有机硅树脂一起在塑料制品的涂装中得到广泛应用。上海有机化学研究所研制出一种含四氟乙烯、乙烯三元共聚物的氟塑料涂料，具有很好的耐磨性。与此同时，塑料用UV固化涂料也在开发，与硅烷系相比，其固化速度快、作业方便、成本低且不污染环境。美国专利5385964介绍了一种UV辐射固化塑料用涂料，可用于PC塑料表面涂装。近年来，人们又探索出一种新型涂料，即有机－无机复合涂料，主要是在涂料中加入无机二氧化硅。张克杰等人采用核壳乳液聚合工艺和功能单体对乳液进行改性，制备了具有核/壳结构的苯丙乳液，再与纳米二氧化硅复合，得到高性能水性纳米复合塑料涂料，其涂膜硬度达到3H以上，抗划伤性与耐磨性得到很大的提高。Nakaya，Hidekazu等人采用溶胶-凝胶技术将硅氧烷低聚物和含苯基的烷氧基硅烷反应制得聚硅氧烷基料和均匀分散在该基料中的含苯基有机聚合物，也开发出了塑料底材用有机-无机复合硬涂料，具有很好的抗划伤性。
3.1.5其它功能性塑料涂料
对其它特殊功能塑料涂料，如防腐涂料、防结露涂料等近年来都有研究。如美国、德国都有聚苯胺防腐塑料涂料的相关报道，其还能适用于多数的金属器材上，具有防腐功能并使材料的寿命延长10倍。Lu，PangChia等人研究了一种防结露塑料用涂料，涂覆干燥后可在聚合物薄膜上形成不溶性可热封的防结露涂层。
3.2水性塑料涂料的发展
出于对环保和资源的要求，在近10年来，人们纷纷要求限制高VOC含量和有毒涂料的使用，欧共体更是制定标准，在2004年全面禁止有机溶剂的生产、销售和使用。促进了涂料工业向以水性涂料、高固体分涂料、光固化涂料和粉末涂料等为代表的低毒、环保涂料方向发展，其中最重要的是水性涂料。我国要与世界接轨，也必须在塑料涂料的水性化、无污染化、低成本化上下功夫。早在20世纪80年代末、90年代初，欧美等发达国家就已开展了水性塑料涂料的研究和开发工作，迄今已拥有大量的专利。我国水性涂料的研究开发起步较晚，关于水性塑料用涂料的相关研究报道很少。张景林研制了一种塑料用水性丙烯酸树脂，并配成相应的银白色、酞菁蓝、铁红色涂料，性能达到各方面标准。中国科学院成都有机化学研究所高分子化学研究发展中心对水性塑料涂料的关键技术——高分子微粒子的理论基础研究和水性塑料的预研进行了大量工作，在国内率先完成了无皂乳液聚合技术制备聚合物纳米水分散体的研制工作，制备出的聚合物纳米粒子的粒径达到30~80nm，分布均匀。成都科恩精细化工有限公司采用独有的新型高分子纳米材料合成技术制备水性高分子纳米分散树脂，配以相应的填料、助剂，开发的“绿色环保纳米级水性塑料涂料”项目进入中试及产业化阶段。主要性能达到国外同类产品的先进水平，填补了国内空白，产品及制备技术居国内领先水平，目前已开始与长虹集团电器股份公司合作，研制开发长虹电视机外壳涂料。
4结语
近年来，随着人们环保意识的增强，开发水性塑料涂料势必将会更符合时代要求，最终取代溶剂型涂料。然而目前水性塑料涂料对塑料的附着很差，远不及溶剂型涂料，这制约了它的发展，如何解决这个问题将是涂料研究者的首要任务，为了解决这个问题，许多研究者开始探索新的合成工艺和制备改性复合水性树脂来代替传统的合成工艺和单个的树脂。

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