1 塑料表面附着理论
塑料表面自由能低，极性小。 其表面自由能低于10-5J/cm2，因此很难粘附在表面。 关于涂层与塑料基材的附着力，人们提出了多种理论：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，扩散理论得到了广泛的认可。 该理论认为，涂层的附着力与涂层扩散到塑料基材内部的能力密切相关。 事实上，各种理论并不矛盾。 一旦涂料渗透到塑料基材中，渗透物与塑料基材之间存在的静电和机械咬合现象将显着增强两者之间的附着力。 为了使涂料渗透到塑料基材中，首先必须能够很好地润湿基材。 您可以调整涂料中各成分的比例，使其铺展在基材上。 此时，涂层和塑料基材通过化学力结合在一起。 如果适当选择成膜树脂和塑料基材的溶解度参数，则可以在漆膜和塑料表面之间形成混合层。 这时，油漆和塑料之间的静电和机械咬合力就会发挥作用。 尽管混合层有助于粘附，但这取决于涂料中溶剂对塑料的轻微溶解。 如果处理不当，油漆过度溶解塑料基材表面，就会导致塑料基材表面凹凸不平，漆膜起皱。 、流平性能差，影响外观。 因此，所用溶剂的溶解度参数应尽可能远离塑料的溶解度。 由于塑料和涂料都是比较复杂的系统，物理化学不均匀，存在着内应力，如收缩应力、热应力、变形应力等，这些都会影响涂层的附着力。 不良影响需要添加适当的添加剂并选择适当的涂料系统来消除它们。 不同的塑料基材也应根据结构相似、极性相似的原则选择合适的涂料体系。
2 不同塑料基材涂料的研究进展
目前，塑料的主要种类有聚烯烃、PS、ABS、PC、PKTVA、聚酰胺和聚醚塑料。 其中以聚烯烃、ABS和PS塑料应用最为广泛。 由于不同塑料基材的结构和极性有很大差异，因此不同的塑料基材应采用不同的涂料体系，见表1。
表1 不同的塑料基材根据其结构和极性的不同，采用不同的涂料体系。
表格1
2.1 聚烯烃塑料涂层
聚烯烃塑料主要包括聚丙烯塑料（PP）和聚乙烯塑料（PE）。 聚烯烃塑料基材结晶度高、耐溶剂性强、表面极性和表面能低。 除了选择合适的涂层体系外，还需要进行适当的表面处理。 氯化聚烯烃涂料和氟碳树脂涂料与塑料基材具有相似的分子结构和溶解度参数，可以提供良好的附着力，是此类塑料涂料的首选。 也可以使用环氧树脂、聚氨酯等。 双组分丙烯酸涂料。 聚烯烃塑料涂料包括两类：一类是含有氯化聚烯烃（CPO）的涂料。 CPO将极性基团“氯”引入到聚烯烃中，可以与一些涂料树脂混合。 润湿塑料表面以提高附着力。 。 另一种是不含 CPO 的涂料。 为了提高涂层与基材之间的附着力，需要引入一些特殊的官能团结构。
2.2ABS塑料涂层
ABS是由三种单体共聚而成的聚合物：丙烯腈（）、丁二烯（）和苯乙烯（）。 通过改变三种组分的比例并采用不同的组合以及聚合物的相对分子量，可以生产不同规格型号、具有多种性能的ABS树脂。 目前单体含量范围为：A占20%~30%； B占6%~30%； S占45%~70%。 可见ABS与PS同源。 但由于其刚性强、硬度高、韧性好、表面性能好、成型性好，其应用范围远远超过PS。 但相对而言，其成本高于PS，限制了其发展。 由于ABS中含有苯乙烯单体，因此适用于PS塑料涂层的涂料也适用于ABS涂层。 并且由于ABS含有极性单体丙烯腈，因此具有较高的表面张力，比其他塑料制品更容易涂漆。 它有多种涂料可供选择，包括丙烯酸涂料、环氧醇酸硝基涂料、聚氨酯油涂料等挥发性涂料，以及丙烯酸聚氨酯涂料等双组分转化涂料。 这些涂料可根据需要制成光面、半光、各种金属质感和橡胶软质感涂料。 开发了热塑性丙烯酸树脂作为ABS塑料涂料的基料，配制成相应的清漆和白漆，具有良好的物理性能。 采用低羟基丙烯酸树脂与混合醚化三聚氰胺甲醛树脂在酸催化下低温交联固化，形成单组份、快干、高光泽、附着力强的塑料涂料。 以丙烯酸树脂为基料，与硝化纤维复合，生产出常温干燥金属闪光漆。 与丙烯酸氨基闪光漆相比，不需要高温烘烤成膜，施工十分方便。 然后，采用热塑性丙烯酸树脂、醋酸丁酸纤维素(CAB)、不同的添加剂等原料，制备出同样具有金属质感的ABS塑料表面涂层。 日本最近还开发出一种用于塑料涂装的仿金属水性涂料。 该涂料由聚合物水分散树脂、金属颜料、着色颜料、成膜助剂、水性涂料助剂和水组成。 可用于各种塑料表面的涂覆，特别是ABS和PS。
2.3PS塑料涂层
由于其良好的成型性能、美观的外观以及优异的综合机械性能，由其改性的PS和ABS在电器塑料外壳市场上占据主导地位。 出于成本考虑，PS比ABS更容易被制造商接受。 但单纯PS因其脆性高、易碎裂、耐热性差等缺点而限制了其应用。 用橡胶基聚合物对聚苯乙烯进行改性，得到HIPS，即高抗冲聚苯乙烯，它解决了上述缺点，广泛应用于家电外壳，越来越多地取代ABS。 HIPS是一种非结晶、无色透明的塑料。 此类塑料的分子具有极性，对涂层有良好的附着力。 适合的体系包括环氧涂料、热塑性丙烯酸树脂涂料、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、改性纤维素涂料等。梁增田开发了一种基于丙烯酸树脂的HIPS塑料涂料，改性将丙烯酸树脂涂料与硝基纤维素结合，引入一些极性基团，如羧基和氰基，在提高涂膜附着力方面取得了良好的效果； 方秀敏等人用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，也可用于HIPS塑料的表面涂覆。 随着国内彩电行业从低端彩电向高端彩电发展，其涂料也从单层热塑性涂料向高光泽涂料发展。 在这种情况下，杨国军等人开发了一种用于电视机外壳上的HIPS塑料的高光涂料。 该涂料由热塑性丙烯酸底漆和聚氨酯透明面漆组成，采用2C2B工艺制备。 由于环保要求，开发了水性涂料和UV辐射固化涂料。 崔金峰等. 开发了一种用于紫外线固化塑料涂料的梳型聚酰胺预聚物。 该预聚物是由低分子量聚酰胺树脂与丙烯酸乙酯氨基甲酸酯异氰酸酯加成反应制得。 ，以聚酰胺为主链，丙烯酸乙酯二氨基甲酸酯为侧链，可满足HIPS塑料的应用要求。 井上等人。 开发了一种用于塑料耐光涂层的聚合物组合物。 该组合物由紫外线吸收性聚合物组成，该聚合物由紫外线吸收性聚酯多元醇和丙烯酸类聚合物或聚氨酯制成。 涂覆在HIPS基材上，干燥后可提高附着力，在潮湿条件下具有良好的耐光性。
3 塑料涂料的发展趋势
随着家电、手机、汽车等行业的快速发展，以及人们对表面装饰和保护功能的新要求，塑料涂料正向多功能、环保方向发展。
3.1 功能性塑料涂料研究进展
3.1.1 防火塑料涂层
防火涂料也称为难燃涂料。 塑料本身是一种高分子材料，是一种易燃物质。 通过在塑料和涂料中添加有效的阻燃剂可以实现防火。 等人。 在PP中添加了一些含铝的异丁基倍半硅氧烷(Al-POSS)作为阻燃剂。 燃烧后与不含Al-POSS的PP相比，具有明显的阻燃效果。 王华金等人以改性高氯化聚乙烯树脂为成膜物质，聚季戊四醇为成炭剂，聚磷酸铵为成炭催化剂，研制出具有优异阻燃性能的超薄型阻燃涂料，适用于塑料制品表面。 。 王敏等人在树脂中添加酰胺和胍成分，研发了阻燃涂料。 受热时，酰胺和胍成分分解，产生大量NH3、CO2等不燃气体。 这些气体将上述熔体吹成膨胀状态。 泡沫层，这个膨胀层具有很强的隔离作用（隔热、隔离空气），保护基材并使其难以达到燃烧条件，因此可以有效防止火灾。 该中国专利还介绍了一种以甲醛、尿素、氢氧化钠、三聚氰胺、双氰胺、季戊四醇、磷酸、三乙醇胺、盐酸为主要原料制成的聚氨酯塑料防火涂料。
3.1.2 导电塑料涂层
导电涂料是20世纪50年代末产生的一种新型涂料。 与其他涂料的主要区别在于添加了导电填料。 随着家用电器、手机等的广泛使用，在其外壳上涂上导电漆可以防止电磁干扰、射频干扰、无线电噪声干扰、电晕干扰等。 有些导电涂料还可以起到抗静电的作用，因此导电涂料越来越受到人们的关注。 GE塑料公司开发了一种适用于粉末涂料基材的导电树脂。 该树脂由聚酰胺和改性聚苯醚制成，并含有可以导电的导电填料。 日本神东涂料公司最近开发出电磁干扰（EMI）屏蔽水性导电涂料。 导电漆主要用于涂覆塑料外壳的内表面。 有限公司最近推出了两款新型电磁波屏蔽涂料J190和J191，可以满足抗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、改性聚苯醚等混合基材上。 它们具有高附着力和导电性，可以大大降低成本并提高应用效率。
3.1.3 防静电塑料涂层
塑料等非金属零件表面受到气流、液体的摩擦或冲击时，很容易产生并积聚静电。 当静电积累到一定程度时就会放电，导致各种精密仪器和精密电子元件击穿报废，甚至引起易燃易爆物品着火或爆炸，造成生命财产的巨大损失。 另外，塑料制品表面积累的静电因吸尘严重而难以净化，从而影响产品的外观及其在超洁净环境（如手术室、计算机房、精密仪器等）的应用。 .)。 为了避免塑料表面静电的产生和积累，目前的外部处理方法是在塑料表面涂上防静电涂层。 陈占利等人以丙烯酸酯为基料，添加石墨等导电材料，使漆膜体积电阻率在104～109Ω·cm之间。 但添加导电材料生产的抗静电涂料大多附着力和耐油性较差，颜色难看，而且成本普遍较高。 由于有些导电涂料可以起到防静电的作用，因此也可以直接涂敷导电涂料形成防静电层，起到防静电的作用。 例如，将导电聚苯胺复合纳米材料直接喷涂或刷涂在塑料基材上，不仅起到抗静电作用功能，而且附着力高、成本低。 也可将抗静电剂溶液喷涂在塑料表面。 例如德国等在成型塑件表面喷涂表面活性剂溶液（含≥20%有机溶液），具有抗静电作用。
3.1.4 耐磨、耐刮的塑料涂层
塑料制品，如手机、卡带机、电视机等外壳经常与人手接触，其涂层很容易磨损。 这就需要提高涂层的耐磨性和耐划伤性。 早在1940年，杜邦公司就进行了相关研究。 最初对现有的涂料品种进行了改进，但效果并不显着。 后来又采用“聚碳酸酯MR-5000”、“-2”等有机聚硅氧烷体系来提高涂膜的耐磨性。 后人在此基础上做了大量的工作，使有机硅涂层成为耐磨防刮涂层的主流。 随后，还对氟碳树脂进行了研究。 其硬质涂层具有优异的抗划伤、耐磨等性能。 近年来，它与有机硅树脂一起广泛应用于塑料制品的涂料中。 上海有机化学研究所研制出含有四氟乙烯和乙烯三元共聚物的氟塑料涂料，具有良好的耐磨性。 与此同时，用于塑料的紫外光固化涂料也在开发中。 与硅烷基涂料相比，其固化速度快、操作简便、成本低、不污染环境。 美国专利介绍了一种可紫外辐射固化的塑料涂料，可用于PC塑料表面涂层。 近年来，人们探索出一种新型涂料，即有机-无机复合涂料，它主要在涂料中添加无机二氧化硅。 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，制备出具有核/壳结构的苯丙乳液，然后将其与纳米二氧化硅复合，得到高性能水性乳液。基纳米复合塑料涂层。 漆膜硬度达到3H以上，抗划伤、耐磨性能大大提高。 ，等人。 采用溶胶-凝胶技术，使硅氧烷低聚物与含苯基烷氧基硅烷反应，制备聚硅氧烷基料和均匀分散在基料中的含苯基有机聚合物。 还开发了用于塑料基材的有机-无机复合硬质涂层，具有良好的耐划伤性。
3.1.5 其他功能性塑料涂料
其他特殊功能塑料涂料，如防腐涂料、防结#涂料，近年来也得到了研究。 例如，美国、德国就有关于聚苯胺防腐塑料涂料的报道。 也可适用于大多数金属设备，具有防腐功能，延长材料寿命10倍。 卢，等。 研究了一种防结#塑料涂层，该涂层可在干燥后在聚合物薄膜上形成不溶性可热封防结#涂层。
3.2 水性塑料涂料的发展
由于环境保护和资源需求，近10年来，人们要求限制使用高VOC含量和有毒油漆。 欧共体甚至于2004年制定了标准全面禁止有机溶剂的生产、销售和使用，推动了涂料行业向以水性涂料、高固涂料为代表的低毒环保涂料发展、光固化涂料和粉末涂料，其中最主要的是水性涂料。 我国要想与世界接轨，也必须在塑料涂料水性化、无污染、低成本上下功夫。 早在20世纪80年代末、90年代初，欧美等发达国家就已经开展了水性塑料涂料的研发工作，至今已拥有大量专利。 我国水性涂料的研究开发起步较晚，水性塑料用涂料的相关研究报道较少。 张景林研制了塑料用水性丙烯酸树脂，并配制成相应的银白、酞菁蓝、铁红涂料，其性能均符合标准。 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在聚合物微粒的理论基础、水性塑料涂料的关键技术、水性的前期研究等方面做了大量的工作基塑料。 国内首次完成无皂乳液聚合技术。 在制备聚合物纳米水分散体的开发工作中，制备的聚合物纳米粒子粒径达到30~80nm，且分布均匀。 成都科恩精细化工有限公司采用独特的新型聚合物纳米材料合成技术，制备水性聚合物纳米分散树脂，配以相应的填料和助剂。 研发的“绿色环保纳米级水性塑料涂料”项目已进入中试和产业化阶段。 主要性能达到国外同类产品的先进水平，填补了国内空白。 产品及制备技术处于国内领先水平。 目前已开始与长虹集团电器有限公司合作开发长虹电视外壳涂料。
4。结论
近年来，随着人们环保意识的增强，水性塑料涂料的发展必将更加符合时代要求并最终取代溶剂型涂料。 但目前水性塑料涂料对塑料的附着力很差，远不及溶剂型涂料，制约了其发展。 如何解决这一问题将是涂料研究者的首要任务。 为了解决这一问题，许多研究人员开始探索新的改性复合水性树脂的合成工艺和制备，以取代传统的合成工艺和单一树脂。