Введение: проблемы покрытия для пластиковой основы сковородок с антипригарным покрытием
Пластик (PP/ABS/PC/PA/PBT) уже является вторым по величине после стали основанием для окраски
—— автомобильные бамперы (PP), детали интерьера (ABS/PC), корпуса электроники 3C (PC/ABS+UV-покрытие), панели бытовой техники (PBT) —— объём рынка пластиковых покрытий >20 млрд юаней/год (Китай) и темп роста >8%. Но окрашивать пластик гораздо сложнее, чем сталь — (1) у пластика низкая поверхностная энергия
(у PP всего 29–31 мН/м — ниже требуемых для растекания краски >38 мН/м — краска собирается в капли — смачивание невозможно); (2) у пластика низкая стойкость к растворителям
(растворитель в краске «разбухает» или «растворяет» поверхность пластика — возникает растрескивание под напряжением ESC — пластиковая деталь полностью становится хрупкой и разрушается); (3) у пластика низкая температура тепловой деформации
(PP/PE 120°C) деформируется — требуется низкая температура (<80°C) или UV-отверждение) — разработка рецептуры пластиковых покрытий — должна найти точный баланс между «адгезией» и «неповреждением пластика»
.
Пластиковые покрытия — это специализированные лакокрасочные системы, предназначенные для особенностей пластиковых оснований с низкой поверхностной энергией, слабой стойкостью к растворителям и термочувствительностью — обеспечивающие адгезию через набухание и закрепление грунтовкой CPO или химическое связывание PU — отверждаемые при низкой температуре (<80°C) или под УФ-излучением — сочетающие декоративные (цвет/блеск/тактильность) и защитные (износостойкость/стойкость к царапинам/стойкость к химикатам) функции.
I. Подбор лакокрасочных смол для пяти основных видов пластиковых подложек
| Пластик | Поверхностная энергия (мН/м) | Стойкость к растворителям | Тепловая деформация (°C) | Рекомендуемое покрытие | Механизм адгезии |
|---|---|---|---|---|---|
| PP (полипропилен) | 29-31 (минимальная / неполярная) | Хорошая | <100 | Грунт CPO + акриловая/ПУ эмаль | Закрепление за счёт набухания CPO (единственный надёжный) |
| ABS | 35-42 | Средняя (набухание от кетонов/эфиров) | <90 | Акриловая/ПУ/УФ-PUA | Химическая связь (NCO ПУ + OH бутадиена в ABS) |
| PC (поликарбонат) | 38-45 | Плохая (растрескивание от растворителей — ESC) | <130 | Водная ПУ / УФ-PUA (без растворителей) | Физическая адгезия + незначительная химическая связь |
| PA (нейлон) | 40-46 | Хорошая | <160 (PA66) | ПУ / эпоксидная | Химическая связь (NCO + NH₂/COOH в PA) |
| PBT | 36-42 | Хорошая (полукристаллический) | <200 | ПУ / полиэфирная | Физическая + химическая (немного OH/COOH) |
Часто задаваемые вопросы
Q1: Почему CPO (хлорированный полиолефин) является «незаменимым» грунтом для PP-покрытий?
Молекулярная цепь CPO полиолефиновый каркас (схожая с PP структура / полная совместимость) + атомы хлора (-Cl / полярность)
——(1) Неполярный полиолефиновый каркас CPO — с PP-подложкой через переплетение цепей и силы Ван-дер-Ваальса
——при содействии набухания поверхностного слоя PP растворителем — сегменты CPO проникают в поверхностный слой PP — возникает «молекулярное взаимозапирание»
——это ключевой механизм адгезии CPO к PP «набухание и закрепление»
; (2) полярные атомы хлора CPO — обеспечивают точки химического связывания с последующим финишным слоем (ПУ / акрил)
. Без CPO-грунта — адгезия любого финишного слоя к PP 3–5 МПа (>5-кратное повышение).
Q2: «Растворителевое растрескивание под напряжением» (ESC) ПК (поликарбоната) — почему это главная ловушка покрытий для ПК?
Молекулярная цепь ПК содержит карбонатные связи (-O-CO-O-) — чрезвычайно высокая чувствительность к кетоновым/эфирным/ароматическим растворителям
— молекулы растворителя проникают в поверхностный слой ПК — ослабляют силы Ван-дер-Ваальса между молекулярными цепями ПК — остаточные внутренние напряжения ПК (возникающие при охлаждении и усадке литья под давлением)
высвобождаются под «пластифицирующим эффектом» растворителя — при контакте ПК с растворителем > в течение нескольких минут — возникают микротрещины — распространяются — макрорастрескивание — полное разрушение детали
— это и есть ESC. Покрытия для ПК должны использовать «безрастворительные» (UV-PUA/100% твёрдое содержание) или «водные» (растворитель — вода, вода не вызывает набухания ПК) — ни в коем случае нельзя использовать растворительные покрытия, содержащие кетоны/эфиры/ароматические углеводороды.
Q3: Проблема «влагопоглощения» покрытий из PA (нейлона) — почему адгезия «исчезает» в сезон дождей?
Коэффициент влагопоглощения PA (нейлон 6/66) >3-9% (23°C/50%RH — равновесие) — влага формирует на границе PA/покрытие «водную плёнку», которая «отрывает» покрытие от PA
— адгезия резко падает в сезон дождей (>5 МПа до <1 МПа). Решение — (1) Детали из PA перед окраской просушить (>80°C/2ч) — удалить поглощённую влагу — после окраски охладить до <40°C перед нанесением
; (2) в грунтовке использовать силановый связующий агент (KH-560 — эпоксидная группа — реагирует с NH₂ PA — образует ковалентную связь Si-O-N — вода не может разорвать)
— влажная адгезия сохраняется >3 МПа.
Q4: Тест пластиковых покрытий на «устойчивость к поту рук» — почему это «убийственный» тест для 3C-покрытий?
Искусственный пот рук (pH 4,7/содержит молочную кислоту/мочевину/NaCl) — (1) кислая среда — разъедает поверхность покрытия; (2) соли — проникают в покрытие — под покрытием возникают осмотические пузыри; (3) многократное чередование сухости и влажности (хватание рукой — потение — высыхание — снова потение)
— концентрация солей — ускорение коррозии. Покрытие корпуса 3C-продукции (телефоны/наушники/мыши) устойчиво к поту рук 72ч (40°C)/без пузырей — без изменения цвета — является стандартным тестом контроля качества 3C-покрытий.
См. также / Похожие материалы
Резюме
Проектирование рецептур лакокрасочных материалов для пластмасс — PP (грунт CPO — набухание и якорное закрепление / единственный надёжный метод), ABS (PU — химическое связывание), PC (UV-PUA — безрастворительный / защита от ESC), PA (PU + силановый аппретирующий агент — адгезия во влажном состоянии) и PBT (PU — физическая + химическая адгезия) — стратегии окраски различных пластмасс кардинально различаются. Кэсинь Новые Материалы предоставляет клиентам полную линейку продуктов лакокрасочных материалов для пластмасс и техническую поддержку по механизмам адгезии.