塑料上有没有耐高温的涂料？
1塑料表面粘附理论
塑料表面具有低自由能和低极性。其表面自由能低于10-5J/cm2，因此表面难以附着。关于涂料与塑料基材的粘附性，已经提出了许多理论: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。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体中的能力密切相关。其实各种理论并不矛盾。一旦涂层渗透到塑料基底中，渗透物和塑料基底之间的静电和机械咬合将明显增强它们之间的粘附力。涂料要想渗透到塑料基材中，首先要能很好的润湿基材，通过调整涂料中各组分的比例，就能在基材上铺展。此时，涂层和塑料基底通过化学力结合在一起。如果成膜树脂与塑料基材的溶解度参数选择得当，可以在漆膜与塑料表面之间形成一层混合层，进而使油漆与塑料之间的静电和机械咬合力发挥作用。虽然混合层有助于粘合，但它取决于油漆中的溶剂对塑料的轻微溶解。油漆把握不当，塑料基材表面会凹凸不平，漆膜起皱，流平性差，影响美观。因此，所用溶剂的溶解度参数应尽可能远离塑料的溶解度。由于塑料和涂料是物理化学非均质的复杂体系，存在内应力，如收缩应力、热应力、变形应力等，会对涂料的附着力产生不利影响，因此需要添加合适的添加剂，选择合适的涂料体系来消除。不同的塑料基材也要根据结构和极性相似的原则选择合适的涂层体系。
2不同塑料基材用涂料的研究进展
目前塑料的主要种类有聚烯烃、PS、ABS、PC、PMMA、聚酰胺、聚醚塑料。其中，聚烯烃、ABS和PS塑料的应用最为广泛。由于不同塑料基材的结构和极性差异很大，因此不同的塑料基材应采用不同的涂层体系，如表1所示。
表1不同的塑料基材根据其结构和极性选择不同的涂层系统。
表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)。聚烯烃塑料基材具有高结晶度、强耐溶剂性、低表面极性和表面能。除了合适的涂层系统，还需要合适的表面处理。与塑料基材具有相似分子结构和溶解参数的氯化聚烯烃涂料和氟碳树脂涂料能提供良好的附着力，是这类塑料涂料的首选。也可以使用环氧树脂、聚氨酯和双组分丙烯酸涂料。聚烯烃塑料的涂料有两种:一种是含氯化聚烯烃(CPO)的涂料。CPO在聚烯烃中引入极性基团“氯”，可以与一些涂料树脂混合，润湿塑料表面，提高附着力。。另一种是不含CPO的涂层。为了提高涂层与基体之间的结合力，需要引入一些特殊的官能团。
2.2ABS塑料涂层
ABS是一种由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯组成的聚合物。通过改变三种组分的比例，采用不同的组合方式，以及聚合物分子量的不同，可以制造出各种性能的不同规格型号的ABS树脂。目前单体含量从20%到30%不等；b占6% ~ 30%；s占45%~70%。可见ABS和PS是同宗。但由于其刚性强、硬度高、韧性好、表面好、成型性好等优点，其应用范围远远超过PS。但相对而言，其成本高于PS，制约了其发展。因为ABS含有苯乙烯单体，所以适用于PS塑料涂层的涂料也适用于ABS涂层。由于ABS中含有极性单体丙烯腈，因此比其他塑料制品具有更高的表面张力，更容易涂布。它可以选择的涂料范围很广，如挥发性涂料、环氧醇酸硝基涂料、聚氨酯油性涂料、双组分转化型涂料，如丙烯酸聚氨酯涂料。根据需要，这些涂料可制成浅色、半浅色、各种颜色的金属质感和软胶质感的涂料。开发了热塑性丙烯酸树脂作为ABS塑料涂料的基料，并制备了相应的清漆和白漆，具有良好的物理性能。低羟基丙烯酸树脂和混合醚化三聚氰胺甲醛树脂在酸催化下低温交联固化，形成附着力强的单组分快干高光塑料涂料。以丙烯酸树脂为基料，用硝化棉制备室温干燥金属闪光漆，与丙烯酸氨基闪光漆相比，不需要高温烘烤成膜，施工非常方便。然后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成ABS塑料用表面涂料，同样具有金属质感。最近，日本还开发了一种塑料涂装用的仿金属水性涂料，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。可用于涂布各种塑料表面，特别是ABS和PS。
2.3PS塑料涂层
由于其良好的成型性、美观的外观和优异的综合力学性能，由其改性的PS和ABS主导着电器塑料外壳市场。出于成本考虑，PS比ABS更容易被厂家接受。但纯PS由于其脆性大、易碎裂、耐热性差等缺点，应用受到限制。通过用橡胶基聚合物改性聚苯乙烯获得的HIPS，即高抗冲聚苯乙烯，由于解决了上述缺点，已广泛用于家电外壳，并日益取代ABS。HIPS是一种无定形、无色透明的塑料，含有极性分子，对涂层具有良好的附着力。适用的体系有环氧涂料、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、改性纤维素涂料等。梁增田开发了一种基于丙烯酸酯树脂的HIPS用塑料涂料，并用硝化棉对丙烯酸酯树脂涂料进行改性，引入一些极性基团，如羧基、氰基等，提高涂膜的附着力，取得了良好的效果。方秀敏等用丙烯酸树脂对硝基漆进行改性，制备出性能优异的丙烯酸改性硝基漆，也可用于HIPS塑料的表面涂装。因为国内彩电行业已经从低端彩电发展到高端彩电，其涂料也从单层热塑性涂料发展到高光涂料。在这种情况下，杨国君等人开发了一种用于电视机外壳HIPS塑料的高光涂层。该涂料由热塑性丙烯酸底漆和聚氨酯面漆组成，采用2C2B工艺制备。出于环保的要求，水性涂料和紫外光固化涂料得到了发展。崔金峰等人开发了一种用于紫外光固化塑料的梳状聚酰胺预聚物。通过低分子量聚酰胺树脂与丙烯酸乙酯氨基甲酸酯基单异氰酸酯的加成反应，制备了以聚酰胺为主链，丙烯酸乙酯二氨基甲酸酯为侧链的预聚体，可以满足HIPS塑料的应用要求。Igami，Kiyotaka等人开发了一种用于塑料耐光涂层的聚合物组合物。该组合物由紫外吸收聚酯多元醇和丙烯酸聚合物或聚氨酯制备的紫外吸收聚合物组成。涂在HIPS基材上，干燥后可提高附着力，润湿条件下耐光性好。
3塑料用涂料的发展趋势
随着家电、手机、汽车等行业的快速发展，以及人们对外表面装饰和保护的新要求，塑料用涂料正朝着多功能、环保的方向发展。
3.1功能塑料涂料的研究进展
3.1.1防火塑料涂料
防火涂料也叫阻燃涂料。塑料本身就是高分子材料，属于易燃物质。在塑料和涂料中加入有效的阻燃剂可以达到防火的目的。AlbertoFina等人在PP中添加了一些含铝异丁基倍半硅氧烷(Al-POSS)作为阻燃剂，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，季戊四醇为成炭剂，聚磷酸铵为成炭催化剂，研制出一种适用于塑料制品表面的防火性能优异的超薄型防火涂料。王敏等人在树脂中加入酰胺和胍成分，研发出一种防火涂料。当加热时，酰胺和胍组分分解产生大量不可燃气体如NH3和CO2，这些气体将熔融组分吹成膨胀的泡沫层。这种膨胀层具有很强的隔离功能(隔热、隔气)，保护了基材，使其难以达到燃烧条件，因此能有效防止火灾。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。导电涂层可以防止电磁干扰、射频干扰、无线电噪声干扰和电晕干扰。一些导电涂料还能起到抗静电的作用，因此越来越受到人们的重视。GE塑料有限公司开发了一种导电树脂NorilGTX674PC，适用于粉末涂装基材。树脂由聚酰胺和改性聚苯醚制成，含有导电填料，可以起到导电的作用。日本神东涂料公司最近开发了一种用于电磁干扰(EMI)屏蔽的水性导电涂料，主要用于涂覆塑料外壳的内表面。Axbridge的Trimite有限公司最近推出了J190和J191两种新型电磁波屏蔽涂料，可以满足抗EMI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，附着力和导电性高，可大大降低成本，提高应用效率。
3.1.3抗静电塑料涂层
塑料等非金属零件表面受到气流和液体的摩擦或撞击时，容易产生和积累静电。静电积累到一定程度就会放电，导致各种精密仪器和精密电子元器件的故障和报废，甚至导致易燃易爆物品的火灾或爆炸，造成巨大的生命财产损失。此外，塑料制品表面积累的静电由于严重的吸尘而难以净化，从而影响产品的外观和在超净环境中的应用(如手术室、计算机房、精密仪器等)。).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料。陈等人以丙烯酸酯为基料，加入石墨等导电材料，使漆膜的体积电阻率为104 ~ 109ω·cm。而添加导电材料制成的抗静电涂料大多附着力和耐油性差，颜色难看，成本普遍较高。因为有些导电涂料可以用来防静电，所以也可以直接涂上导电涂料，形成防静电层来防静电。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，不仅起到防静电的作用，而且附着力高，成本低。也可以在塑料表面喷涂抗静电剂溶液，如德国Dressler等在成型塑料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耐磨耐刮塑料涂层
塑料制品，如手机、录音机、电视机等。，经常与人手接触，其涂层容易磨损，这就要求提高涂层的耐磨性和抗划伤性。早在1940，杜邦公司就进行了相关研究。起初是为了改进现有的涂料品种，但效果并不明显。后来通过使用“聚碳酸酯MR-5000”、“TuffakCM-2”等有机聚硅氧烷体系，达到了提高涂膜耐磨性的效果。后人在此基础上做了大量工作，使有机硅涂料成为耐磨耐刮涂料的主流。随后，还研究了氟碳树脂。其硬质涂层具有优异的抗划伤性、耐磨性等性能。近年来，它与有机硅树脂一起广泛应用于塑料制品的涂层。上海有机化学研究所开发了一种含四氟乙烯和乙烯三元共聚物的氟塑料涂层，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。与硅烷体系相比，它们具有固化速度快、操作方便、成本低、无环境污染等优点。美国专利。385，964介绍了一种用于紫外线辐射固化塑料的涂料，它可用于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，主要是在涂料中加入无机二氧化硅。张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。涂层硬度达到3H以上，抗划伤性和耐磨性大大提高。Nakaya，Hidekazu等人利用溶胶-凝胶技术，将硅氧烷低聚物与含苯基的烷氧基硅烷反应，制备聚硅氧烷基材和均匀分散在基材中的含苯基有机聚合物，还开发了一种用于塑料基材的有机-无机复合硬质涂层，具有良好的耐刮擦性。
3.1.5其他功能塑料涂料
其他具有特殊功能的塑料涂料，如防腐涂料、防结露涂料等，近年来也有研究。例如，美国和德国有关于聚苯胺防腐塑料涂层的报道，它也可以应用于大多数金属设备，并具有防腐功能，延长材料寿命10倍。陆、庞加一等人研究了一种用于防结露塑料的涂料，该涂料经涂布干燥后，可在聚合物薄膜上形成不溶的、可热封的防结露涂层。
3.2水性塑料涂料的发展
由于环保和资源的要求，近10年来，人们要求限制高VOC和有毒涂料的使用，欧盟甚至在2004年制定了全面禁止生产、销售和使用有机溶剂的标准。推动了涂料行业向以水性涂料、高固体分涂料、光固化涂料、粉末涂料为代表的低毒环保涂料发展，其中水性涂料最为重要。中国要想与世界接轨，还必须在水性、无污染、低成本的塑料涂料上下功夫。早在20世纪80年代末90年代初，欧美等发达国家就开展了水性塑料涂料的研发，至今拥有大量专利。我国水性涂料的研发起步较晚，关于塑料用水性涂料的报道较少。张静林开发了一种塑料用水性丙烯酸树脂，并制备了相应的银白色、酞菁蓝和铁红涂料，性能达到了各项标准。中国科学院成都有机化学研究所高分子化学研发中心在水性塑料涂料关键技术的理论基础研究和水性塑料的预研方面做了大量工作，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。制备的聚合物纳米粒子粒径为30 ~ 80纳米，分布均匀。成都科恩精细化工有限公司利用独特的高分子纳米材料合成新技术制备水性高分子纳米分散树脂，并配以相应的填料和助剂，“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股份有限公司合作开发长虹电视外壳涂层。
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顺应时代的要求，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，远不如溶剂型涂料，制约了其发展。如何解决这个问题将是涂料研究者的首要任务。为了解决这一问题，许多研究者开始探索新的合成工艺，制备改性复合水性树脂，以取代传统的合成工艺和单一树脂。