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附着增进剂对塑料涂料在聚碳酸酯底材上应用的影响
□ 林晓君，赖明正，杨丽君，颜俊宏(海名斯特殊化学，上海 201613)
0 前 言
涂料赋予被涂物装饰与保护的功能，为了达到此目的，强效与持久附着在底材上是涂料最基本且最重要的要求。涂料的附着性取决于涂料与底材间的界面作用力，也跟涂料分子及底材特性有直接的关系。一般而言，改善涂料附着效果的方法不外乎底材表面处理、涂布附着性底漆与添加附着增进剂3种。底材表面处理如电晕处理、火焰处理或是打磨使表面粗糙都可增进涂料的附着效果，但是需要增加额外的设备、能源或是人力，致使产品成本提高。涂布附着性底漆是另一种改变底材表面性质的方法，但是额外涂布一道涂层需要增加物料与人力，并且会延长施工时间降低生产效率。相较之下，若能直接在现有的涂料中添加附着增进剂来提高涂料对底材的附着效果将会是最简便且最符合经济效益的方式。附着增进剂的基本原理在于提供涂层与底材的黏合力，所以必须分别具有亲和底材与涂层的不同分子基团。各种底材特性不同所需要的亲和基团也各不相同，因此不可能有一种通用的附着增进剂能适用于所有底材。亲和基团与涂层或底材间的作用力基本有化学键结与物理吸附2种，化学键结多为透过化学反应所产生的共价键结(covalent bond)或是酸碱中和产生的离子键结(ionic bond)，其结合强度较强；物理吸附则是透过范德华力(Van der Waals force)或氢键(hydrogen bond)所产生的结合，强度相对较弱。
附着增进剂可以通过增加涂层与底材间的作用力而促进附着，但是涂层对底材的润湿不良或是涂层强烈收缩等因素都对附着有不良的影响，可以添加润湿剂来改善底材润湿或是使用低收缩的树脂来减少涂层收缩，尽量减少不利附着的因素，以提高附着效果。聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)具有良好的硬度、耐热性与透明性，可以单独作为塑料使用或是用来改质ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrenecopolymer)等成为一种复合塑料，目前大量应用于各类塑料制品中。但是涂料对于PC或是ABS/PC底材的附着效果往往不甚理想，尤其是涂层经过温、湿度环境测试后附着力会大幅降低。由于PC材质本身不具有可反应的官能基团，所以涂层无法透过化学键结的方式来提高附着效果，设计能够吸附在PC表面的分子结构是此类附着增进剂的主要目标。本文针对不同品种涂料对于PC底材的初始附着效果及环境测试后的附着效果进行试验，并且探讨添加附着增进剂对各种涂料的附着增进效果。
1 试验部分
1.1 主要原料
Hypomer FS-2460A羟基丙烯酸树脂，不挥发分60%，羟基1.44%；Hypomer UA-M7紫外光固化寡聚物，不挥发分72.5%；Hypomer UR-802紫外光固化寡聚物，不挥发分78.5%；Adherant APC附着增进剂，不挥发分50%；DeuRheo 201P流变助剂；DeuRheo 202P流变助剂；Levaslip 432流平剂；Levaslip 875流平剂；Disponer 9250润湿分散剂；均为海名斯制造。ZX1755铝银浆，族兴；CAB-381-2醋丁纤维素酯，伊士曼；Desmodur N 75固化剂，拜耳；Ti-PureR-902钛白粉，杜邦；Irgacure 184光引发剂，巴斯夫。
1.2 涂料配方(见表1～表3)
表1 双组分聚氨酯铝粉漆试验配方
表2 双组分聚氨酯白漆试验配方
表3 紫外光固化清漆试验配方
注：(1)因为不挥发分差异，附着增进剂的添加量依据不挥发分调整为取代树脂固体分的10%。
(2)清漆喷涂前添加少量的染料以利于观察涂膜脱落的状况。
1.3 试片制作
双组分聚氨酯涂料搭配适量固化剂与稀释剂再喷涂于PC试板；干燥条件65 ℃，烘烤12 h；室温放置2d后进行性能测试。紫外光固化涂料搭配适量稀释剂再喷涂于PC试板；70 ℃烘烤5 min后再经过紫外光固化设备；室温放置1 d后进行性能测试。
1.4 附着试验
附着试验：依据ISO 2409百格胶带法，涂膜划痕一百格，胶带使用3M Scotch 600，判定等级0～5，0级最好，5级最差。
高温高湿试验：温度90 ℃，相对湿度98%，放置72 h，放置冷却后进行附着试验。
耐沸水试验：试片浸泡于持续沸腾的水中1 h，取出冷却后进行附着试验。
耐高温试验：试片放置于120 ℃持续1 h，取出冷却后进行附着试验。
2 结果与讨论
2.1 双组分聚氨酯涂料对PC的附着
图1(a)与(b)展现双组分聚氨酯铝粉漆对PC底材的附着效果，未添加附着增进剂的涂料A1对PC附着效果不良，经过耐沸水试验后涂膜脱落的现象更为严重，而添加Adherant APC的涂料A2无论是否经过沸水试验，都呈现极佳的附着效果。因为AdherantAPC具有能吸附在PC底材的特殊分子结构且带有可反应的羟基，能够帮助双组分聚氨酯涂层紧密地贴合在PC底材上，即使经过严苛的耐沸水试验涂膜仍然完全无脱落。
表4为双组分聚氨酯铝粉漆(A1、A2)与白漆(W1、W2)对PC底材的全部附着测试结果。由表4可知，白漆W1的初始附着效果优于铝粉漆A1，表示颜料对于涂料的附着也存在一定程度的影响，主要在于白漆的颜基比较高，可以帮助减少涂膜收缩进而改善附着效果，但是经过高温高湿或是沸水试验后A1与W1的涂膜皆完全脱落，表示颜料对于涂膜附着效果的帮助有限，无法通过环境测试后的附着试验。相较之下，涂料A2与W2无论经过高温高湿或是沸水试验后都能够维持涂膜完全无脱落，证明添加Adherant APC附着增进剂对于铝粉漆或是白漆都有同样优异的附着增进效果。
2.2 紫外光固化涂料对PC的附着
图2为紫外光固化清漆对PC底材的附着测试结果，图2(a)是初始附着测试结果，(b)则是耐高温试验后的附着状况。涂料U1对PC底材完全没有附着效果，添加Adherant APC的涂料U2对PC底材的附着效果有改善但是仍不完美，而且在高温或沸水试验后附着变差甚至完全脱落，添加Hypomer UR-802的涂料U3对PC底材则展现优异的附着效果，经过高温或沸水试验后涂膜仍然完全没有脱落。
比较Adherant APC与Hypomer UR-802对于紫外光固化涂料的附着效果差异，来自于其化学结构上的可反应官能基团。虽然Adherant APC与HypomerUR-802皆具有能吸附在PC底材的特殊分子结构，但是Adherant APC设计用于双组分聚氨酯涂料仅具有可反应羟基，无法与紫外光固化涂料反应键结，导致与涂膜间的黏合力不佳而脱落。而Hypomer UR-802则是专为紫外光固化涂料设计，所以具有可反应双键，可以在紫外光固化过程中与树脂一同产生架桥反应成为涂膜的一部分，故能提供稳固且长效的附着效果。
3 结 语
塑料涂料对于聚碳酸酯底材的附着效果取决于涂料的品种以及树脂本身的特性，而涂膜的高温高湿或是沸水等环境测试，对于附着更是一项严苛的考验。添加附着增进剂可以直接有效地改善涂膜附着效果，更能够帮助涂膜通过各种环境测试后的附着试验。Adherant APC与Hypomer UR-802附着增进剂分别设计用于双组分聚氨酯与紫外光固化涂料，所以必须依据涂料品种来选用适合的助剂以发挥最佳的附着增进效果。
