塑料-涂料界面渗透作用机理的研究

data-full-width-responsive="true"> 1　引言涂层与塑料在界面上的作用机理可归纳为物理吸附、化学键合、渗透粘附、机械拴接与桥连粘附四种作用方式[ 1, 2] 。不同的界面作用方式所形成的界面结合力影响塑料- 涂料界面涂层附着状态和附着力。在这四种作用方式中, 物理吸附在所有塑料- 涂层界面上都普遍存在; 机械拴接和桥连粘附作用与塑料表面的粗糙度有关, 随塑料表面粗糙度的增加, 这种界面作用方式对附着力的贡献增大; 化学键合作用只存在于含有化学活性的塑料- 涂层界面之中; 渗透粘附作用存在于表面微溶解或溶胀的塑料与其涂层界面上, 对于耐溶剂性能好的热固性塑料和高结晶度的聚烯烃塑料, 由于表面难于溶解或溶胀, 这种界面作用方式被认为很少出现[ 3] 。作者以酮类、酯类、苯类、醇类等混合溶剂作为涂料的稀释剂, 用XPS 研究了SMC 塑料与聚苯乙烯涂料、SMC 塑料与丙烯酸酯涂料以及聚丙烯塑料与丙烯酸酯涂料的界面渗透作用。2　SMC 塑料- 聚苯乙烯涂料界面渗透作用的研究2 1　实验用丙酮清洗SMC 塑料表面, 再喷涂聚苯乙烯清漆, 待涂膜实干后, 用XPS 分别对涂膜表面和剥离后的界面进行元素分析, 涂膜表面和剥离后的界面的元素含量见表1。2 2　分析及结论涂膜表面的XPS 宽谱表明, SMC 塑料的聚苯乙烯涂膜表面含有C、O 两种元素, 且O 元素以两种状态出现, C、O 两元素的原子数比为94 45∶5 55。由于聚苯乙烯并不含氧元素, 因此, 涂膜表面的氧元素是SMC 塑料中酯基的羰基氧和醚氧。对涂层进行一定程度剥离后的XPS 分析表明, O 元素仍然以两种状态存在, 并且O1s的光电子的信号增强, 表明O 元素在该界面的含量增加, 剥离后界面的C、O 原子数比为84 77∶15 23。XPS 测试结果表明, 在聚苯乙烯涂层表面,出现了SMC 塑料的酯基, 并且在涂层至SMC 基材方向上, O 元素的含量逐渐增加。这表明聚苯乙烯树脂高分子向SMC 塑料表层进行了扩散、渗透, 形成一扩散层, 其层中SMC 塑料高分子与涂料树脂高分子相互缠绕, 使塑料与涂层之间形成了渗透粘附结合。3　SMC 塑料- 丙烯酸酯涂料界面渗透作用的研究3 1　实验用丙酮清洗SMC 塑料表面, 再喷涂丙烯酸酯涂料, 待涂膜实干后, 用XPS 对涂层及剥离后的界面进行元素分析, 涂膜表面和剥离后界面的C、O 原子数比见表2。3 2　分析及结论丙烯酸酯涂膜表面的XPS 宽谱表明, 涂膜表面含有C、O 两种元素, 并且O 元素以两种状态出现, C、O 两元素的原子数比为70 39∶29 61。与丙烯酸酯涂料中C、O 原子数比73 94∶26 6 明显不同( 丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯单体投入比为20∶30∶1) , 说明丙烯酸酯涂膜表面含有SMC 的酯基。第一次剥离和第二次剥离后界面仍然含有两种状态的O 元素, 但C、O 两元素的原子数比不断增加, C 原子的含量呈上升趋势,在深膜至SMC 基材方向上, 呈现出C、O 两元素的浓度梯度。这表明SMC 塑料与丙烯酸酯涂料在界面上发生了渗透作用, 并形成一扩散层, 在该界面上存在渗透粘附作用。4　聚丙烯塑料- 丙烯酸酯涂料界面渗透作用的研究4 1　实验用丙酮清洗聚丙烯塑料表面, 然后喷涂一层丙烯酸酯清漆, 待涂膜实干后, 用XPS对涂膜表面和剥离后的界面进行元素分析,涂膜表面、剥离后的界面的C、O 原子数比见表3。4 2　分析及结论丙烯酸酯涂膜表面的XPS 宽谱表明, 涂膜表面含有C、O 两种元素, 其中O 元素以两种状态出现, 这两种状态的氧是丙烯酸酯高分子中的羰基氧和醚氧。对涂膜进行第一次和第二次剥离后的XPS 测试表明, O 元素仍然以两种状态出现, 但界面上的C、O 原子数比发生了变化, 在由涂膜至底材的纵深方向, C 原子含量逐渐增加, O 原子的含量逐渐降低。这表明丙烯酸酯涂料与聚丙烯塑料在界面上发生了相互扩散、渗透作用, 并存在一扩散层, 致使塑料与其涂层形成了渗透粘附作用。5　结论对于热固性塑料和结晶性好的聚烯烃塑料, 对酮类和酯类溶剂仍表现出一定程度的敏感性, 塑料表面的轻微溶胀, 导致了涂料树脂高分子与塑料高分子之间的扩散与渗透, 并形成一扩散层, 在该界面上形成了渗透粘附作用, 提高了涂层对塑料底材的附着力。