塑料表面预处理技术及其应用

1.脱脂、除尘和退火

（1）脱脂、除尘 塑料表面如果粘上油污，也会像金属一样，使涂料的附着力变差，涂层产生龟裂、起泡、脱落等现象。因此，塑料表面的脱脂工序非常重要。塑料表面的脱脂方法与金属表面的脱脂方法类似，可以用碱性溶液脱脂或溶剂脱脂。耐溶剂性差的塑料，如聚苯乙烯等，可用低级醇（乙醇）或用中性清洗剂溶液进行处理。对于使用擦洗法还不能充分除去的脱膜剂，可以用砂纸打磨去除。

由于塑料是绝缘体，容易产生静电而吸附灰尘，因此在洗涤和干燥过程中还可能再次粘上灰尘，故常用离子化空气来除尘。在空气喷头的气体出口处装有两对高压电极，利用火花放电（又称为电晕放电）使空气电离化。这种离子化的空气吹到塑料表面，能够中和灰尘的电荷，使得灰尘易于被清除。该方法能同时起到除静电和除灰尘的作用。

（2）退火 塑料制品在成型时易形成内应力。在涂装、溶剂处理时，塑料制品局部受到有机溶剂的溶解、溶胀作用，则易在内应力集中处开裂。所以有时需要将塑料制品加热到稍低于热变形的温度，并保持一定时间，以缓解成型时产生的内应力，从而防止龟裂，这就是塑料制品的退火处理。

2.化学处理法

化学处理法的原理是通过适当的化学物质（如酸、碱、氧化剂等）对塑料表面进行处理，使其氧化产生活性基团，或选择性地去除表面低分子成分、非晶态成分，使表面粗化并具有多孔性，从而改善涂料在塑料表面的附着力。

（1）溶剂处理和碱处理法 塑料制品在接近于沸点的过氯乙烯或三氯乙烯中进行浸渍处理时，表面的低分子部分、无定型部分能被洗去而成为凸凹状，然后再在塑料制品表面涂上含氯的聚合物，这样涂料在其上的附着力可明显提高。

用碱（如氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙）处理塑料表面也有一定的作用。对于聚对苯二甲酯、乙二醇酯塑料，处理时随着碱浓度的升高和处理温度的升高，涂料在其上的附着力呈上升趋势。

对于普通塑料，只要喷或涂上溶剂，再轻轻摩擦，即可除去附着在表面上的脱膜剂（如蜡、硅酮和硬脂酸等），同时还能除去油污。在选用溶剂时，应考虑溶剂的溶解性、蒸发速度等因素。耐溶剂较差的聚苯乙烯酯等塑料宜采用低级醇（乙醇、异丙醇等），热塑性塑料可用甲苯、丙酮、香蕉水，聚 烯烃类塑料可采用氯化烃类和萘烷等高沸点溶剂。

中性清洗剂和碱性清洗剂也常用来处理塑料表面。例如，用碱金属、碱土金属化合物的二烷基亚矾溶液来处理塑料表面，能提高涂料的附着力。

氟利昂（二氟三氯甲烷）也可用来处理塑料表面。用丙酮、丁酮浸渍聚乙烯、聚丙烯塑料，其处理温度在25℃至酮的沸点之间（如聚丙烯塑料在78℃的丁酮中浸渍5min），可以提高涂料在其上的附着力。

（2）铬酸、硫酸混合溶液法 这种方法的原理是通过表面氧化导入的亲水性基团和其他基团的作用，提高塑料表面的润湿性，使表面刻蚀为可控制的多孔性结构，达到增强涂料在塑料表面上的附着力的目的。

用重铬酸钾7份、硫酸150份、水12份（质量份）的混合溶液对聚乙烯和聚丙烯塑料进行处理，温度为15～30℃，时间为5～10min，就能达到很好的表面处理效果，处理后用水洗干净并干燥，即可进行涂装。

聚苯乙烯塑料在80℃的硫酸中浸渍2～3s，接触角可减少到接近0°，具有非常好的亲水性，其主要原因是聚苯乙烯的苯环被磺化，处理后用水洗干净并干燥，即可进行涂装。

在室温下将普通的聚甲醛塑料浸渍在重铬酸钾11份、硫酸400份、水44份（质量份）的混合溶液中处理后，其表面可以粗化，处理后用水洗干净并干燥，即可进行涂装。

如果塑料在成型时模具的温度太低，则会导致不含球晶的表面层厚度大于2μm，这样经酸类处理后其表面易产生龟裂现象，此时只有用研磨法或喷砂法（粒度为0.02～0.04μm的细砂）处理塑料表层，才能避免龟裂。塑料表面用质量分数为40%的磷酸处理后，涂料在塑料表面上的附着力有明显的提高。

（3）偶联剂处理法 偶联剂处理法的原理是有机硅、有机钛偶联剂在处理塑料（特别是表面上具有—OH、—COOH或—NH₂等官能团）时，能与塑料生成共价键，从而提高涂料的附着力。聚乙烯等塑料表面没有这样的官能团，可以通过表面处理，使之形成—OH或—COOH基团，然后再和硅烷反应。(www.xing528.com)

（4）气体处理法 在高温和紫外线辐射下，用二硫化碳气体处理聚乙烯，能使之生成硫醇基，继续处理会生成磺酸基等，从而可提高塑料表面张力、润湿性和涂塑在其上的附着力。氟塑料等可先用锂蒸气处理，生成锂的氟化物，再除去氟化锂，就可使表面活化。塑料表面用臭氧（O₃）处理，可使表面氧化，形成、COOH基，或使链断裂形成—OH和—COOH等端部活性基，从而提高塑料表面的润湿性，增加涂料在其上的附着力。

（5）单体处理法 有些塑料表面在进行溶剂处理或用水洗涤时，会吸附溶剂或水分，使涂装后的涂层起泡并影响涂料的附着力。对于这些不适宜用溶剂或水处理的塑料，可用聚合的单体（通常是液体）代替溶剂处理，然后再使单体聚合，就完全可以改善涂料在这些塑料表面上的附着力。

选用的聚合单体结构最好与塑料材料的单体结构相同或类似。例如，聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、硬质聚氯乙烯、乙酸纤维素、不饱和聚酯树脂等塑料的表面，都可用乙烯类不饱和单体进行处理。这种乙烯类不饱和单体应对塑料有浸透性，溶胀性和适当的溶解性。适用于塑料表面处理的乙烯类单体有乙酸乙烯、乙氧基、丁氧基、苯、甲苯、α-甲基苯乙烯、二乙烯苯、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酸、顺丁烯二酸及这些酸的酯类。其他还有甲醇、丁醇、乙二醇、丙二醇等与上述酸所组成的单酯或二元酯，例如（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酸乙酯、（甲基）丙烯酸乙基乙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯等。这些单体可以单独使用，也可以混合使用。所使用的单体结构最好与塑料的单体结构相同或类似。例如，聚甲基丙烯酸甲酯塑料用（甲基）丙烯酸酯类单体处理，聚苯乙烯塑料用芳香族乙烯类单体处理。单体的相对分子质量以50～200为宜，单体的沸点要高于室温而低于150℃。单体中可加入适当的有机溶剂，处理后要使多余的单体挥发掉或将其吸附掉（用滤纸）。可根据不同的塑料采用不同的处理方法，通常是浸渍1～15min，取出后放置3min以上，使其挥发干燥后用滤纸吸附掉多余的单体。

（6）表面接枝法 塑料表面经单体或气体处理后，都可以进行接枝聚合。提供接枝聚合的能量可以是化学能、紫外线及电解法和气体放电法放出的能量。接枝方法可以改变塑料表面的化学结构，从而提高塑料表面的润湿性、附着力和涂装性。

3.物理处理法

（1）紫外线辐射法 塑料制品的表面经紫外线辐射处理后，结构将发生变化。例如，聚丙烯塑料在空气中经紫外线辐射后，表面羰基（C=O）和羟基（—OH）增加，聚合链有断裂。这些变化有利于涂料附着力的提高，紫外线波长越短，附着力提高得越明显。

（2）火焰处理法 火焰处理法的原理是将火焰喷射到塑料表面，使塑料表层分子局部氧化，从而改善其润湿性和涂料在其上的附着力。火焰和塑料表面接触部分的温度为1000～2800℃，但处理时间极短（以秒计算），塑料不会损伤熔化，最好在与火焰不接触的侧面用水冷却。操作时，要调节好空气（或氧气）与可燃性气体的混合比例，以保持适当的氧化程度。火焰处理法所用的设备简单，成本较低，但处理后塑料表面的亲水性不高，且易因受紫外线照射而老化。

（3）离子轰击法 又称为溅射刻蚀处理法，是把塑料表面作为阳极，用低压辉光放电或其他方法生成的正离子，对塑料表面进行轰击。因为用加速了的正离子碰撞塑料表面的分子或原子，所以这些正离子对塑料表面进行了刻蚀处理，在塑料表面就形成若干微小的突起。经过刻蚀处理后的塑料表面能明显地提高涂料的附着力。此方法广泛用于汽车塑料件的表面处理。

（4）热风处理法 与火焰处理法相比，热风处理的温度较低（300℃左右），且不一定用氧化性火焰。热风处理法通常与化学处理法配合使用。

（5）等离子体处理法 在高真空条件下，或在强电场、高温、激光等的作用下，物质的中性原子或分子就会失去电子，电离为离子或分解为自由基。这种物质所包含的正电荷与负电荷相等，称为等离子体。等离子体技术用于处理塑料表面，解决了溶剂处理时带来的污染问题。用等离子体处理塑料表面，既能提高涂料的附着力，也能提高塑料表面的性能。常用的等离子体有两种：一种是低温高真空等离子体，又称为非平衡等离子体，采用这种等离子体处理称为辉光放电处理；另一种是局部高温的等离子体，又称为平衡等离子体，采用这种等离子体处理通常又称为电晕处理（火花放电处理）。产生等离子体的方法有直流电放电法、高频放电法、微波放电法等。

4.塑料表面预处理质量的检查

对塑料制品表面预处理的程度和均匀性必须进行检查，以保证随后的涂装质量。检查方法有以下三种：

（1）水浸润法 将表面处理完毕的塑料制品浸入水中，取出后观察水膜的完整情况和水膜破裂的时间。处理良好的工件，其表面会全部被润湿，并且水膜在一定时间内不破裂。

（2）接触角法 将液滴滴在处理完毕的工件表面，观察接触角的大小。处理程度越好，接触角越小，甚至达到完全铺展的程度。

（3）品红着色法 将表面处理完毕的工件浸入酸性品红溶液中，取出后用水冲洗。塑料表面处理的程度和均匀性分别与着色程度和均匀性程度成正比。