等离子体处理可有效增强UV涂料与塑料的粘合性

UV 涂层能够为产品带来更具吸引力的外观，并且UV涂层为塑料零件制造商提供了许多好处，包括提高性能、增强外观和各种工艺优势、快速成膜，然而提供了这些好处，使用UV涂层时表面附着力的难题也随之而来。由于这些涂层通常很少或根本不含溶剂，因此实现粘合更具有挑战性。常规的解决办法是利用化学处理，或使用UV底涂剂来解决粘附上出现的问题，目的是增强材料表面的附着力，增强粘结力。我们通过测试发现，常压等离子体提供了一种特别有效的手段，对于提高UV固化涂料对各种塑料材料的粘附力。

首先，与传统的热烘烤和固化相比，紫外线固化是一个非常快速的过程。UV涂层的另一个吸引人的特点是其持久的表面性能，最显著的是良好的耐刮性和抗损伤性。这些坚硬的表面特性使得紫外光固化涂料在硬木地板、光学涂料和CD/DVD涂料等应用中的普及。

UV涂料因其环保效益而受到环境监管机构的关注。粉末涂料几乎不排放挥发性有机化合物和有害空气污染物，但也不含溶剂。然而，溶剂的缺乏使黏着更加困难，大多数粉末施涂者在粉末涂层之前大量投资于化学预处理。总之，UV涂层在许多方面为用户提供了诱人的好处，同时也给正确黏着带来了巨大的障碍。快速固化和高交联密度导致机械应力。这些应力加上没有溶剂，减少了成功粘合的机会。UV固化涂层虽然可以提供所需的性能，但不能粘附在零件上。与传统涂层相比，UV固化涂层需要更高的表面能来获得足够的性能。

首先，我们总结一下常用的提高表面性能的方法，下一步我们重点介绍常压等离子体处理增强UV涂层粘附力的最新研究结果。

有几种方法可以改善涂层与塑料基材的粘合性。这些措施包括修改基材的成分，重新配方化涂层，向工艺中添加促粘剂，再涂一层底漆，或使用火焰或等离子表面处理提高基材表面的能量水平。塑料表面上的污染物会限制粘附力。这些污染物可能是塑料外部的，如土壤、脱模剂或油性指纹。或者，当材料迁移到表面时，污染物可能来自塑料内部。一种常见的方法是找到合适的清洁剂，如溶剂来去除它们。用溶剂手动擦拭零件会对工人的安全造成影响，因为接触有害或腐蚀性清洁剂和溶剂以及这些清洁剂排放的有害物质可能很危险。手工处理也很费时。对于高速处理，如果污染物残留很薄，使用自动去除方法(如等离子体去除)可能更加具有成本效益。

提高粘合力的有效方法是改变塑料的表面化学性质。构成聚合物表面大部分的饱和碳氢化合物也是相对惰性的，与涂层中的活性物质几乎没有亲和力。等离子体处理通过改变表面的碳氢化合物化学来提高表面和涂层之间的粘合性。粘合要求在涂层塑料界面上施加强大的力，以促进粘合。等离子体可以用来显著增加这种表面能。等离子体用亲水性和疏水性物质取代饱和烃。利用氧气来创造功能，可以增加表面的湿润性。在户外等离子体中产生的离子、电子和自由基以足够的能量撞击塑料表面，从而在大多数塑料基板的表面上分裂分子键。这种分解产生自由基，在氧存在下快速反应形成官能团，包括羰基(C=O)、羧基(HOOC)、过氧化氢(HOO-)和羟基(HO-)。即使是相对少量的这些反应性官能团，对提高粘附力也非常有益。等离子体处理对UV涂层粘附的有益影响已在以往的研究中已经得到证实。例如，常压等离子对提高汽车内饰用聚酰胺筋膜粘合力的影响。等离子处理对涂层生物医学设备的有益效果，等离子可以消除对塑料进行紫外线固化应用的动力处理和粘合促进剂的使用。

20世纪90年代后期商业化的UV粉末涂料的出现，将粉末涂料的应用范围从传统金属制品扩展到使用热敏性基材(如塑料和木材)的市场。 UV粉末结合了粉末涂料的成本效率，耐久性和环境友好性，以及UV交联提供的更快的速度和更低的温度使得UV固化粉末涂料在一系列应用中表现出非常不错的效果，但也认识到实现材料粘附的难度。

改善粘合性的替代方法，例如重新配制涂层或塑料，是昂贵且耗时的。其他技术，例如手动溶剂处理，对于高速自动化过程是不切实际的，并且要求工人处理经常有害的溶剂和危险的VOC，这些VOC会造成严重的健康和环境和安全问题。

测试使用常压等离子体处理材料表面，以克服与UV液体和粉末涂料相关的粘附失效。测试结果表明常压等离子体可有效增强UV涂料与塑料的粘合性。我们的测试还表明，等离子表面处理可以为多种UV粉末应用于许多普通塑料提供强有力的解决方案。