¿Hay algún revestimiento resistente a altas temperaturas en el plástico?
1 Teoría de la adhesión de superficies plásticas
Las superficies plásticas tienen poca energía libre y baja polaridad. Su energía libre superficial es inferior a 10-5J/cm2, por lo que resulta difícil adherirse a la superficie. Se han propuesto muchas teorías sobre la adhesión de recubrimientos a sustratos plásticos: teoría de la difusión, teoría de los parámetros de solubilidad, teoría electrostática, teoría de los enlaces químicos, teoría de la adsorción y del compromiso mecánico. Entre ellas, la teoría de la difusión es ampliamente reconocida, según la cual la adhesión del recubrimiento está estrechamente relacionada con la capacidad del recubrimiento para difundirse en la matriz plástica. De hecho, las diversas teorías no son contradictorias. Una vez que el recubrimiento penetra en el sustrato plástico, la mordida electrostática y mecánica entre el penetrante y el sustrato plástico mejorará significativamente la adhesión entre ellos. Para que el recubrimiento penetre en el sustrato plástico, primero debe poder humedecer bien el sustrato. Ajustando la proporción de cada componente en el recubrimiento, se puede extender sobre el sustrato. En este punto, el revestimiento y el sustrato plástico se unen mediante fuerzas químicas. Si los parámetros de solubilidad de la resina formadora de película y el sustrato plástico se seleccionan adecuadamente, se puede formar una capa mixta entre la película de pintura y la superficie plástica, permitiendo que surtan efecto las fuerzas electrostáticas y mecánicas de mordida entre la pintura y el plástico. Si bien la capa mezclada ayuda con la adhesión, depende de que el solvente de la pintura disuelva ligeramente el plástico. Si la pintura no se manipula adecuadamente, la superficie del sustrato plástico será desigual, la película de pintura se arrugará y las propiedades niveladoras serán deficientes, lo que afectará la apariencia. Por tanto, los parámetros de solubilidad del disolvente utilizado deben estar lo más alejados posible de la solubilidad del plástico. Dado que los plásticos y los recubrimientos son sistemas complejos física y químicamente heterogéneos, existen tensiones internas, como tensiones de contracción, tensiones térmicas, tensiones de deformación, etc., que afectarán negativamente a la adhesión de los recubrimientos. Por lo tanto, es necesario agregar aditivos adecuados. Seleccionar el sistema de revestimiento adecuado a eliminar. Los diferentes sustratos de plástico también deben elegir sistemas de recubrimiento adecuados basándose en el principio de estructura y polaridad similares.
2 Avances de la investigación sobre recubrimientos para diferentes sustratos plásticos
Los principales tipos de plásticos actualmente incluyen plásticos de poliolefina, PS, ABS, PC, PMMA, poliamida y poliéter. Entre ellos, los plásticos de poliolefina, ABS y PS son los más utilizados. Dado que la estructura y la polaridad de los diferentes sustratos plásticos varían mucho, se deben usar diferentes sistemas de recubrimiento para diferentes sustratos plásticos, como se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1 Se seleccionan diferentes sistemas de recubrimiento para diferentes sustratos plásticos en función de su estructura y polaridad.
Tabla 1
2.1 Recubrimiento de plástico de poliolefina
Los plásticos de poliolefina incluyen principalmente plástico de polipropileno (PP) y plástico de polietileno (PE). Los sustratos plásticos de poliolefina tienen alta cristalinidad, fuerte resistencia a los disolventes y baja polaridad y energía superficial. Además de un sistema de revestimiento adecuado, también se requiere una preparación adecuada de la superficie. Los recubrimientos de poliolefina clorada y los recubrimientos de resina de fluorocarbono que tienen estructuras moleculares y parámetros de disolución similares a los sustratos plásticos pueden proporcionar una buena adhesión y son la primera opción para este tipo de recubrimientos plásticos. También están disponibles pinturas epoxi, poliuretano y acrílicas de dos componentes. Hay dos tipos de recubrimientos para plásticos de poliolefina: uno es el recubrimiento que contiene poliolefina clorada (CPO). El CPO introduce el grupo polar "cloro" en la poliolefina, que se puede mezclar con algunas resinas de recubrimiento para humedecer la superficie del plástico y mejorar la adhesión. . El otro es un recubrimiento libre de CPO. Para mejorar la fuerza de unión entre el recubrimiento y el sustrato, es necesario introducir algunos grupos funcionales especiales.
2.2Revestimiento plástico ABS
El ABS es un polímero compuesto por acrilonitrilo, butadieno y estireno. Al cambiar las proporciones de los tres componentes, utilizar diferentes combinaciones y diferentes pesos moleculares de los polímeros, se pueden producir resinas ABS de diferentes especificaciones y modelos con diversas propiedades. El contenido actual de monómero oscila entre el 20 % y el 30 %; b representa del 6 % al 30 %; s representa del 45 % al 70 %. Se puede observar que ABS y PS tienen el mismo origen. Sin embargo, debido a su gran rigidez, alta dureza, buena tenacidad, buena superficie y buena formabilidad, su rango de aplicación supera con creces al PS. Pero relativamente hablando, su costo es más alto que el del PS, lo que restringe su desarrollo. Debido a que el ABS contiene monómero de estireno, los recubrimientos adecuados para recubrimientos de plástico PS también lo son para recubrimientos de ABS. Debido a que el ABS contiene el monómero polar acrilonitrilo, tiene una tensión superficial más alta que otros productos plásticos y es más fácil de recubrir. Puede elegir entre una amplia gama de recubrimientos, como recubrimientos volátiles, recubrimientos epoxi alquídicos nitro, recubrimientos a base de aceite de poliuretano y recubrimientos de conversión de dos componentes, como recubrimientos de poliuretano acrílico. Estos recubrimientos se pueden convertir en recubrimientos de textura metálica de colores claros, de colores semiclaros, de varios colores y de textura suave según las necesidades. Se desarrolló resina acrílica termoplástica como material base para recubrimientos de plástico ABS y se prepararon barnices y pinturas blancas correspondientes con buenas propiedades físicas.
La resina acrílica con bajo contenido de hidroxilo y la resina mixta de melamina y formaldehído eterificada se reticulan y se curan a baja temperatura bajo catálisis ácida para formar un recubrimiento plástico monocomponente de secado rápido, alto brillo y fuerte adhesión. Se utiliza resina acrílica como material base y nitrocelulosa para preparar pintura flash metálica de secado a temperatura ambiente. En comparación con la pintura flash acrílica amino, no requiere horneado a alta temperatura para formar una película y la construcción es muy conveniente. Luego, se utilizan resina acrílica termoplástica, acetato butirato de celulosa (CAB), diferentes aditivos y otras materias primas para fabricar recubrimientos superficiales para plásticos ABS, que también tienen textura metálica. Recientemente, Japón también ha desarrollado un recubrimiento a base de agua de imitación de metal para recubrimiento plástico, que está compuesto de resina polimérica dispersada en agua, pigmentos metálicos, pigmentos colorantes, aditivos formadores de película, aditivos de recubrimiento a base de agua y agua. Se puede utilizar para recubrir diversas superficies plásticas, especialmente ABS y PS.
Recubrimiento plástico 2.3PS
Debido a su buena formabilidad, hermosa apariencia y excelentes propiedades mecánicas integrales, su PS y ABS modificados dominan el mercado de carcasas de plástico para electrodomésticos. Debido a consideraciones de costo, los fabricantes aceptan más fácilmente el PS que el ABS. Sin embargo, la aplicación del PS puro es limitada debido a sus desventajas, como alta fragilidad, fácil fragmentación y mala resistencia al calor. HIPS, o poliestireno de alto impacto, obtenido modificando poliestireno con polímeros a base de caucho, se ha utilizado ampliamente en carcasas de electrodomésticos y está reemplazando cada vez más al ABS porque resuelve las deficiencias mencionadas anteriormente. HIPS es un plástico amorfo, incoloro y transparente que contiene moléculas polares que proporcionan una buena adherencia a los recubrimientos. Los sistemas aplicables incluyen recubrimientos epóxicos, recubrimientos de resina acrílica termoplástica, recubrimientos de resina de acrilato-poliuretano termoendurecible, recubrimientos de resina alquídica modificada con acrílico, recubrimientos de poliestireno modificado con resina alquídica, recubrimientos de celulosa modificada, etc. Liang Zengtian desarrolló un recubrimiento plástico para HIPS a base de resina acrílica. Modificó el recubrimiento de resina acrílica con nitrocelulosa e introdujo algunos grupos polares, como los grupos carboxilo y ciano, para mejorar la adhesión de la película de recubrimiento y logró buenos resultados. Fang Xiumin y otros modificaron la pintura de nitrocelulosa con resina acrílica para preparar una pintura de nitrocelulosa acrílica modificada con excelente rendimiento, que también se puede utilizar para el revestimiento de superficies de plásticos HIPS. Debido a que la industria nacional de televisores en color se ha desarrollado desde televisores en color de gama baja hasta televisores en color de alta gama, sus recubrimientos también se han desarrollado desde recubrimientos termoplásticos de una sola capa hasta recubrimientos de alto brillo. En este caso, Yang Guojun y otros desarrollaron un revestimiento de alto brillo para plástico HIPS en carcasas de televisores. El revestimiento consta de una imprimación acrílica termoplástica y un acabado de poliuretano y se prepara mediante el proceso 2C2B. Debido a los requisitos de protección ambiental, se han desarrollado recubrimientos a base de agua y recubrimientos curables por UV. Cui Jinfeng et al. desarrollaron un prepolímero de poliamida en forma de peine para plásticos curables por UV. Mediante la reacción de adición de resina de poliamida de bajo peso molecular y monoisocianato de uretano acrilato de etilo, se preparó un prepolímero con poliamida como cadena principal y diuretano acrilato de etilo como cadena lateral, que puede cumplir con los requisitos de aplicación de plástico HIPS. Igami, Kiyotaka et al. desarrollaron una composición polimérica para revestimientos de plásticos resistentes a la luz. La composición consta de un poliéster poliol que absorbe los rayos UV y un polímero que absorbe los rayos UV preparado a partir de un polímero acrílico o poliuretano. Recubierto sobre sustrato HIPS, puede mejorar la adhesión después del secado y tiene buena resistencia a la luz en condiciones húmedas.
3 Tendencias de desarrollo de los recubrimientos plásticos
Con el rápido desarrollo de los electrodomésticos, teléfonos móviles, automóviles y otras industrias, así como los nuevos requisitos de la gente para la decoración y protección de superficies externas, el plástico Los recubrimientos se están moviendo hacia Se desarrolla en la dirección de la protección ambiental y multifuncional.
3.1 Progreso de la investigación de recubrimientos plásticos funcionales
3.1.1 Recubrimientos plásticos ignífugos
Los recubrimientos ignífugos también se denominan recubrimientos ignífugos. El plástico en sí es un material polimérico y una sustancia inflamable. Agregar retardantes de llama eficaces a los plásticos y revestimientos puede lograr protección contra incendios. Alberto Fina et al. agregaron algo de isobutilsilsesquioxano (Al-POSS) que contiene aluminio como retardante de llama al PP, que tiene un efecto retardante de llama obvio en comparación con el PP sin Al-POSS. Wang Huajin y otros utilizaron resina de polietileno modificada con alto contenido de cloro como sustancia formadora de película, pentaeritritol como agente formador de carbón y polifosfato de amonio como catalizador formador de carbón para desarrollar un recubrimiento retardante de fuego ultrafino con excelentes propiedades retardantes de fuego adecuadas. para la superficie de productos plásticos. Wang Min y otros agregaron componentes de amida y guanidina a la resina para desarrollar un recubrimiento retardante de fuego. Cuando se calientan, los componentes de amida y guanidina se descomponen para producir una gran cantidad de gases no inflamables como NH3 y CO2, que soplan los componentes fundidos en una capa de espuma expandida. Esta capa de expansión tiene una fuerte función de aislamiento (aislamiento térmico, aislamiento de gas), protege el material base y dificulta que se alcancen las condiciones de combustión, por lo que puede prevenir incendios de manera efectiva. La patente china 1060859A también introduce un revestimiento retardante de fuego de plástico de poliuretano hecho de formaldehído, urea, hidróxido de sodio, melamina, diciandiamida, pentaeritritol, ácido fosfórico, trietanolamina y ácido clorhídrico.
3.1.2 Revestimiento plástico conductor
El revestimiento conductor es un nuevo tipo de revestimiento producido a finales de los años cincuenta. La principal diferencia con otras pinturas es la adición de masillas conductoras. Con el uso generalizado de electrodomésticos, teléfonos móviles, etc. Los recubrimientos conductores protegen contra interferencias electromagnéticas, interferencias de radiofrecuencia, interferencias de ruido de radio e interferencias de corona. Algunos revestimientos conductores también pueden desempeñar un papel antiestático, por lo que atraen cada vez más atención. GE Plastics ha desarrollado NorilGTX674PC, una resina conductora adecuada para sustratos de recubrimiento en polvo. La resina está hecha de poliamida y éter de polifenileno modificado y contiene cargas conductoras que pueden conducir electricidad.
Shendong Paint Company de Japón desarrolló recientemente una pintura conductora a base de agua para blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI), que se utiliza principalmente para recubrir la superficie interna de carcasas de plástico. Trimite Co., Ltd. de Axbridge lanzó recientemente dos nuevos recubrimientos de protección contra ondas electromagnéticas, J190 y J191, que pueden cumplir con los requisitos anti-EMI. Estos dos recubrimientos tienen un excelente poder cubriente y se utilizan en sustratos mixtos como ABS, PVC y éter de polifenileno modificado. Tienen alta adherencia y conductividad, lo que puede reducir en gran medida los costos y mejorar la eficiencia de la aplicación.
3.1.3 Recubrimiento plástico antiestático
Cuando la superficie de piezas no metálicas, como los plásticos, se frota o impacta con el flujo de aire y el líquido, la electricidad estática se genera y acumula fácilmente. Cuando la electricidad estática se acumula hasta cierto punto, se descarga, provocando fallas y desguace de diversos instrumentos de precisión y componentes electrónicos de precisión, e incluso provocando incendios o explosiones de artículos inflamables y explosivos, provocando enormes pérdidas de vidas y propiedades. Además, la electricidad estática acumulada en la superficie de los productos plásticos es difícil de purificar debido a la intensa acumulación de polvo, lo que afecta la apariencia del producto y su aplicación en entornos ultralimpios (como quirófanos, salas de ordenadores, instrumentos de precisión, etc.). ). Para evitar la generación y acumulación de electricidad estática en la superficie del plástico, el método de tratamiento externo actual consiste en aplicar un revestimiento antiestático sobre la superficie del plástico. Chen et al. utilizaron acrilato como material base y agregaron materiales conductores como grafito para hacer que la película de pintura tuviera una resistividad volumétrica de 104 ~ 109ω·cm. La mayoría de los recubrimientos antiestáticos fabricados con materiales conductores tienen mala adherencia y resistencia al aceite, colores feos y, en general, costos elevados. Debido a que algunas pinturas conductoras se pueden usar para prevenir la electricidad estática, también puede aplicar pintura conductora directamente para formar una capa antiestática para prevenir la electricidad estática. Por ejemplo, rociar o aplicar con brocha directamente nanomateriales compuestos de polianilina conductores sobre sustratos plásticos no solo desempeña un papel antiestático, sino que también tiene una alta adherencia y un bajo costo. La solución de agente antiestático también se puede rociar sobre la superficie del plástico. Por ejemplo, German Dressler rocía una solución tensioactiva (que contiene ≥ 20 % de solución orgánica) sobre la superficie de las piezas de plástico moldeadas para tener un efecto antiestático.
3.1.4 Revestimiento plástico resistente al desgaste y a los arañazos
Productos de plástico, como teléfonos móviles, grabadoras, televisores, etc. , a menudo en contacto con manos humanas, su revestimiento es fácil de desgastar, lo que requiere mejorar la resistencia al desgaste y al rayado del revestimiento. Ya en 1940, DuPont llevó a cabo investigaciones relevantes. Originalmente estaba destinado a mejorar las variedades de pintura existentes, pero el efecto no fue obvio. Posteriormente, el efecto de mejorar la resistencia al desgaste de la película de recubrimiento se logró mediante el uso de sistemas de organopolisiloxano como "Policarbonato MR-5000" y "TuffakCM-2". Las generaciones posteriores han trabajado mucho sobre esta base, convirtiendo los recubrimientos de silicona en la corriente principal de los recubrimientos resistentes al desgaste y a los arañazos. Posteriormente también se estudiaron las resinas de fluorocarbono. Su revestimiento duro tiene una excelente resistencia al rayado, al desgaste y otras propiedades. En los últimos años se ha utilizado mucho junto con resinas de silicona en el recubrimiento de productos plásticos. El Instituto de Química Orgánica de Shanghai ha desarrollado un recubrimiento fluoroplástico que contiene tetrafluoroetileno y terpolímero de etileno, que tiene buena resistencia al desgaste. Al mismo tiempo, también se están desarrollando barnices para plásticos endurecibles por UV. En comparación con los sistemas de silano, tienen las ventajas de una velocidad de curado rápida, fácil operación, bajo costo y sin contaminación ambiental. Patente estadounidense. 385.964 introduce un recubrimiento para plásticos curados con radiación ultravioleta, que puede usarse para el recubrimiento de superficies de plásticos de PC. En los últimos años, la gente ha explorado un nuevo tipo de recubrimiento, a saber, el recubrimiento compuesto orgánico-inorgánico, que agrega principalmente sílice inorgánica al recubrimiento. Zhang et al. utilizaron un proceso de polimerización en emulsión de núcleo-cubierta y monómeros funcionales para modificar la emulsión y prepararon una emulsión de estireno-acrílico con una estructura de núcleo/cubierta, que luego se combinó con nanosílice para obtener un plástico nanocompuesto a base de agua de alto rendimiento. revestimiento. La dureza del recubrimiento supera los 3H y la resistencia al rayado y al desgaste mejoran enormemente. Nakaya, Hidekazu y otros utilizaron la tecnología sol-gel para hacer reaccionar oligómeros de siloxano con alcoxisilano que contiene fenilo para preparar sustratos de polisiloxano y polímeros orgánicos que contienen fenilo uniformemente dispersos en el sustrato. También desarrollaron un recubrimiento duro compuesto orgánico-inorgánico para sustratos plásticos con buena resistencia al rayado. resistencia.
3.1.5 Otros recubrimientos plásticos funcionales
En los últimos años también se han estudiado otros recubrimientos plásticos con funciones especiales, como recubrimientos anticorrosión, recubrimientos anticondensación, etc. . Por ejemplo, hay informes sobre recubrimientos plásticos anticorrosión de polianilina en los Estados Unidos y Alemania. También se puede aplicar a la mayoría de los equipos metálicos y tiene funciones anticorrosión, extendiendo la vida útil del material 10 veces. Lu, Pang Jiayi y otros estudiaron un recubrimiento para plásticos anticondensación. Después del recubrimiento y secado, el recubrimiento puede formar un recubrimiento anticondensación insoluble y termosellable sobre la película de polímero.
3.2 Desarrollo de recubrimientos plásticos a base de agua
Debido a la protección ambiental y los requisitos de recursos, en los últimos 10 años, la gente ha requerido restricciones en el uso de recubrimientos tóxicos y con alto contenido de COV. La Unión Europea incluso formuló en 2004 una regulación integral que prohíbe la producción, venta y uso de solventes orgánicos. Ha promovido que la industria de recubrimientos avance hacia recubrimientos poco tóxicos y respetuosos con el medio ambiente representados por recubrimientos a base de agua, recubrimientos con alto contenido de sólidos, recubrimientos fotopolimerizables y recubrimientos en polvo, de los cuales los recubrimientos a base de agua son los más importantes. Si China quiere integrarse al mundo, también debe trabajar duro en recubrimientos plásticos a base de agua, libres de contaminación y de bajo costo. Ya a finales de los años 1980 y principios de los años 1990, países desarrollados como Europa y Estados Unidos comenzaron a investigar y desarrollar recubrimientos plásticos a base de agua, y hasta el día de hoy cuentan con un gran número de patentes. La investigación y el desarrollo de recubrimientos a base de agua en mi país comenzaron tarde y hay pocos informes sobre recubrimientos a base de agua para plásticos. Zhang Jinglin desarrolló una resina acrílica a base de agua para plásticos y preparó las correspondientes pinturas de color blanco plateado, azul de ftalocianina y rojo hierro, cuyo rendimiento cumplía con varios estándares.
El Centro de Investigación y Desarrollo de Química de Polímeros del Instituto de Química Orgánica de Chengdu de la Academia de Ciencias de China ha trabajado mucho sobre las bases teóricas de tecnologías clave para recubrimientos plásticos a base de agua y ha realizado investigaciones previas sobre plásticos a base de agua. en China para completar la preparación de dispersiones acuosas de polímeros nanométricos utilizando tecnología de polimerización en emulsión sin jabón. Las nanopartículas poliméricas preparadas tienen un tamaño de partícula de 30 a 80 nanómetros y están distribuidas uniformemente. Chengdu Keen Fine Chemical Co., Ltd. utiliza una nueva tecnología única de síntesis de nanomateriales poliméricos para preparar resinas nanodispersas de polímeros a base de agua, con los correspondientes rellenos y aditivos. El proyecto "recubrimiento plástico a base de agua a nanoescala ecológico y ecológico". ha entrado en la etapa de prueba piloto y transformación de la industria. El desempeño principal ha alcanzado el nivel avanzado de productos extranjeros similares, llenando el vacío interno, y el producto y la tecnología de preparación se encuentran en el nivel líder en el país. En la actualidad, ha comenzado a cooperar con Changhong Group Electric Co., Ltd. para desarrollar el revestimiento de carcasa de TV Changhong.
4 Conclusión
En los últimos años, con la mejora de la conciencia ambiental de la gente, el desarrollo de recubrimientos plásticos a base de agua seguramente cumplirá con los requisitos de los tiempos y eventualmente reemplazará los disolventes. Recubrimientos a base. Sin embargo, la adhesión actual de los recubrimientos plásticos a base de agua a los plásticos es muy pobre y muy inferior a la de los recubrimientos a base de solventes, lo que restringe su desarrollo. Cómo resolver este problema será la máxima prioridad de los investigadores de recubrimientos. Para resolver este problema, muchos investigadores comenzaron a explorar nuevos procesos de síntesis y a preparar resinas compuestas a base de agua modificadas para reemplazar los procesos de síntesis tradicionales y las resinas individuales.