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聚氨酯和环氧涂料粘结改性剂
Oxford Advanced Surfaces

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高性能材料通常不易粘结。Oxford Advanced Surfaces 公司的Sarah Vickers 介绍了一种可以改善聚氨酯和环氧涂料粘结剂与难于粘结的基体间粘结效果的方法，并介绍了Onto™表面处理剂。增强热塑性塑料由于兼具强度和其他性能优势，例如质量轻、高韧性和耐化学性，越来越多地作为金属材料的替代材料应用于高性能产品中。工程塑料和特种塑料多为半结晶状态，因而具有优异的耐溶剂性和热稳定性，这样在赋予其优秀的整体机械性能的同时，也使其缺少表面化学活性，导致其表面非常难于粘结。涂层耐久性和部件粘结性涂层耐久性和部件粘结性在很多高性能应用领域非常重要。很多时候要求基体具有功能性涂层或装饰性涂层，并且涂层能够持续至产品整个寿命周期。基体与涂层之间界面的粘结强度低会对产品性能造成非常不利的影响。特别是在受到气候环境侵蚀和磨蚀，以及需要重复使用的情况下尤为严重。在需要将基体和组件通过粘结剂粘结时，也会出现类似问题。因为基体与粘结剂之间界面的粘结强度低会导致剥离分层。很显然，在耐久性作为关键特性时，剥离是不可接受的。表面改性方法为了实现与热塑性基体良好的粘结效果，基体表面一般都要进行活化或改性。很多行业采用电晕或等离子法进行表面活化，然而这种工艺由于需要特定的设备，不是所有场合都适用的。刻蚀工艺如等离子或激光烧蚀，机械粗化如喷砂是通用的表面活化方法，但是由于需要足够粗糙，有时会对表面产生损伤。特别是材料表面的纤维含量比较高时，可能会导致产品性能下降。工程塑料和特种塑料通常也会采用底漆改善粘结效果。然而，这种处理剂通常含有芳烃类和氯化聚烯烃溶剂，鉴于环境法规的限制，生产过程中应尽量少用甚至不用这些有毒的化学物质。 Onto™表面处理剂 Oxford Advanced Surfaces（OAS）开发了一种改善涂层和基体粘结效果的表面处理剂，即Onto ™处理剂。 Onto ™处理剂可以以溶液形式作用在基体表面，经过简单固化，在基体表面形成永久牢固的多功能材料层。其功能可以根据树脂的化学类型进行调整，以便与各种组分涂层、油墨和粘结剂匹配。Onto ™是高反应活性碳烯类物质的前驱体。在非活性状态下，其对热和光都稳定，因此不需要控制运输和贮存环境，可溶于多种溶剂，如酒精/ 水的混合物，并可通过调整配方以适应特种生产要求。在作用于基体之前，需要对其进行化学活化，以实现在固化时具有对光和热的敏感性。一旦经过化学活化，Onto ™组分就可以通过多种标准湿法涂覆技术作用于基体表面，如浸渍、喷涂、柔印、K bar (meter rod)、metred slot、凹印、旋转和喷墨。工艺的多样性使其可以活化多种形式的材料，包括片材、薄膜、粉末、纤维和织物。（图片）（图片）（图片）固化阶段产生的高反应活性碳烯类物质，与基体表面形成化学键而不会影响基体的整体性能。由于功能性涂层永久附着于基体表面。与电晕和等离子处理明显不同的是，进一步的处理过程（层积、涂装、印刷等）都可以实现线下完成。湿法底漆处理由于存在使用期问题，通常需要在处理后几天或几小时内完成粘结。聚氨酯和环氧涂料在很多高性能领域如汽车和航空领域，采用的涂料和粘结剂一般是热固性的，如双组分聚氨酯和环氧树脂。在固化时发生交联反应，产生很强的化学键网络，以防止粘结不足，并可以满足耐候性要求。用于热塑性材料基体粘结的材料，如果出现剥离分层将会给产品性能产生非常不利的影响，因此需要进行适当的界面处理。近期OAS 开发了一种多功能表面处理剂- Onto ™ EP1000，可以改进双组分聚氨酯的粘结效果，也可用于阴离子型和阳离子型环氧树脂体系。它可以与环氧基团和氰酸酯基团形成共价键，也可以通过辅助机理促进硅氧烷环氧树脂、溶剂型热塑性聚氨酯的粘结效果。 EP1000 用于工程塑料 OAS 介绍了Onto ™ EP1000 对阳离子型双组分环氧油墨和超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 间的改性效果。UHMWPE 是一种没有有用表面化学的热塑性塑料，之所以采用UHMWPE 是因为不经过表面处理，其很难进行粘接。（图片）样品制备将Onto ™ EP1000 酒精/ 水混合溶液用K bar 自动喷到预清洗的基体上，涂层厚度大约200nm。在实验室对流恒温固化炉中固化，固化温度115℃。固化时间与固化炉功率、基体和Onto™厚度有关。成型温度可以根据使用和生产能力改变，温度越低，固化时间会越长。用自动喷涂机在Onto ™处理的UHMWPE 样品表面涂上Miracure Red 油墨(Mirage Inks)，干燥后的薄膜厚度约2μm，然后进行热固化。未经Onto ™处理的试样作为对比用的空白试样。（图片）粘结测试采用工业标准网格胶带试验法测试样品。这种激进测试证明涂层的粘结效果非常好。测试依据ASTM D3359-08标准采用Scotch tape 610 进行。所有用Onto ™处理过的样品都通过了5B 水平的测试，对比试样则未通过。可以看出存在明显差异，结果也可以完全重现。（图片）苛刻的条件已经证实了Onto ™ EP1000 对其他聚氨酯和环氧涂料与高性能塑料和复合材料间的粘结性。样品选择如表1 所示。暴露于苛刻的气候条件下，超过产品服役寿命，证明对比试样都发生剥离分层，而Onto ™处理的样品均达到了测试标准。结论 Onto ™表面改性剂使工程塑料、特种材料基体可以用于涂层耐久性和粘结强度要求高的领域，而不会出现剥离。而且，涂层组分都是根据基体特性而定制的，玻璃和金属与热塑性基体粘结时不需要改变配方，因为表面处理已经可以满足基体的粘结要求。 Onto ™处理剂在克服工艺和环境问题上比其他表面改性技术有很多优势。Onto ™ EP1000 已经证明可以改善双组分聚氨酯、环氧涂料与各种难于粘结塑料的粘结效果，包括聚烯烃、高温热塑性塑料复合材料。也可用于其他高性能基体材料，如聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚对笨二甲酸二甲酯、聚萘二甲酸乙二醇酯聚合物和这些材料的复合材料，也可以解决热固性材料的粘结问题。 3/27/2015


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