CN108441110B - 一种在塑料基材表面施加的涂层体系以及制备的塑料制品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在塑料基材表面施加的涂层体系，包含UV固化底漆和耐磨保护PVD涂层，其中UV固化底漆组成包括：有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯30‑60份，环氧丙烯酸酯20‑40份，活性稀释剂5‑20份，硫醇官能化合物5‑20份，光引发剂2‑5份，助剂0.5‑2份；耐磨保护的PVD涂层为TiaX(1‑a)CrNsOt涂层；其中X为Si或/和Al，0.5≤a＜1，r+s+t＝1，并且涂层的厚度为0.5μm‑5μm。制备塑料制品表面具有金属光泽，涂层附着力好，耐久性能优异，还具有优异的耐磨损和抗划伤性能，适用于包装品、工艺装饰品、电子、家电与汽车等行业。

Description

一种在塑料基材表面施加的涂层体系以及制备的塑料制品
技术领域
本申请涉及一种塑料基材表面用的涂料领域，特别涉及一种包含UV固化底漆和耐磨保护的PVD涂层的涂层体系.
背景技术
为了在基材的表面上施加金属耐磨层，作为基于真空的涂覆方法已知的是物理气相沉积PVD方法。物理气相沉积技术是一种在真空条件下采用物理方法，将固体或液体材料表面气化成气态原子、分子或离子状态，并通过低压气体过程，在基材表面沉积具有某种特殊功能薄膜的技术，主要包括真空蒸镀、阴极溅射、离子镀等。采用此技术制备的超硬薄膜不仅超硬，超薄，耐高温，无污染，能满足工具、零件和摩擦磨损件表面耐磨损、抗氧化、防腐蚀等特殊性能。
PVD方法的非常低的工艺温度可以实现低熔点塑料的涂覆，但塑料基材或塑料零件表面大多数不够完美，至于施加PVD涂层存在附着力不够或者耐久性差的问题。现有技术中虽然在PVD涂层之下先施加底漆，但多采用双组份的含溶剂的底漆，需要热干燥制造，存在不环保，能耗高的技术问题。
本发明针对现有技术的不足，提供一种在塑料基材表面施加的涂层体系，制备方法简单，环保，无污染，制备塑料制品表面具有金属光泽，附着力好，耐久性能优异，还具有优异的耐磨损和抗划伤性能。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种在塑料基材表面施加的涂层体系，制备塑料基材表面具有金属光泽，涂层附着力好，耐久性能优异，还具有优异的耐磨损和抗划伤性能，包含UV固化底漆和耐磨保护的PVD涂层。适用于包装品、工艺装饰品、电子、家电与汽车等行业。
进一步地，本发明的UV固化底漆组成包括：
所述硫醇官能化合物的官能度为3或4，包含季戊四醇四巯基乙酸酯，三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)的一种或两种；
所述活性稀释剂的官能度为3以上，包含三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，季戊四醇四丙烯酸酯，乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯，二季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或几种；
本发明中的UV光固化底漆涂层可通过本领域常规的制备工艺制备。可利用喷涂、淋涂或浸涂的方法将涂料涂覆在塑料基材表面，通过UV固化得到底漆涂层。
耐磨保护的PVD涂层为TiaX(1-a)CrNsOt涂层；
其中X为Si或/和Al，0.5≤a＜1，r+s+t＝1，并且涂层的厚度为0.5μm-5μm；
PVD涂层可采用本领域常规的工艺制备涂层，可采用真空蒸发镀、离子镀或磁控溅射镀等方法来形成所述涂层。
进一步，优选地，UV固化底漆组成包括：
本发明还提供了一种所述的涂层体系在塑料基材表面的应用。
本发明还提供了一种塑料制品，由包含上述涂层体系的塑料基材制备得到。
本发明中所采用的塑料基材可为聚甲基丙烯酸酯，聚碳酸酯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
本发明有益的效果：
1、本发明提供的UV固化底漆，采用有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯为基料，有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯能够提供优异的耐候性和耐热性，满足PVD涂层的涂覆要求，环氧丙烯酸酯能够提供优良的附着力和耐溶剂性能，同时加入高官能度的活性稀释剂和硫醇官能化合物，在紫外光的固化下，硫醇官能化合物与丙烯酸酯聚合物反应交联，形成交联共聚物，实现涂层的高硬度，同时还能够保证与基材的附着力柔韧性，同时硫醇官能化合物的硫醇基容易和金属表面反应，从而提高与PVD涂层之间的附着力，从而使得涂层体系的附着力好，耐久性能优异。
2、本发明中使用的PVD涂层与底漆涂层的附着力高，赋予塑料基材金属质感，同时赋予塑料优异的硬度，耐磨损和耐刮伤性能，耐候性和耐久性能优异。
3、本发明提供的涂层体系制备方法简单，能耗低，环保，无污染，能够广泛适用于包装品、工艺装饰品、电子、家电与汽车等行业。
具体实施方式
以下，通过实施例对本发明进行具体说明，但本发明不限定于此。
本发明中的UV固化底漆涂层的制备通过喷涂将涂料喷涂与塑料基材表面，通过UV固化得到底漆涂层，采用UV能量为500-1500mJ/cm2，UV强度为80-150mW/cm2。
本发明中的PVD涂层使用具有旋转基底载体的来自Balzers的Innova涂覆装置来沉积本发明制备的涂层通过以下功能测试：
[附着力的测试]
按照ASTM D3359-02进行百格测试，进行结合力测试，依次分为1B-5B:
5B:完全光滑，格子边缘没有任何剥落；
4B:小片剥落，划格区内实际明涂层。对于靶材，使用熔融冶金或粉末冶金制造的Ti-Al和/或Ti-Si靶材来制造涂层；并在下列条件下通过使用电弧气相沉积来形成所述涂层：总压力为0.1Pa至10Pa，保护气体可为N2、O2和/或Ar气氛中，偏压在50-200V之间。破损≤5％；
3B：部分剥落，其面积大于5-15％；
2B：大片剥落，其面积大于15-35％；
1B：方格部分或全部剥落，其面积大于35％-65％
0B：成片涂层脱落，脱落总面积大于65％。
[耐划伤性测试]
按照ASTMD3363-05进行铅笔硬度测试，按照ASTM D5178-9进行耐划伤性测试。
[抗磨耗功能测试]
按照ASTM D968-05进行落砂试验。
[耐久性测试]
冷热循环测试：将样品至于温度不断变化的仪器(高温80℃/90％湿度，低温-20℃)72h，然后将样品取出目视评判外观并进行附着力测试。
耐水性测试：将样品置于40℃的水中浸泡24h，然后将样品取出，擦干表面水，冷却后进行附着力测试。
耐化学品测试：取护肤品，清洁剂、咖啡、饮料等涂抹于样品表面，至于80℃/90％湿度的恒温恒湿箱中96h，然后将样品取出，擦净后，目视评判外观有无异常。
具体实施例及相关性能检测如下：
实施例1
一种塑料基材表面施加的涂层体系，包含UV固化底漆和耐磨保护的PVD涂层，其中UV固化底漆的组成为，有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯30份，环氧丙烯酸酯30份，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯10份，季戊四醇四巯基乙酸酯10份，光引发剂3份，助剂1份；耐磨保护的PVD涂层为Ti0.8Al0.2N涂层，厚度为1μm；
通过喷涂将底漆喷涂于塑料基材表面，通过UV固化得到底漆涂层，采用UV能量为1000mJ/cm2，UV强度为100mW/cm2；再将光固化后的塑料基材通过PVD工艺涂覆PVD涂层，制备塑料制品。
制备的塑料制品，表面呈现金属光泽，附着力为5B级，铅笔硬度可达到5H，通过16L落砂冲击测试，RCA耐磨测试800回，无磨损，水中浸泡24h后附着力无变化，冷热循环后外观无异常，附着力为4B级，耐化学品测试后无异常。
实施例2
一种塑料基材表面施加的涂层体系，包含UV固化底漆和耐磨保护的PVD涂层，其中UV固化底漆的组成为，有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯60份，环氧丙烯酸酯40份，乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯20份，三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)15份，光引发剂5份，助剂1份；耐磨保护的PVD涂层为Ti0.6Al0.4N涂层，厚度为2μm；
采用与实施例1相同的工艺制备塑料制品。
制备的塑料制品，表面呈现金属光泽，附着力为5B级，铅笔硬度可达5H，通过16L落砂冲击测试，RCA耐磨测试800回，无磨损，水中浸泡24h后附着力无变化，冷热循环后外观无异常，附着力为4B级，耐化学品测试后无异常。
实施例3
一种塑料基材表面施加的涂层体系，包含UV固化底漆和耐磨保护的PVD涂层，其中UV固化底漆的组成为，有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯40份，环氧丙烯酸酯20份，乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯10份，三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)8份，光引发剂2份，助剂1份；耐磨保护的PVD涂层为Ti0.8Al0.2N涂层，厚度为1μm；
采用与实施例1相同的工艺制备塑料制品。
制备的塑料制品，表面呈现金属光泽，附着力为5B级，铅笔硬度可达6H，通过16L落砂冲击测试，RCA耐磨测试1000回，无磨损，水中浸泡24h后附着力无变化，冷热循环后外观无异常，附着力为5B级，耐化学品测试后无异常。
实施例4
一种塑料基材表面施加的涂层体系，包含UV固化底漆和耐磨保护的PVD涂层，其中UV固化底漆的组成为，有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯50份，环氧丙烯酸酯30份，二季戊四醇六丙烯酸酯15份，季戊四醇四巯基乙酸酯15份，光引发剂3份，助剂1份；耐磨保护的PVD涂层为Ti0.8Al0.2N涂层，厚度为1μm；
采用与实施例1相同的工艺制备塑料制品。
制备的塑料制品，表面呈现金属光泽，附着力为5B级，铅笔硬度可达6H，通过16L落砂冲击测试，RCA耐磨测试1000回，无磨损，水中浸泡24h后附着力无变化，冷热循环后外观无异常，附着力为5B级，耐化学品测试后无异常。
实施例5
一种塑料基材表面施加的涂层体系，包含UV固化底漆和耐磨保护的PVD涂层，其中UV固化底漆的组成为，有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯40份，环氧丙烯酸酯20份，乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯10份，三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)8份，光引发剂2份，助剂1份；耐磨保护的PVD涂层为Ti0.8Si0.2N0.5O0.5涂层，厚度为1μm；
采用与实施例1相同的工艺制备塑料制品。
制备的塑料制品，表面呈现金属光泽，附着力为5B级，铅笔硬度可达5H，通过16L落砂冲击测试，RCA耐磨测试800回，无磨损，水中浸泡24h后附着力无变化，冷热循环后外观无异常，附着力为4B级，耐化学品测试后无异常。
对比例1
一种塑料基材表面施加的涂层体系，包含UV固化底漆和耐磨保护的PVD涂层，其中UV固化底漆的组成为，有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯30份，环氧丙烯酸酯30份，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯20份，光引发剂3份，助剂1份；耐磨保护的PVD涂层为Ti0.8Al0.2N涂层，厚度为1μm；
采用与实施例1相同的工艺制备塑料制品。
制备的塑料制品，表面呈现金属光泽，附着力为3B级，铅笔硬度可达5H，通过12L落砂冲击测试，RCA耐磨测试600回，无磨损，水中浸泡24h后附着力为2B，冷热循环附着力为B级，耐化学品测试外观有污迹。
对比例2
一种塑料基材表面施加的涂层体系，包含UV固化底漆和耐磨保护的PVD涂层，其中UV固化底漆的组成为，聚氨酯丙烯酸酯30份，环氧丙烯酸酯30份，聚乙二醇二丙烯酸酯10份，季戊四醇四巯基乙酸酯10份，光引发剂3份，助剂1份；耐磨保护的PVD涂层为Ti0.8Al0.2N涂层，厚度为1μm；
采用与实施例1相同的工艺制备塑料制品。
制备的塑料制品，表面呈现金属光泽，附着力为4B级，铅笔硬度可达5H，通过12L落砂冲击测试，RCA耐磨测试600回，无磨损，水中浸泡24h后附着力为2B，冷热循环附着力为2B级，耐化学品测试外观有污迹。
以上所述仅是本发明优选的实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的构思的前提下经修饰、变化或直接导出的改进和变化，均属本发明主张的保护范围。

Claims (7)

1.一种塑料基材表面施加的涂层体系，包含UV固化底漆和耐磨保护PVD涂层，其特征在于：
所述UV固化底漆的组成包含：
有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯 30-60份
环氧丙烯酸酯 20-40份
活性稀释剂 5-20份
硫醇官能化合物 5-20份
光引发剂 2-5份
助剂 0.5-2份；
其中，活性稀释剂的官能度在3以上，硫醇官能化合物的官能度为3或4。
2.根据权利要求1所述的塑料基材表面施加的涂层体系，其特征在于，所述PVD涂层为TiaX(1-a)CrNsOt涂层；
其中X为Si或/和Al，0.5≤a＜1，r+s+t＝1，
并且涂层的厚度为0.5μm-5μm。
3.根据权利要求1或2任一项所述的涂层体系，其特征在于：所述UV固化底漆的组成包含：
有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯 40-50份
环氧丙烯酸酯 20-30份
活性稀释剂 10-15份
硫醇官能化合物 8-15份
光引发剂 2-5份
助剂 0.5-2份。
4.根据权利要求1-2任一项所述的涂层体系，其特征在于：所述的活性稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，季戊四醇四丙烯酸酯，乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯，二季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1-2任一项所述的涂层体系，其特征在于：所述硫醇官能化合物为季戊四醇四巯基乙酸酯，三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)的一种或两种。
6.权利要求1-5任一项所述的涂层体系在塑料基材表面的应用。
7.一种塑料制品，由包含1-5任一项所述的涂层体系的塑料基材制备得到。
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