CN114773940A - 非极性高分子材料表面处理剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非极性高分子材料表面处理剂及其应用。该非极性高分子材料表面处理剂包括氯化聚丙烯树脂、甲基丙烯酸树脂、溶剂、偶联剂和附着力促进剂；其中，氯化聚丙烯树脂和甲基丙烯酸树脂之间的重量比为(3～5):(8～12)。该处理剂能够作为连接非极性高分子材料基材和涂料漆膜之间的桥梁，有效改善涂料漆膜在非极性高分子材料基材上的附着力。具体实施过程中，可先将该处理剂涂覆在非极性高分子材料基材表面，待固化之后进行常规的涂料喷涂即可。喷涂后的非极性高分子材料基材表面涂料漆膜平整光滑，满足产品外观要求，附着力良好。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料表面改性领域，具体而言，涉及一种非极性高分子材料表面处理剂及其应用。
背景技术
聚丙烯(PP)价格低廉、比重小、易成型、耐热性好，还具有优良的物理性能、力学性能和化学稳定性，因此被广泛应用在家电行业，尤其在饮水机、电水壶、电饭煲、电压力锅等生活电器产品中广泛应用，且多作为外壳等零部件基材。
以上产品的外观通常需要修饰，而喷涂是目前各行业高端产品外观的主要手段，主要目的在于提高装饰性，解决注塑成型时产生的缺陷、表面的光泽和色彩单调等问题。
然而，由于聚丙烯仅由碳氢原子组成，是非极性高分子材料，而且表面能低、结晶度高，致使其表面与涂料的粘结强度低、附着力差，如图1和图2所示，附着力划格试验测试过程中有大量漆膜脱落。基于以上原因，急需开发一类针对聚丙烯等低表面能材料的处理剂，以提高聚丙烯等低表面能的非极性高分子材料喷涂时，涂料漆膜附着力差的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种非极性高分子材料表面处理剂及其应用，以解决现有技术中聚丙烯等低表面能的非极性高分子材料喷涂时，涂料漆膜附着力差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种非极性高分子材料表面处理剂，其包括氯化聚丙烯树脂、甲基丙烯酸树脂、溶剂、偶联剂和附着力促进剂；其中，氯化聚丙烯树脂和甲基丙烯酸树脂之间的重量比为(3～5):(8～12)。
进一步地，氯化聚丙烯树脂的氯含量为20～22wt％，重均分子量为60000～80000。
进一步地，甲基丙烯酸树脂为聚甲基丙烯酸羟乙酯。
进一步地，甲基丙烯酸树脂的重均分子量为75000～120000。
进一步地，溶剂为芳香烃类溶剂和酯类溶剂的混合溶剂；优选地，芳香烃类溶剂选择苯和/或二甲苯，酯类溶剂选自乙酸乙酯和/或乙酸丁酯；更优选地，溶剂为二甲苯和乙酸乙酯的混合溶剂，且二者的重量比为(58～62):(19～23)。
进一步地，按重量百分比计，非极性高分子材料表面处理剂包括3～5％的氯化聚丙烯树脂、8～12％的甲基丙烯酸树脂、58～62％的二甲苯、19～23％的乙酸乙酯、2～4％的偶联剂和1.5～3％的附着力促进剂。
进一步地，偶联剂选自硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂；优选地，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂6040，钛酸酯偶联剂为异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯。
进一步地，附着力促进剂选自LTW促进剂和/或卤代烯烃促进剂。
根据本发明的另一方面，还提供了一种非极性高分子材料基材的表面喷涂方法，其包括以下步骤：提供非极性高分子材料基材，并在非极性高分子材料基材表面涂覆上述非极性高分子材料表面处理剂，待干燥后，形成预处理基材；在预处理基材表面进行涂料喷涂。
进一步地非极性高分子材料基材为聚烯烃基材；优选地，聚烯烃基材为改性聚丙烯基材或聚丙烯基材。
本发明提供了一种非极性高分子材料表面处理剂，其包括氯化聚丙烯树脂、甲基丙烯酸树脂、溶剂、偶联剂和附着力促进剂；其中，氯化聚丙烯树脂和甲基丙烯酸树脂之间的重量比为(3～5):(8～12)。该处理剂能够作为连接非极性高分子材料基材和涂料漆膜之间的桥梁，有效改善涂料漆膜在非极性高分子材料基材上的附着力。具体实施过程中，可先将该处理剂涂覆在非极性高分子材料基材表面，待固化之后进行常规的涂料喷涂即可。喷涂后的非极性高分子材料基材表面涂料漆膜平整光滑，满足产品外观要求，附着力良好。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中聚丙烯基材表面喷涂后漆膜易脱落的一照片；
图2示出了现有技术中聚丙烯基材表面喷涂后漆膜易脱落的另一照片；
图3示出了根据本发明实施例1中的聚丙烯基材表面喷涂后的漆膜照片(经附着力测试)；
图4示出了根据对比例1中的聚丙烯基材表面喷涂后的一漆膜照片(经附着力测试)。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中聚丙烯等低表面能的非极性高分子材料喷涂时，存在涂料漆膜附着力差的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种非极性高分子材料表面处理剂，其特征在于，非极性高分子材料表面处理剂包括氯化聚丙烯树脂、甲基丙烯酸树脂、溶剂、偶联剂和附着力促进剂；其中，氯化聚丙烯树脂和甲基丙烯酸树脂之间的重量比为(3～5):(8～12)。该处理剂能够作为连接非极性高分子材料基材和涂料漆膜之间的桥梁，有效改善涂料漆膜在非极性高分子材料基材上的附着力。
具体地，氯化聚丙烯是在非极性聚丙烯上引进氯原子的一种极性热塑性树脂，在溶剂的作用下与非极性高分子材料基材具有很好的融合性(相似相容原理)。甲基丙烯酸树脂与涂料漆膜之间具有良好的附着性能。同时，氯化聚丙烯与甲基丙烯酸树脂(极性树脂)具有很好的结合作用。偶联剂及附着力促进剂除了改善处理剂本身与上下两层之间附着性能的同时，还能够在一定程度上参与涂料漆膜的固化反应从而有助于提高涂料漆膜的交联密度，增进其延展性和耐冲击性。因此，本发明以上处理剂中同时引入氯化聚丙烯和甲基丙烯酸树脂，在溶剂、偶联剂和附着力促进剂的作用下形成了一种与非极性高分子材料基材有很好融合性，同时又显示了一定程度极性的中涂材料，能够发挥桥梁作用，保证喷涂后涂料漆膜和非极性高分子材料基材之间形成良好的附着。实施过程中，可先将该处理剂涂覆在非极性高分子材料基材表面，待固化之后进行常规的涂料喷涂即可。喷涂后的非极性高分子材料基材表面涂料漆膜平整光滑，满足产品外观要求，附着力良好。
此外，还需要特别说明的是，本发明将氯化聚丙烯树脂和甲基丙烯酸树脂之间的重量比控制在(3～5):(8～12)，是对于处理剂发挥以上桥梁作用的关键，该比例下氯化聚丙烯树脂和甲基丙烯酸树脂之间能够形成更好的互穿结合，无论从与基材的结合能力还是与喷涂涂料的结合能力方面，达到了更好的平衡，使得处理剂的应用效果更佳。
总之，使用本发明提供的处理剂之后，非极性高分子材料基材喷涂后涂层附着力明显改善，不合格率明显下降，可达5％以下，有效提升了产品质量，保证了产品一致性。
为了更好地改善处理剂分别与喷涂漆膜和非极性高分子材料基材之间的附着力，在一种优选的实施方式中，氯化聚丙烯树脂的氯含量为20～22wt％。除了处理剂对于基材和涂料漆膜之间的附着力改性能力，同时考虑到处理剂涂覆性能、与其他组分之间的相容性等方面，优选上述氯化聚丙烯树脂的重均分子量为60000～80000。
如前文所述，甲基丙烯酸树脂能够进一步调整处理剂的极性，使其能够和涂料漆膜之间形成更好的结合，从而进一步改善非极性高分子材料基材和漆膜之间的结合性能。为了进一步加强上述作用，在一种优选的实施方式中，甲基丙烯酸树脂为聚甲基丙烯酸羟乙酯。此外，出于进一步改善处理剂本身涂覆性能的考量，更优选上述甲基丙烯酸树脂的重均分子量为75000～120000。
溶剂的作用使促进氯化聚丙烯树脂和甲基丙烯酸树脂等组分的充分溶胀、溶解、分散，在一种优选的实施方式中，溶剂为芳香烃类溶剂和酯类溶剂的混合溶剂。采用上述混合溶剂一方面能够更好地溶解氯化聚丙烯树脂和甲基丙烯酸树脂等组分，一方面其挥发速率和溶解度参数更适宜，便于处理剂涂覆形成更均匀、更平滑的涂层。优选地，芳香烃类溶剂选择苯和/或二甲苯，酯类溶剂选自乙酸乙酯和/或乙酸丁酯。综合溶解性、挥发性、毒性等方面，更优选地，上述溶剂为二甲苯和乙酸乙酯的混合溶剂，且二者的重量比为(58～62):(19～23)。
在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，非极性高分子材料表面处理剂包括3～5％的氯化聚丙烯树脂、8～12％的甲基丙烯酸树脂、58～62％的二甲苯、19～23％的乙酸乙酯、2～4％的偶联剂和1.5～3％的附着力促进剂。将各组分之间的用量关系控制在上述范围内，更够更充分发挥各组分之间的协同增效作用，对于改善基材和涂料漆膜之间附着力具有更好的促进作用。
上述偶联剂优选硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂；优选地，硅烷偶联剂为硅烷偶联剂6040，钛酸酯偶联剂为异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯。选择上述偶联剂，一方面与其他组分之间形成更好的相容，另一方面对于提高涂料漆膜的交联密度，增进其延展性和耐冲击性更为有利。更优选地，附着力促进剂选自LTW促进剂和/或卤代烯烃促进剂。LTW促进剂可通过其自由羟基、羧基或双键参与涂料漆膜中树脂反应，从而加强交联密度。卤代烯烃促进剂也具有类似效果，比如Lanco-Intercoat VPP 154。
根据本发明的另一方面，还提供了一种非极性高分子材料基材的表面喷涂方法，其包括以下步骤：提供非极性高分子材料基材，并在非极性高分子材料基材表面涂覆上述非极性高分子材料表面处理剂，待干燥后，形成预处理基材；在预处理基材表面进行涂料喷涂。该处理剂能够作为连接非极性高分子材料基材和涂料漆膜之间的桥梁，有效改善涂料漆膜在非极性高分子材料基材上的附着力。
以上处理剂适用于非极性高分子材料基材这样的低表面能基材，更适用于聚烯烃基材；优选地，聚烯烃基材为改性聚丙烯基材或聚丙烯基材。实际操作过程中，优选控制处理剂的涂覆厚度为2～4μm。涂覆完毕后，可在55～65℃烘烤3～5分钟使其固化，待冷却后再喷涂涂料即可。
上述喷涂的涂料可以使本领域常用类型，比如丙烯酸类热塑或热固性油漆，优选丙烯酸类热塑性油漆。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
可靠性测试：
将以下各处理剂在实验室，湿度65％，温度为25℃情况下，采用空气喷涂方式喷在聚丙烯(纯PP)基材上，漆膜厚度2μm，60℃烘烤5分钟；冷却后采用空气喷涂单组分丙烯酸类热塑性油漆KY1015-0035J(飞凯)，油漆粘度8.8S，漆膜厚度12um,65℃烘烤20分钟。冷却后检查外观满足要求，放置七天后，再测试漆膜的可靠性，具体测量方式及指标如下表1所示：
表1
实施例1
本实施例提供了一种非极性高分子材料表面处理剂，由以下组分混合溶解得到。按重量百分含量计，其组分如下：
表2
实施例2
本实施例提供了一种非极性高分子材料表面处理剂，由以下组分混合溶解得到。按重量百分含量计，其组分如下：
表3
实施例3
本实施例提供了一种非极性高分子材料表面处理剂，由以下组分混合溶解得到。按重量百分含量计，其组分如下：
表4
实施例4
本实施例提供了一种非极性高分子材料表面处理剂，由以下组分混合溶解得到。按重量百分含量计，其组分如下：
表5
实施例5
本实施例提供了一种非极性高分子材料表面处理剂，由以下组分混合溶解得到。按重量百分含量计，其组分如下：
表6
对比例1
本对比例提供了一种非极性高分子材料表面处理剂，与实施例1区别在于，不添加甲基丙烯酸树脂，全部替换为氯化聚丙烯树脂。
图3示出了根据本发明实施例1中的聚丙烯基材表面喷涂后的漆膜照片；图4示出了根据对比例1中的聚丙烯基材表面喷涂后的漆膜照片(经附着力测试)。由图中可明显看出本发明中的漆膜附着力更佳。
测试结果见下表7：
表7
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种非极性高分子材料表面处理剂，其特征在于，所述非极性高分子材料表面处理剂包括氯化聚丙烯树脂、甲基丙烯酸树脂、溶剂、偶联剂和附着力促进剂；其中，所述氯化聚丙烯树脂和所述甲基丙烯酸树脂之间的重量比为(3～5):(8～12)。
2.根据权利要求1所述的非极性高分子材料表面处理剂，其特征在于，所述氯化聚丙烯树脂的氯含量为20～22wt％，重均分子量为60000～80000。
3.根据权利要求1所述的非极性高分子材料表面处理剂，其特征在于，所述甲基丙烯酸树脂为聚甲基丙烯酸羟乙酯。
4.根据权利要求3所述的非极性高分子材料表面处理剂，其特征在于，所述甲基丙烯酸树脂的重均分子量为75000～120000。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的非极性高分子材料表面处理剂，其特征在于，所述溶剂为芳香烃类溶剂和酯类溶剂的混合溶剂；
优选地，所述芳香烃类溶剂选择苯和/或二甲苯，所述酯类溶剂选自乙酸乙酯和/或乙酸丁酯；
更优选地，所述溶剂为所述二甲苯和所述乙酸乙酯的混合溶剂，且二者的重量比为(58～62):(19～23)。
6.根据权利要求5所述的非极性高分子材料表面处理剂，其特征在于，按重量百分比计，所述非极性高分子材料表面处理剂包括3～5％的所述氯化聚丙烯树脂、8～12％的所述甲基丙烯酸树脂、58～62％的所述二甲苯、19～23％的所述乙酸乙酯、2～4％的所述偶联剂和1.5～3％的所述附着力促进剂。
7.根据权利要求6所述的非极性高分子材料表面处理剂，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂；
优选地，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂6040，所述钛酸酯偶联剂为异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯。
8.根据权利要求6所述的非极性高分子材料表面处理剂，其特征在于，所述附着力促进剂选自LTW促进剂和/或卤代烯烃促进剂。
9.一种非极性高分子材料基材的表面喷涂方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供非极性高分子材料基材，并在所述非极性高分子材料基材表面涂覆权利要求1至8中任一项所述的非极性高分子材料表面处理剂，待干燥后，形成预处理基材；
在所述预处理基材表面进行涂料喷涂。
10.根据权利要求9所述的非极性高分子材料基材的表面喷涂方法，其特征在于，所述非极性高分子材料基材为聚烯烃基材；优选地，所述聚烯烃基材为改性聚丙烯基材或聚丙烯基材。
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