浅析提高聚氨酯泡沫塑料表面涂层附着力的方法

       含表皮的聚氨酯泡沫塑料（PUF）外观密实平整，但其上却难以形成良好润湿和牢固附着的聚氨酯涂层，原因是其表面存在大量泡孔和缝隙，同时含有脱模剂。本文采用不了几种不同的方法来改善涂层的润湿和附着。  


        PUF块的制备 将南京塑料厂生产的聚醚型多元醇与重庆长风化工厂生产的PAPI，在一定的催化剂（二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺以及蒸馏水）存在下混合搅拌，装入已经预热好的板材模具内（模具内壁刷涂沈阳沈新公司产的LK888脱模剂），发泡时控制泡沫体密度在0.4~0.5 g/cm3以内。30~60 min后放入100℃的烘箱中保温4h以上。1周后将试样取出并在铣床和车床上将PUF板材加工成数量尽可能多的100 mm×100 mm×15 mm的小方块，每一小方块至少有一个100 mm×100 mm的PUF表皮面（以下称表皮），用于进行各种实验。  


        表面不含脱模剂的PUF试样的制备 本过程基本上与上述制法相同，不同的是模具内不刷涂脱模剂，而是采用PC薄膜紧贴模具内壁，脱模后，只需将PC膜撕开即可。  


        溶剂擦拭实验  


        溶剂的擦拭 取两块表面含脱模剂的100 mm×100 mm×15 mmPUF小方块，首先以烃类溶剂75#航空汽油（脱模剂的溶剂为烃类化合物）擦拭表皮，待溶剂挥发后，再以极性溶剂乙酸丁酯擦拭表皮。取两块表皮不含脱模剂的100 mm×100 mm×15 mmPUF小方块，只用乙酸丁酯进行擦拭。  


        涂装处理 待溶剂挥发后，对含脱模剂和不含脱模剂PUF表皮进行涂装处理。 喷涂时控制涂层的厚度在0.1~0.15 mm以内，涂层太厚，易导致自身的脱落；涂层太薄，遮盖力差，引起测试附着力产生误差。


        测试涂层的附着力 待涂层自固化一周后，将涂有涂层的PUF加工成φ20 mm×8 mm的圆片，采用LY 12铝柱和环氧胶粘剂对圆片的两端进行粘接，以便拉伸机的装卡（因为对PUF进行装卡，其强度不够）。胶粘剂自固化一周后，粘接试样在WD-50KN电子万能材料试验机上按GB 8813-88标准进行涂层附着力的测试，因为胶粘剂的粘接强度大于20 Mpa，而PUF表面涂层的附着力远小于该值，因此小圆片与铝柱粘接后测试出的拉伸破坏强度即是涂层的附着力。  


        刮涂腻子实验 将两块PUF小方块进行溶剂擦拭处理，然后再刮涂四川省简阳县生产的"99"牌不饱和聚酯腻子，腻子质量配比为树脂主体100份，固化剂2~4份。刮涂两遍腻子，注意腻子不得有明显的凸起，凸出的腻子使用400#水磨砂纸打磨平整。每一道腻子刮涂完毕后，需在50~60℃烘箱中保温1 h以上方可进行打磨。 对刮涂腻子后的PUF小方块，进行涂装处理、粘接处理和涂层附着力测试。  


        氩直流等离子体处理实验  


        Ar+直流等离子体处理 将块PUF小方块进行溶剂擦拭处理，然后入德国莱宝公司生产的PLASMA SAUCE　VACUUM 1400镀膜机内进行Ar+的轰击实验，轰击时注意PUF的表皮正对离子源。离子轰击参数如下：放电电压：61.5 V 偏压：64.7 V 放电电流：10.5 A Ar+流量：12.0 ml/min 放电功率：0.5 kW 轰击时间：120 min 真空室气压：1×10-3Pa。


        涂装、粘接及附着力测试 从真空室里取出一块试样，马上喷涂聚氨酯涂料，将Ar+轰击处理的PUF表皮迅速覆盖。另取一块试样，24 h后再喷涂聚氨酯涂料，然后再进行粘接和涂层附着力测试。  


        50%Ar/50% O2射频等离子体处理实验 将两块PUF小方块进行溶剂擦拭处理，然后将其放入吉林农安广播局电子仪器厂生产的JGB-300型晶控高频等离子体发生器内，进行混合气体50%Ar/50%O2射频等离子体处理。处理参数如下：进气量：100 ml/min 反应器真空度：150~300 Pa 射频频率：13.56 MHz 处理功率：400 W 处理时间：10 min 处理后的试样马上进行涂装处理、粘接处理和涂层附着力测试。


        附着力计算公式为： σ=F/S 式中：σ--PUF表面涂层附着力（Mpa）； F--涂层总的破坏力（kN）； S--试样有效面积（m2）。 脱模剂对于PUF表面涂层附着力的影响是明显的。溶剂的擦试并不能完全消除脱模剂的影响，因为采用特殊方法制得的不含脱模剂的PUF上涂层附着力明显高于溶剂擦拭后含脱模剂PUF上涂层附着力明显高于溶剂擦拭后含脱模剂PUF上涂层的附着力。为了更进一步表明脱模剂对PUF表面涂层附着力的影响，我们对不进行溶剂擦拭的含脱模剂PUF表面进行喷涂聚氨酯涂料处理，同时也进行了粘接和附着力测试，结果在拉伸机上测不出数据（因为强度太小），使用不干胶带拉剥，一次即可剥离全部涂层。  


        刮涂腻子后，涂层的附着力得到一定程度的提高。这种提高的原因不仅是因为不饱和聚酯腻子与聚氨酯涂层之间有较好的亲和性，而且刮涂腻子时，刮刀对半固体状腻子较强的剪切力，使得腻子牢牢地固定在PUF基材内部。因为PUF表面存在着不少的泡孔和缝隙，而不刮涂腻子，只采用溶剂擦拭，PUF表面上的脱模剂难以清理干净，同时，聚氨酯涂料对泡孔和缝隙的渗透难以达到理想化，故涂层的附着力不高。  


        发现涂层附着力没有提高，反而有所下降，下降原因是在制作φ25 mm×8 mm小圆片时车床对涂层产生了较大的损伤，局部涂层有被剥离现象。令人费解的是状态2的结果，在24 h后再进行涂装，附着力却得到了相当大的提高。文献中有报道直接采用Ar+轰击基片，几乎对涂层附着力的提高没有多大帮助，这眼状态1中的结果吻合，而与状态2中的结果不相吻合。对状态2结果的分析应当考虑表皮被轰击后的活性碎片是否需要一定的时间与空气中的氧产生化学反应，生成对涂层结合有利的基团。这需要采用一定的表面分析手段，但当时在进行实验时不具备相应条件。  


        50%Ar/50% O2射频等离子体处理 50%Ar/50% O2射频等离子体处理。 在提高PUF表面附着力的途径方面，射频等离子体处理的效果最好。将射频等离体处理过的PUF表皮采用英国Kratos公司的XSAM 800型X射线能谱仪（XPS）进行测试，发现表面含氧量有一定程度的增加，由此可以断定表面有新生的含氧基团，可以推测正是这种含氧基团使涂层在PUF表面上的附着力从4.6 Mpa上升到了8.6 Mpa。  


        带表皮的聚氨酯泡沫塑料不经溶剂擦拭而直接进行涂装处理，涂层附着力非常差，不干胶带可一次剥离全部涂层。溶剂对表皮的擦拭可以将涂层的附着力提高到4.6 Mpa。刮涂腻子后，涂层的附着力提高到6.3 MPa以上。直流Ar+等离子体处理后马上进行涂装，涂层的附着力几乎得不到改善，但24 h后再进行涂层喷涂，涂层的附着力却得到一定程度的提高。改善涂层附着力最为有效的途径是射频等离子体处理，该方法可以使涂层的附着力达到8.2 MPa以上。