第二节 UV固化塑料涂料
塑料材料由于其独特的性能，如低密度、耐水性、耐腐蚀性、低电热性、可加工性等，被广泛用于制造各种日常生活用品和特殊用途的高科技产品。然而，大多数塑料都有机械强度不足的缺点，特别是塑料表面相对较软，容易被划伤或磨损，不仅造成美观缺陷，还可能缩短产品的使用寿命。塑料制品表面抗老化、抗静电、耐划伤、颜填料印痕等问题和新型塑料制品的功能化、装饰性、安全性等问题都成为塑料涂料研究的核心内容。UV固化塑料涂料是一种理想的塑料表面保护层材料，采用的光固化工艺无污染，固化速度快，生产效率高，所设计的生产流水线速度可高达100m/min，工件下线即可进行包装。与传统烘干型涂料相比，使用UV固化涂料的效率是其15倍以上。UV固化塑料涂料是常温固化，很适合于塑料工件，不产生热变形。UV涂料固化后的交联密度大大高于热烘型涂料，故涂层在硬度、耐磨、耐酸碱、耐盐雾、耐汽油等溶剂等各方面的性能均很好，其漆膜丰满、光泽尤为突出。UV固化塑料涂料适用于汽车部件、手机、电脑、电视机、光盘、装饰品、信用卡、金属化涂层等塑料基材的涂饰。
国际上比较早的关于塑料UV固化涂料的发明专利，是1981年由日本的Ikeda等申请的。进入20世纪90年代，随着塑料行业的快速发展，用于塑料的UV固化涂料得到长足的发展，而且各方面的性能得到了很大改善，在气味释放、漆膜硬度、附着力、耐磨性、耐候性以及柔韧性等方面都可以满足使用要求。
塑料表面能比普通金属材料更低，为塑料制品选择一种合适的涂料就必须考虑涂层材料的表面性质、涂料和塑料的界面特性及塑料本身的特性。常见的塑料基材有：聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）等。根据塑料基材分子结构的不同，塑料极性也有很大的差异，光固化涂料与极性高的塑料表面具有较好的附着力；而对于一些低极性塑料，表面附着力很差。目前，对于低极性塑料表面涂装UV固化涂料，需要采用一些特殊的手段，例如预先对非极性基材进行电晕、腐蚀等极化处理，或者在涂料配方里添加附着力促进剂等。随着塑料涂料采用的成膜树脂趋于多组分、多官能团化，加之新型功能性填料与助剂的采用，塑料涂料将以全新的面貌呈现在人们面前。
在硬质塑料保护涂层材料的研究中，聚氨酯丙烯酸酯（PUA）因其柔韧性良好、对基材的附着力强以及容易改性等优点，被广泛地应用于UV固化涂料。将PUA用于硬质塑料保护膜还需要对其进行一定改性，例如提高交联密度、加强氢键作用、引入刚性基团、添加无机纳米颗粒或将线性PUA转化成超支化PUA。如采用季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）作为封端剂，季戊四醇四丙烯酸酯（PETTA）作为反应稀释剂，制备PETA/PETTA复合体系，该复合体系包含许多不饱和双键，可以大幅度提高薄膜的交联密度（图3.2）。研究结果表明，在聚氨酯分子中加入反应活性较高的PETTA，固化后可形成致密的网状结构，铅笔硬度由2H提高到3H。添加35%（质量分数）左右的PETTA时，可以获得最佳的力学性能。
图3.2 聚氨酯丙烯酸酯涂层膜制备示意图
（一）UV固化光学膜涂料
近几年，人们对光学薄膜的应用表现出了极大兴趣。光学薄膜常见的有增光膜、扩散片、反射片等。UV固化光学膜涂料分为用于光学膜结构制造的涂料和用于光学膜表面保护的涂料两种，其中对用于结构制造的涂料技术要求更高。为了使光学薄膜的制造简单、高效、可靠，合适的材料起着至关重要的作用。它们必须满足许多要求，如优异的透明度、不黄变和适当的折射率，以及高的热稳定性和化学稳定性。光学薄膜的应用无处不在，从眼镜镀膜到手机、电脑、电视的液晶显示，再到LED照明等，它涉及我们生活的方方面面，并使我们的生活更加丰富多彩。
在光学膜的制造方面，微透镜阵列技术得到了很多应用，通过这种技术可以有效地提高薄膜的亮度和OLED的提取效率，提高液晶显示器的效率和OLED的亮度和散射效果等。微透镜阵列的制作方法有很多种，热回流技术是其中一种通用技术，它通过光刻胶的原始厚度和图形尺寸来控制微透镜的尺寸和焦距。UV固化无机-有机杂化聚合物被广泛应用于微透镜的制备，无机-有机杂化聚合物既有无机单元又有有机单元，有机单元具有可聚合的基团和各种官能团，使光固化成为可能，而无机单元提供了优异的光学透明性、高的热稳定性和化学稳定性以及聚合物网络优异的机械稳定性。
对于表面保护涂料，主要是解决表面耐磨和抗划伤问题，当然其光学透明性是必须首先保证的。可以使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）为主体结构（图3.3），制备不同结构的聚氨酯丙烯酸酯，在实现耐磨、抗划伤和光学透明性的基础上，还能够在多种基材的表面得到对水、油墨、食用油、原油、强酸、强碱、盐溶液、有机溶剂等具有自洁性和防护性的涂膜。
图3.3 PDMS化学结构及涂层制备过程示意图
（二）塑料涂料的参考配方
塑料涂料的配方可参考表3.8～表3.11。
表3.8 ABS用涂料（淋涂）
表3.9 ABS用涂料（喷涂）
表3.10 PVC地砖涂料（淋涂）
表3.11 聚烯烃涂料
