1塑料表面粘附理論
塑料表面自由能低、極性小。其表面自由能低於10-5J/cm2，所以表面難以附著。就塗料在塑料底材上的附著曾提出多種理論：擴散理論、溶解度參數理論、靜電理論、化學鍵合理論、吸附和機械咬合理論等。其中擴散理論已經得到廣泛的認可，該理論認為塗層附著力的大小與塗料擴散到塑料底材內部能力的大小密切相關。其實各種理論並不矛盾，塗料壹旦滲透到塑料底材中，滲透物與塑料底材間存在的靜電和機械咬合現象會明顯增強二者之間的附著力。要想塗料滲透到塑料底材當中，首先要使它能很好地潤濕底材，可以通過調配塗料中各組分的比例，使之在底材上鋪展開來。此時塗層和塑料底材之間通過化學作用力而結合到壹起。如果成膜樹脂與塑料基材的溶解度參數選擇適當，就能使漆膜與塑料表面形成壹個互混層，這時塗料與塑料之間的靜電和機械咬合力就會起作用。互混層雖有助於附著，但是要靠塗料中的溶劑對塑料的輕微溶解來實現，如果把握不當使塗料過分溶蝕塑料底材表面，將會使塑料底材表面凹凸不平，漆膜起皺，流平性不好，影響外觀。因此所用溶劑的溶解度參數要盡量與塑料的溶解度相差遠壹些。由於塑料和塗料均是較為復雜的體系，存在著物理、化學等方面的不均壹性，因此存在著內應力，如收縮應力、熱應力和變形應力等，這些應力均會對塗料的附著力造成不利影響，因而需要添加合適的助劑及選擇適當的塗料體系來加以消除。不同的塑料底材也要根據結構相似、極性相近原理選擇合適的塗料體系。
2不同塑料底材用塗料的研究進展
目前塑料的種類主要有聚烯烴、PS、ABS、PC、PMMA、聚酰胺和聚醚塑料等。其中，聚烯烴、ABS和PS塑料的應用最為廣泛。由於不同塑料底材的結構、極性有很大差別，因此不同的塑料底材要選用不同的塗料體系，見表1。
表1不同的塑料底材根據其結構、極性的不同選用不同的塗料體系
表1
2.1聚烯烴塑料塗料
聚烯烴類塑料主要有聚丙烯塑料（PP）、聚乙烯塑料（PE）。聚烯烴類塑料基材的結晶度高，耐溶劑性強，表面極性和表面能低，除應選擇適當的塗料體系外，還需進行適當的表面處理。與該塑料基材有相似的分子結構和溶解度參數的氯化聚烯烴類塗料、氟碳樹脂塗料等可提供良好的附著力，是該類塑料用塗料的首選，也可使用環氧、聚氨酯、雙組分丙烯酸類塗料。聚烯烴類塑料用塗料包括兩類：壹類是含氯化聚烯烴類（CPO）的塗料，CPO在聚烯烴中引入了極性基團“氯”，能夠與壹些塗料用樹脂互混，能夠潤濕塑料表面，提高附著力。。另壹類是不含CPO的塗料，要想提高塗層與底材之間的附著力，需引入壹些特殊的官能團結構。
2.2ABS塑料塗料
ABS是由丙烯腈（Acrylonitrile）、丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styvene）3種單體***聚而成的聚合物。改變3種組分的比例和采用不同的組合方式，以及聚合物相對分子質量不同，可以制造出性能範圍廣泛的不同規格、型號的ABS樹脂，目前單體含量的範圍為：A占20%~30%；B占6%~30%；S占45%~70%。可以看出：ABS與PS具有同宗性。但由於它剛性強、硬度大、韌性好、表面性好、成型性好等優點，其應用範圍遠遠超過PS。但相對來講它的成本要比PS高，這制約了它的發展。由於ABS含苯乙烯單體，適合PS類塑料塗裝的塗料也適合ABS的塗裝。又由於ABS含有極性單體丙烯腈，具有較高的表面張力，較其它的塑料制品更容易塗裝。其可選擇的塗料範圍比較寬，可選擇揮發性塗料，如丙烯酸酯塗料、環氧醇酸硝基塗料、氨酯油塗料，也可選雙組分轉化型塗料，如丙烯酸聚氨酯塗料。根據需要可以把這些塗料制成有光、半光、各色金屬質感以及橡膠軟質感的塗料。研制出熱塑性丙烯酸酯樹脂用做ABS塑料用塗料的基料，配成相應的清漆與白漆，各項物理性能良好。采用低羥基丙烯酸樹脂和混醚化三聚氰胺甲醛樹脂在酸催化下，低溫交聯固化形成附著力較強的單組分快幹高光澤塑料塗料。以丙烯酸樹脂作為基料，同硝酸纖維素配合制得室溫幹燥的金屬閃光漆，同丙烯酸氨基閃光漆相比，不需高溫烘烤成膜，施工非常方便。則用熱塑性丙烯酸樹脂、醋酸-丁酸纖維素（CAB），不同助劑等原料配制出ABS塑料用表面塗料，也具有金屬質感。日本最近也研制出壹種塑料塗裝用仿金屬水性塗料，該塗料由聚合物水分散體樹脂、金屬顏料、著色顏料、成膜助劑、水性塗料用助劑和水組成。可用於各種塑料表面的塗裝，特別適用於ABS、PS。
2.3PS塑料塗料
由於成型性能好、外觀漂亮、綜合力學性能優良等特點，PS與由它改性而來的ABS二者主宰了電器塑料外殼市場。出於成本考慮，PS比ABS更容易被廠家接受。但單純的PS因其脆性大、易碎裂、耐熱性差等缺點，應用受到了限制。用橡膠類聚合物改性聚苯乙烯得到HIPS，即高抗沖擊聚苯乙烯，由於解決了上述缺點而在家電外殼得以廣泛應用，並越來越多地代替了ABS。HIPS為非結晶、無色透明的塑料，該類塑料分子具有極性，與塗層附著力較好。適宜的體系有環氧塗料、熱塑性丙烯酸酯樹脂塗料、熱固性丙烯酸酯－聚氨酯樹脂塗料、丙烯酸改性醇酸樹脂塗料、醇酸樹脂改性聚苯乙烯塗料、改性纖維素類塗料等。梁增田研究出壹種以丙烯酸酯樹脂為基料用於HIPS的塑料漆，並用硝基纖維素對丙烯酸酯樹脂漆進行改性，且引進壹些極性基團，如羧基、氰基等提高塗膜附著力，取得了很好的效果；方秀敏等人則以丙烯酸樹脂對硝基纖維素塗料進行改性，制備出性能優良的丙烯酸改性硝基塗料，也能用於HIPS塑料的表面塗裝。由於國內彩電業由低端彩電發展為高端彩電，其塗料也從單層熱塑性塗料發展成高光塗料。楊國君等人則在這種情形下研制出壹種電視機殼HIPS塑料用高光塗料。該塗料由熱塑性丙烯酸底漆和聚氨酯罩光清面漆組成，采取2C2B工藝制備而成。出於環保的要求，水性塗料、UV輻射固化塗料得以開發。崔錦峰等人開發了壹種UV固化塑料用塗料梳型聚酰胺預聚物，該預聚物由低相對分子質量的聚酰胺樹脂和丙烯酸乙酯氨基甲酸酯基壹異氰酸酯通過加成反應制得，以聚酰胺為主鏈、丙烯酸乙酯二氨基甲酸酯為側鏈，能滿足HIPS塑料的應用要求。Igami，Kiyotaka等人研制出壹種塑料耐光塗料用聚合物組合物。該組合物由UV吸收基的聚酯多元醇制得UV吸收聚合物和丙烯酸聚合物或聚氨酯組成。塗裝在HIPS底材上，幹燥後可提高附著力，在潤濕條件下耐光性好。
3塑料用塗料的發展趨勢
隨著家用電器、手機和汽車等行業的飛速發展，加之人們對外觀表面裝飾與保護功能的新的要求，塑料用塗料正朝著多功能化、環保化方向發展。
3.1功能性塑料塗料的研究進展
3.1.1防火塑料塗料
防火塗料又稱阻燃塗料，塑料本身為高分子材料，屬易燃物質，通過在塑料和塗料中添加有效的阻燃劑就可以達到防火的目的。AlbertoFina等人在PP裏添加壹些含鋁的異丁基倍半矽氧烷（Al-POSS）作為阻燃劑，與沒加Al-POSS的PP燃燒後比較，具有明顯的阻燃效果。王華進等人以改性高氯化聚乙烯樹脂為成膜物，多季戊四醇為成炭劑，聚磷酸銨為成炭催化劑研制了壹種防火性能優異、適用於塑料制品表面的超薄型防火塗料。王敏等人在樹脂中加入酰胺和胍類成分，研究開發了壹種防火塗料，受熱時酰胺和胍類成分分解產生大量NH3、CO2等不燃性氣體，這些氣體將上述熔解體吹鼓成膨脹泡沫層，這個膨脹層具有很強的隔離作用（隔熱、隔空氣），保護基材，使其難以達到燃燒條件，故能有效防火。中國專利1060859A也介紹了壹種由甲醛、尿素、氫氧化鈉、三聚氰胺、雙氰胺、季戊四醇、磷酸、三乙醇胺、鹽酸為主要原料制得的聚氨酯塑料防火塗料。
3.1.2導電塑料塗料
導電塗料是在20世紀50年代末產生的壹種新型塗料，與其它塗料的區別主要是加入了導電填料。隨著家用電器、手機等的廣泛使用，其外殼上塗覆導電塗料可以防止電磁幹擾、射頻幹擾，無線電噪聲幹擾和電暈幹擾等。壹部分導電塗料還可以起防靜電作用，因此導電塗料日益受到人們的重視。GE塑料公司開發出壹種適合於粉末塗料基材的導電性樹脂NorilGTX674PC，該樹脂由聚酰胺與改性聚苯醚制得，含有導電性填充劑，可以起導電作用。日本神東塗料公司最近開發成功電磁幹擾（EMI）屏蔽用水性導電塗料，該導電塗料主要用於塗覆塑料殼體內表面。阿克斯布裏奇的Trimite有限公司最新推出2種新型電磁波屏蔽塗料J190及J191，可滿足抗EMI（電磁幹擾）的要求。這兩種塗料具有優異的遮蓋力，用於ABS、PVC、改性聚苯醚及其他混合型基材，具有很高的附著力及導電率，可大大降低成本，提高應用效率。
3.1.3防靜電塑料塗料
塑料等非金屬制件表面受氣流及液體的摩擦或撞擊時很容易產生和積累靜電。靜電積累達到壹定程度，就會放電，致使各種精密儀器、精密電子元器件擊穿而報廢，甚至引起易燃易爆物起火或爆炸，造成巨大的生命和財產損失。另外，積累在塑料制品表面的靜電，由於吸塵嚴重而難於凈化，從而影響制品的外觀和在超凈環境（如手術室、計算機室、精密儀器等）中的應用。為了避免塑料表面產生和積累靜電，目前外部處理的方法就是在塑料表面塗裝防靜電塗料。陳戰利等人以丙烯酸酯為基料，加入壹些導電材料如石墨等，使漆膜體積電阻率在104~109Ω·cm。但通過這種添加導電材料的方法所制得的防靜電塗料大多附著力、耐油性差，且顏色難看，成本普遍較高。由於壹些導電塗料可用於防靜電，因此也可以直接塗上導電塗料形成防靜電層起防靜電作用，如導電性聚苯胺復合納米材料直接噴塗或刷塗於塑料基材上，不僅起到防靜電作用，而且附著力高、成本低。還可以在塑料表面噴塗靜電防止劑溶液，如德國Dressler等人在模塑塑料部件表面噴塗表面活性劑溶液（含≥20％有機溶液），具有防靜電效果。
3.1.4耐磨耗和耐劃傷塑料塗料
塑料制品，如手機、收錄機、電視機等殼體由於經常跟人手接觸，其塗膜容易磨損，這就要求提高塗料的耐磨損和耐劃傷性能。早在1940年，杜邦公司就進行過相關研究。最初，是改良現有的塗料品種，但效果不顯著，後來利用“聚碳酸酯MR-5000”、“TuffakCM-2”等有機聚矽氧烷系達到了提高塗膜耐磨性的效果，後人在此基礎上進行了大量工作，使有機矽塗料成為耐磨耗和耐劃傷塗料的主流。隨後對氟碳樹脂也有所研究，其硬塗層具有優異的耐劃傷性、耐磨性等性能，近年來，其與有機矽樹脂壹起在塑料制品的塗裝中得到廣泛應用。上海有機化學研究所研制出壹種含四氟乙烯、乙烯三元***聚物的氟塑料塗料，具有很好的耐磨性。與此同時，塑料用UV固化塗料也在開發，與矽烷系相比，其固化速度快、作業方便、成本低且不汙染環境。美國專利5385964介紹了壹種UV輻射固化塑料用塗料，可用於PC塑料表面塗裝。近年來，人們又探索出壹種新型塗料，即有機－無機復合塗料，主要是在塗料中加入無機二氧化矽。張克傑等人采用核殼乳液聚合工藝和功能單體對乳液進行改性，制備了具有核/殼結構的苯丙乳液，再與納米二氧化矽復合，得到高性能水性納米復合塑料塗料，其塗膜硬度達到3H以上，抗劃傷性與耐磨性得到很大的提高。Nakaya，Hidekazu等人采用溶膠-凝膠技術將矽氧烷低聚物和含苯基的烷氧基矽烷反應制得聚矽氧烷基料和均勻分散在該基料中的含苯基有機聚合物，也開發出了塑料底材用有機-無機復合硬塗料，具有很好的抗劃傷性。
3.1.5其它功能性塑料塗料
對其它特殊功能塑料塗料，如防腐塗料、防結露塗料等近年來都有研究。如美國、德國都有聚苯胺防腐塑料塗料的相關報道，其還能適用於多數的金屬器材上，具有防腐功能並使材料的壽命延長10倍。Lu，PangChia等人研究了壹種防結露塑料用塗料，塗覆幹燥後可在聚合物薄膜上形成不溶性可熱封的防結露塗層。
3.2水性塑料塗料的發展
出於對環保和資源的要求，在近10年來，人們紛紛要求限制高VOC含量和有毒塗料的使用，歐***體更是制定標準，在2004年全面禁止有機溶劑的生產、銷售和使用。促進了塗料工業向以水性塗料、高固體分塗料、光固化塗料和粉末塗料等為代表的低毒、環保塗料方向發展，其中最重要的是水性塗料。我國要與世界接軌，也必須在塑料塗料的水性化、無汙染化、低成本化上下功夫。早在20世紀80年代末、90年代初，歐美等發達國家就已開展了水性塑料塗料的研究和開發工作，迄今已擁有大量的專利。我國水性塗料的研究開發起步較晚，關於水性塑料用塗料的相關研究報道很少。張景林研制了壹種塑料用水性丙烯酸樹脂，並配成相應的銀白色、酞菁藍、鐵紅色塗料，性能達到各方面標準。中國科學院成都有機化學研究所高分子化學研究發展中心對水性塑料塗料的關鍵技術——高分子微粒子的理論基礎研究和水性塑料的預研進行了大量工作，在國內率先完成了無皂乳液聚合技術制備聚合物納米水分散體的研制工作，制備出的聚合物納米粒子的粒徑達到30~80nm，分布均勻。成都科恩精細化工有限公司采用獨有的新型高分子納米材料合成技術制備水性高分子納米分散樹脂，配以相應的填料、助劑，開發的“綠色環保納米級水性塑料塗料”項目進入中試及產業化階段。主要性能達到國外同類產品的先進水平，填補了國內空白，產品及制備技術居國內領先水平，目前已開始與長虹集團電器股份公司合作，研制開發長虹電視機外殼塗料。
4結語
近年來，隨著人們環保意識的增強，開發水性塑料塗料勢必將會更符合時代要求，最終取代溶劑型塗料。然而目前水性塑料塗料對塑料的附著很差，遠不及溶劑型塗料，這制約了它的發展，如何解決這個問題將是塗料研究者的首要任務，為了解決這個問題，許多研究者開始探索新的合成工藝和制備改性復合水性樹脂來代替傳統的合成工藝和單個的樹脂。