在评价涂层材料的性能时，测试附着力是第一个可测量的测试，无论基材的类型是金属、木材、塑料、复合材料、纸、玻璃或工程材料。188金宝搏bet官网在铺设术语中，这可以表示为“它是否粘在基底上”，如果是，“什么是附着力的衡量标准?”附着力的测量适用于所有形式的涂料——液体、粉末涂料、清漆和油墨。涂层的固化系统或机理与附着力的测量无关。无论固化的类型是环境空气、热能还是辐射能(UV或电子束)，涂层都必须“粘”在基材上。正确涂抹和固化的涂层并不能保证涂层能粘附在基材上。在涂覆前对基材进行适当的准备是实现任何基材上任何涂层所需的附着力的最重要和决定性因素。
制备基板需要了解基板的物理性质，了解涂层产品的最终用途，然后识别、选择和使用正确的预处理材料。188金宝搏bet官网将预处理材料和工艺与适当和所需的涂层材料相匹188金宝搏bet官网配，可以确保在应用和固化后达到所需的附着力。黑色金属的制备或预处理是众所周知的;磷酸铁、磷酸锌和锆预处理材料普遍存在，这些材料与许多液体和粉末涂料兼容。188金宝搏bet官网对于大多数常见的工业金属和木材基材，有一个广泛的预处理材料和涂层材料相对应的工艺平台，工作良好，组成了成熟的通用涂料市场。188金宝搏bet官网
开发和使用塑料和复合材料作为金属的替代品，以实现减轻重量、节省燃料、产品强度和设计目标，是涂料市场新的和令人兴奋的机会。涂层附着力取决于涂层前的准备和/或预处理。本研究选择了UV固化粉末涂料，因为它需要最小的热量来熔化涂层(通常不超过130°C)，粉末的熔化时间为1 - 2分钟，然后是近乎瞬间的UV固化。热的量不会损害被测基材的完整性。本文报道了使用等离子体作为塑料和复合材料表面改性剂的研究结果，以增加表面能和提高uv固化粉末涂料的附着力。
附着力的测量
ASTM D33591是测量和分类涂层材料与基板粘附的标准和公认的方法。用刀或切割装置将涂层以指定的间距横切刻划(图1)。在刻划区域上涂上压敏胶布，然后将胶布迅速从基材上扯下。附着力是根据胶带从基材上去除油漆的百分比来分类的(图2)。5B是最佳分类，4B通常是可以接受的，低于4B则为故障，不可接受。这个分类方法贯穿整个研究。
等离子体处理
等离子体通常被称为物质的第四种状态;固体、液体和气体是主要的三种(图3)。热能的添加或去除是改变物质性质的中间输入。等离子体是一种具有导电能力的气体。正是电能与等离子气体相结合，改变和修饰处理过的基板表面，并影响涂层与基板的附着力。
等离子体与表面的相互作用是物理和化学的。通常，低能量表面(如大多数塑料和复合材料)在本质上是疏水的，并表现出较低的润湿性。润湿性是指流体和固相之间的相互作用，衡量材料在固体表面上扩散和流动的趋势。等离子体处理将低能量表面转化为高能表面，并使其更亲水和可湿性。涂层的附着力与润湿性直接相关，可润湿性越强的表面附着力越好。
等离子体有六种成分;电子，离子，自由基，副产物，光子和中性。两个关键成分是离子和自由基，前者刺激材料表面的物理变化，后者刺激材料表面的化学变化。离子和自由基通过等离子体单元的射频(RF)发生器和气体发生器(通常是氧气、氩气或空气)相互作用(图4)。
电荷和气体的相互作用由处理时间、射频功率和真空压力控制。通过调整这些参数，可以针对被处理衬底的特定化学组成设计成功的处理方法。等离子体处理的目的是物理清洁和腐蚀材料的表面，并为涂层提供化学活性的结合位点。结果是一个亲水性，可湿性表面，有利于涂层粘附。
大气等离子体是等离子体治疗的一种形式。该技术使用枪或棒作为等离子分发器，放电的等离子体被瞄准到表面，撞击的面积只与放电场一样大。与传统的大气等离子体处理系统不同，真空室等离子体单元可以同时对三维物体的所有表面进行完整的处理。真空等离子体比大气等离子体有几个明显的优点。由于不受视线限制，等离子体“到达”所有表面:环境条件和/或操作者的可变性不影响过程结果;时间和真空压力过程控制;而且可以同时加工多个零件。
本研究选用真空等离子体。使用该技术加工零件时，产品被放置在处理室内，空气被抽走产生真空，选定的气体被注入到设备中，射频能量通过电极提供，产生等离子体，等离子体均匀地撞击在产品的所有表面上。
用达因试验测定了处理后材料的表面能。达因溶液套件包括各种不同的溶液，其特征是达因/厘米值的增量变化，一般从30-70达因/厘米。从一个低达因值的溶液开始，样品被摩擦到被测试的表面上，并记录溶液在衬底上形成珠的时间。对达因值增加的溶液进行增量测试，以确定溶液在应用后大约两秒内会凝固，其达因值表示基板的表面能。达因值越高，基材的表面能越大。
紫外光固化粉末涂料
固化系统的主要类型有环境空气干燥、热能、紫外线光能和电子束能。紫外线固化与“风干”或热能固化系统有很大的不同。固化程度反映在暴露于固化体系后，涂层基体中残留的交联低聚物链或完全反应双键的数量上。
紫外光已被用于固化油墨和涂料超过30年。UV固化液体材料，即着色涂料、透188金宝搏bet官网明面漆、着色油墨和透明覆盖清漆，主导着UV涂料材料市场。公司已经成功地使用紫外线固化粉末涂料超过20年。uv固化粉末涂料可以取代溶剂液体涂料、热固性粉末涂料，是许多新材料和新产品的兴趣整理材料。188金宝搏bet官网大功率紫外光灯是紫外光固化光能的来源。UV弧光灯和UV中压灯主导市场。在过去的五年里，灯制造商已经引进了紫外线LED灯，并增加了紫外线能量的输出。UV LED灯比UV电弧灯和UV中压灯消耗更少的能量，不发射红外能量，有明显更长的工作寿命和更低的总运行成本。
差示扫描量热法(DSC)是一种可靠的、可重复的评价涂层固化性能的方法。用户经常使用甲基乙基酮或其他溶剂进行试验，以评价固化效果。研究表明，评价治愈的溶剂试验是主观的，可能产生假阴性和假阳性的结果。
UV可固化液体和粉末涂料是具有化学光引发剂的光聚合材料，该引发剂通过引发交联反应对UV光能立即做出反应(图5)。要固化UV粉188金宝搏bet官网末涂料，在固化阶段之前需要单独的熔化阶段。融化通常需要一到两分钟。UV固化几乎是瞬间的。
在考虑UV固化涂料时，需要平衡涂料系统的运行参数、工艺速度和涂料材料，以及UV灯泡的光谱范围和灯系统的能量输出。如果UV灯的光谱输出与光引发剂的吸收波长不一致，或者灯系统处于供电状态，那么涂层可能无法完全固化。
uv固化粉末涂料提供了许多操作上的好处:更低的能耗，应用系统有更小的工厂占地面积，并提高了生产率。除了这些操作上的好处，紫外线固化粉末涂料还具有健康、安全和监管方面的好处。它们是100%的固体，不含溶剂和水，不需要许可证就可以制造或使用。图6显示了与热固性粉末涂料和液体涂料相比，uv固化粉末涂料的生产率效益。每条都是材料应用和固化所需时间的总和。
uv固化粉末涂料和热固化粉末涂料是相似的。不同的是，树脂是专门配制的固化与紫外光和使用光引发剂作为固化催化剂。典型的树脂化学成分包括聚酯、环氧树脂、杂化树脂和聚氨酯。添加剂和色素随光引发剂被添加到树脂中并完成配方。热固化和紫外线固化粉末涂料的独特和区别在于熔体固化相分离为短熔体相，随后是近瞬间的紫外线固化相(图7)。
紫外光固化技术
图8显示了紫外到红外(IR)光谱;UVC、UVB和UVA是介于100到400 nm之间的三个紫外波段。灯具制造商将第四个波段命名为UVV，波长为400至450纳米。这一波段是重要的，因为在这一波段产生的紫外线能量固化厚涂料，如紫外线固化粉末涂料。电弧和中压紫外线灯广播光能通过所有的紫外波段，并成为400纳米以上的可见光。
根据紫外线灯的类型，不同紫外线波段的能量辐照度和剂量会有所不同。光引发剂吸收不同波长的紫外光。UV光的发射波长必须与光引发剂的吸收波长相匹配，以开始并完成涂层应用过程中的固化阶段。
紫外线灯的输出用辐照度(峰值强度)来表示。灯功率(mW/cm2)是在特定距离上测量的。第二个描述符是剂量(能量密度，mJ/cm2)，这是当物体在灯的光场中移动时，到达物体表面被固化的功率。剂量越高，固化涂层的UV能量就越大。随着距离和线速度的变化，在零件表面接收到的紫外光能量的剂量也不同。紫外线越靠近零件，固化涂层的能量用量就越高。了解固化条件如何随着灯的功率、距离和时间的变化而变化是很重要的。
表1显示了三种灯的紫外输出测量值;微波，电弧和紫外LED。距离和速度是恒定的，可以通过不同的波长测量。UV LED 395读数在395 nm波长处采集。
结果与讨论
表2报告了六种材料的表面张力达因值(达因/厘米);188金宝搏bet官网一个未经处理的对照，然后用不同的加工条件进行试验。使用的血浆处理装置是一台Nordson/MARCH AP-1500。除材料和加工气体外，其他条件保持恒定，即a)在装置中的位置，b)室基压，计量单位为mTorr, c)气体流速，计量单位为cc/min, d)单位功率，计量单位为瓦，e)等离子体处理时间，计量单位为秒。
测试材料是塑料和碳188金宝搏bet官网纤维复合材料。由于保密限制，他们无法被具体识别。未经处理的对照试验证实，表面操作前表面能量较低。经过等离子体处理后，所有的测试材料都具有更高的表面能，并准备应用于uv固化粉末涂层188金宝搏bet官网。
表3总结了五种材料在不同条件下等离子处理后，再用uv固化粉末涂层完成的试验结果。188金宝搏bet官网测定了涂层的成膜率和涂层附着力。第六种材料没有报道，它是研究中另一种材料的复制。结果表明，等离子体处理提高了塑料或复合材料表面的润湿性，提高了uv固化粉末涂料的粘着力。
图9显示了经过等离子体处理和未经过等离子体处理的塑料和复合材料涂层粘附性能的照片。188金宝搏bet官网表3中的数据和照片展示了使用等离子作为塑料和复合材料的前处理的好处，以提高紫外线固化粉末涂层的附着力的测量。188金宝搏bet官网
结论
塑料和复合材料由于其表面能低，表面污染和热敏性188金宝搏bet官网，很难完成。利用等离子体处理，可以制备和清洗塑料和复合材料，并使它们准备好进行整理。188金宝搏bet官网等离子体处理增加的表面能量提高了附着力的测量，并保证了应用涂层的有效性。本研究结果表明，通过等离子体处理可以制备塑料和复合材料等热敏基板，并成功地在不降解或变形基板完整性的情况下涂覆uv固化粉末。
uv固化粉末是100%固体材料，无溶剂和水，耐用，当应用于适当制备和预处理的基板时，有很高的附着力。
参考文献
1.ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA, 19428-2959。
2.Foote, D.使用等离子体处理技术增强电子组件自动选择性保形涂层的初步研究，诺森/MARCH公司，康科德，CA，发表于SMTA国际技术会议，2013年10月15日。同前。
本文的原始论文和数据在2019年新奥尔良水上研讨会上发表。
如需更多信息，请发送电子邮件mfk@keylandpolymer.com或致电(216)741-7191。
