11.3. Окрашивание пластмасс и резины

Широкое применение пластмасс и резины в промышленности, строительстве и в быту потребовало разработки специальных лакокрасочных материалов и технологии получения покрытий с учетом особенностей полимерной подложки.

Поверхностное окрашивание пластмасс и резины проводится с целью:

1)  придание изделиям необходимого цвета и декоративного цвета;

2)  уменьшение проницаемости и сорбционной способности (для стеклопластиков и поропластов), придание негорючести, антистатических, противообледенительных и других свойств изделиям;

3)  защиты от механического, химического, светового, радиационного и других видов разрушения, при условии, если окрашиваемый материал недостаточно устойчив;

4)  маркировки изделий, нанесение на них надписей и знаков.

Кроме того, лакокрасочные покрытия применяют в качестве грунтов при металлизации пластмасс.

Пластмассы и резины в зависимости от химического строения и состава полимеров крайне разнообразны по свойствам, поэтому нет единой универсальной технологии их окрашивания. Трудности создания надежных покрытий на пластмассе и резине заключаются прежде всего, в низкой адгезионной прочности большинства покрытий к этому виду подложек. Особенно плохо удерживаются покрытия на основе кристаллических полимеров ( полифторолефинов, полиолефинов, поликарбонатов, полиарилатов), а также на изделиях с гладкой поверхностью, приготовленных из реактопластов, некоторых стеклопластов (фено - и аминопластов).

Получение покрытий на пластмассах осложняется возможным присутствием на их поверхности адсорбированной воды, а также пластификаторов, стабилизаторов, мономеров и других низкомолекулярных продуктов и восков, которые вытесняются в поверхностном слое пластмасс, экстрагируются растворителями лакокрасочного материала.

К тому же пластмассы и резины относятся к числу нетермостойких подложек. При высоких температурах возможно разложение полимеров или деформация изделий; последнее существенно усиливается в присутствии растворителей. Опытным путем установлены предельные температуры отверждения (сушки) на различных видах пластмасс.

Адгезия покрытий к полимерным подложкам зависит от степени взаимной совместимости полимеров, набухания (растворимости) пластмасс в растворителях лакокрасочного материала и шероховатости поверхности пластмассы.

Пленкообразователи, в какой-либо мере совместимые с полимером подложки, как правило, имеют хорошую адгезию. Например, покрытия на основе алкидов и поливинилацетата на изделиях из нитрата целлюлозы, хорошей адгезией обладают также покрытия, пленкообразователем в которых служит материал окрашиваемой пластмассы или резины (полиакрилатные покрытия по полиакрилатным поверхностям, покрытия из каучуков по резине и т. д.).

Активные (по отношению к пластмассе) растворители, введенные в состав лаков и красок, улучшают адгезию, но вызывают набухание пластмассы, способствует ее короблению, ухудшают фактуру поверхности и нередко вызывают поверхностные растрескивание изделий. Поэтому в большинстве случаев (за исключением отдельных видов пластмасс) активные растворители не применяют. Оптимальным в этом отношении были бы водные краски, но многие виды пластмасс плохо смачиваются или вообще не смачиваются водой.

Наибольшее применение для поверхностного окрашивания пластмасс и резины получили жидкие лакокрасочные материалы, содержащие органические растворители. Их наносят на предварительно подготовленную поверхность изделий, преимущественно пневматическим распылением, в случае рулонных и листовых материалов предпочтительна накатка валками, толщина наносимого слоя обычно не превышает 20 мкм.

Подготовка поверхности. Основные операции: обезжиривание, в ряде случаев гидрофилизация, травление, механическая и химическая обработка.

Обезжиривание проводят растворителями, щелочными составами и водными растворами ПАВ.

Гидратация или активация поверхности – необходимая операция при нанесении покрытий на несмачиваемую полярными жидкостями полимеры. Например, полиэтилен и полипропилен.

Гидрофилизация, основанная на реакциях гидролиза, окисления, сульфирования, хлорирования и других, проводится под воздействием пероксидов, озона, кислот, радиационного и УФ-облучения, тлеющего разряда.

Травление проводится для создания высокоразвитой поверхности путем обработки пластмасс главным образом растворителями. Применяют растворители, вызывающие лишь набухание, но не растворение пластмасс. После обработки растворители удаляют высушиванием. Механическая обработка (шлифование, галтовка) осуществляется с той же целью, что и травление.

Характеристика покрытий. При окрашивании пластмасс применяют в основном однослойные и двухслойные покрытия; в последнем случае наряду со слоем краски иногда наносят грунтовочный (адгезионный) слой.

Полиолефины окрашивают лакокрасочными материалами на основе хлоркаучука, нитрата целлюлозы, полиакрилатов, полиуретанов, хлорсульфированого полиэтилена, сополимеров этилена с винилацетатом. Получению покрытий предшествуют тщательное обезжиривание и активирование поверхности окислением.

Полистирольные и полиакрилатные пластмассы легко растворяются во многих растворителях. Поэтому выбор состава растворителей для красок имеет большое значение. Для окрашивания АБС-пластика и ударопрочного полистирола разработана полиакрилатная эмаль АК-2130М разных цветов. Также рекомендуются эмали ЭП-51; ХВ-1100; НЦ-11. Их наносят 2-3 слоями по слою полиакрилатной грунтовки АК-070 или непосредственно. В последнем случае первый слой эмалей наносят очень тонким, чтобы избежать значительного подрастворения поверхности. Для металлизации полистирола применяют этилцеллюлозные лаки, пигментированные бронзой и алюминиевой пудрой.

Атмосферостойкие покрытия на органическом стекле получают с применением лаков АК-113 и НЦ-134 и эмалей ЭП-140, НЦ-11, ВЛ-297. Для придания цвета в лаки вводят спирторастворимые красители.

Поливинилхлорид (винилласт и пластикат) плохо удерживает покрытия. Применяют лакокрасочные материалы (полиакрилатные, виниловые, эпоксидные), содержащие активные растворители. Например, добавки циклогексанона, тетрагидрофурана, диметилформальдегида. Используют эмали: ЭП-773 (2 слоя), АК-1102; АК-194 (2-3 слоя), ХВ-16, ХВ-785, ХВ-1100 (2 слоя) Последние три эмали наносят по слою грунтовки АК-070.

Удовлетворительную адгезию имеют также полиуретаны, а в маркировочных красках – поливинилбутираль.

Полиамиды не требуют особой подготовки поверхности, кроме обезжиривания, хотя адгезия большинства покрытий к ним, как и к поливинилхлориду, плохая. Лучше всего адгезируют покрытия на основе полиуретановых каучуков и эпоксиполиуретанов.

Фено - и аминопласты покрывают эпоксидными и полиуретановыми лакокрасочными материалами.

Удовлетворительные результаты дает также применение мочевино - и меламиноалкидных эмалей, отверждаемых при нагревании, а также нитратцеллюлозных и алкидных красок, наносимых по эпоксидным (ЭП-0010 и др.) грунтам. Поверхность предварительно шлифуют. При высоких требованиях по водостойкости, например, при лакировании печатных плат из гетинакса, применяют эпоксидные (ЭП-730, ЭП-9114) и полиуретановые лаки с отвердителем (УР-231).

Слоистые полиэфирные и эпоксидные пластики отделывают разными лакокрасочными материалами: полиуретановыми, эпоксидными, полиэфирными, меламиноалкидными, алкидно-стирольными.

Разработана следующая технология окрашивания автомобильных деталей из стеклопластика: поверхность шлифуют, обезжиривают уайт-спиритом, наносят тонкий слой меламиноалкидной эмали МЛ-12 (или МЛ-197) слой алкидно-стирольной шпатлевки МС-006 и еще 1-2 слоя эмали МЛ-12 (или МЛ-197).Каждый слой отверждается при 100-130ºC. Для получения покрытий по слоистым пластикам пригодным также поливинилбутиральные и быстроотверждающиеся эпоксидные порошковые краски. Шпатлевание в этом случае не проводится. Во избежание образования пузырей от выделяющихся из стеклопластиков газообразных продуктов при горячем отверждении покрытий изделия перед окрашиванием рекомендуется прогревать при температуре на 10-20ºС превышающей температуру отверждения покрытия.

Покрытия для пористых (мягких и жестких) пластмасс выбирают с учетом их химической природы и условий эксплуатации. Например, для автомобильных деталей из пенополиуретана используют комплексное покрытие, состоящее из виниловой грунтовки ХС-0185 и полиуретановой эмали УР-1235, для изделий (футляров) из пенополистирола – покрытия из воднодисперсионных красок ВД-ВА-27А, ВД-ВС-17 и так далее.

Особенно высоки требования к покрытиям по резине. Они должны выдерживать большие деформации растяжения и многократного изгиба в широком интервале температур, быть глянцевыми, длительно не стареть и предохранять от старения резину.

Для отделки обуви, резинотехнических изделий применяют ЛКМ на основе продуктов деструкции полибутадиенового каучука, хлорсульфонового полиэтилена и полиуретанов. Старыми материалами являются лаки на основе сильно окисленных растительных масел.

Для придания цвета и непрозрачности покрытиям в состав лаков вводят органические красители и иногда пигменты. Лаки наносят на изделия до их вулканизации. В процессе вулканизации (температура 140-150ºС) происходит отверждение покрытия и образования прочной адгезионной связи с поверхностью под лаком.