工程風(fēng)采
Engineering Style
聚丙烯塑料（PP）涂裝前的表面處理方法
發(fā)布時(shí)間:
2015-12-04
1 引言
聚丙烯塑料（簡(jiǎn)稱PP）因其密度小、價(jià)格低、無(wú)毒，具有良好的機(jī)械性能，在食品包裝、汽車、化工設(shè)備、管道、集裝箱、家用電器等方面得到了廣泛的應(yīng)用。然而，PP本身極性低、結(jié)晶化程度高，要形成良好的附著層相當(dāng)困難，這就增加了PP的涂裝難度，為此，必須對(duì)PP表面進(jìn)行處理，以改善其對(duì)涂料的附著力。PP的表面處理方法很多，本文著重對(duì)常用的有機(jī)溶劑法、氧化液法、火焰處理法、紫外線照射法等進(jìn)行綜述。
2 表面處理的機(jī)理
有人認(rèn)為結(jié)晶性是PP難以涂裝的主要原因，故處理方法一般是通過(guò)使表面產(chǎn)生極性基以提高附著強(qiáng)度。如氧化處理法就使PP表面氧化產(chǎn)生—CO、—CHO、—COOH、—OH等極性基團(tuán)，提高了附著強(qiáng)度，若氧化過(guò)度，氧化層急劇剝落，附著強(qiáng)度反而降低。而有機(jī)溶劑溶脹部分PP表面，使表面易于滲透涂料。
3 PP表面處理常用方法
3.1 有機(jī)溶劑法
有機(jī)溶劑法是用甲苯和含氯溶劑（如全氯乙烯、三氯乙烯）等效力很強(qiáng)的溶劑進(jìn)行溶脹處理，一般是在熱溶劑和溶劑蒸氣中進(jìn)行。如將PP置于90℃的溶劑中進(jìn)行48h的處理，就能得到很好的效果。但溶劑法處理時(shí)效短，如果溶劑溫度太高或作用太強(qiáng)，可使塑料變形。另外文獻(xiàn)提到過(guò)用松節(jié)油處理，效果也不錯(cuò)，具體溶劑配方及條件如下：松節(jié)油：40mL/L；非離子型表面活性劑：60mL/L；溫度：65～85℃；時(shí)間：10～30min。
3.2 氧化液法
最常采用的是：K2Cr2O7—濃H2SO4氧化液，且被認(rèn)為效果較好的方法。該氧化液處理方法的配方和工藝參數(shù)見表1。
PP經(jīng)氧化處理后，經(jīng)洗滌、干燥后，就可以涂裝。
由于鉻酸具有腐蝕性且污染較重，因此，操作和廢液處理方面需要注意。表1第6種配方中只用到了過(guò)硫酸銨和水，不具有腐蝕性，但是其處理時(shí)效短。
為了提高處理的效果可將1、2兩種方法綜合使用，即先用溶劑處理后再用鉻酸處理，也可在氧化前先用溶劑浸漬，可增加表面粗糙度，使氧化物與聚合物的反應(yīng)表面積增加，可得到更佳的處理效果。
3.3 火焰處理法用火焰氧化焰部分（藍(lán)色）與PP表面接觸直到表面光滑為止，為防止氧化過(guò)度，可用肥皂水輕微擦洗。
此法簡(jiǎn)單、速度快，但只適用于處理厚部件，不適合于處理薄模或形狀復(fù)雜的部件。
3.4 紫外照射法
用紫外線對(duì)表面處理可引起斷鏈、交聯(lián)、表面氧化，可改進(jìn)PP的濕潤(rùn)性能和黏合性能。紫外線的處理結(jié)果與照射氣氛、照射時(shí)間、照射波長(zhǎng)有關(guān)。文獻(xiàn)記載了如下方法：
聚丙烯在空氣中經(jīng)紫外線照射而表面氧化形成羧基、羥基等，例如：以中壓汞燈為光源，照射溫度為40℃，處理24h可提高附著性。
3.5 紫外線鹵化處理
（1）原理
在紫外線照射下先鹵化再芳基化或用堿水解。
（2）鹵化介質(zhì)
氣態(tài)類為Cl2，液態(tài)類為鹵代烴溶劑的飽和溶液（常用的溶劑為氯仿、CCl4等），鹵素濃度以0.1%～0.5%為佳。
（3）鹵化方法
氣態(tài)法：溫度低于室溫，紫外線照射15～180s。
液態(tài)法：溫度低于沸點(diǎn)，紫外線照射5～60s。
（4）堿處理
①用pH大于10（最好用pH大于12）的NaOH、KOH等水溶液處理。②將表面鹵化的PP浸到上述水溶液中水解，溫度為室溫，時(shí)間為10～l80s，水解后用水或酸洗凈，以免表面形成—COONa、—（COO）2Fe等雜質(zhì)。③此方法處理的PP涂裝性能優(yōu)良。
例如：PP表面用紫外線在C12或CCl4中氯化，再用丙酮洗滌后在0.01N的NaOH溶液中浸漬2min，最后酸洗、水洗、干燥。可涂聚氨酯涂料，附著力優(yōu)良。其它處理方法還有機(jī)械處理法、電暈法、低溫等離子法及表面接枝改性法等。等離子法表面處理是通過(guò)大功率電弧放電，使Ar2成為等離子體，再用等離子體噴射制品表面，該方法對(duì)PP有明顯效果。
4 表面處理的檢測(cè)方法
膠帶剝離法是最簡(jiǎn)單的測(cè)定表面處理程度的方法，具體步驟是采用黏合力為181～294N/mm2的透明壓敏玻璃紙膠帶貼在劃格面上，然后沿方格對(duì)角線的方向使膠帶與涂層表面貼牢，再用橡皮壓平，使膠帶與涂層表面完全貼合（根椐膠帶下呈現(xiàn)的顏色觀察貼合情況）。然后經(jīng)過(guò)（90±30）s，用手指按住膠帶的一端，使膠帶已拉起部分反轉(zhuǎn)與涂層成180s，將膠帶快速（但不是突然）拉開，檢查涂層的脫落情況并進(jìn)行評(píng)定。
另外有美國(guó)塑料協(xié)會(huì)推薦的品紅著色法：將lg品紅溶于1000mL水中，被測(cè)樣在其中浸漬4～6s，然后將水放掉，用自來(lái)水沖洗10～15s，除去過(guò)量的染料，然后不擦洗即干燥，染料被吸附的程度即是表面被處理的程度。
5 試驗(yàn)部分
用表1提供的6種配方對(duì)PP板材進(jìn)行了處理，處理后用涂料噴涂，并用膠帶剝離法檢驗(yàn)各種處理配方的相對(duì)效果。
PP板材：廢蓄電池外殼，無(wú)填料、純白色。
涂料：過(guò)氯乙烯漆、丙烯酸聚氨酯漆及其相對(duì)應(yīng)的固化劑，由西北油漆廠研究所提供。
用甲苯擦洗除去表面污物后，按表1提供的配方處理PP板，洗滌干燥后，噴涂涂料，在室溫下固化48h后檢驗(yàn)。
經(jīng)西北油漆廠研究所檢驗(yàn)，經(jīng)過(guò)處理的PP板材除6號(hào)外全部合格。
5 涂裝質(zhì)量控制要點(diǎn)
油田注水井下油管的防腐效果很大程度上依賴于油管的前處理和涂裝質(zhì)量。涂裝過(guò)程中除要嚴(yán)格執(zhí)行防腐涂料產(chǎn)品說(shuō)明書中規(guī)定的施工環(huán)境、配比、稀釋劑的用量、施工間隔等技術(shù)條件外，還應(yīng)特別注意以下幾方面的控制。
（1）酸洗除銹和浸涂上漆過(guò)程中，要注意保護(hù)油管兩頭的絲扣不被酸腐蝕和因過(guò)度涂層覆蓋而導(dǎo)致油管之間的連接受到影響。
（2）油管經(jīng)堿洗、酸洗表面前處理應(yīng)達(dá)到2.5或B2等級(jí)后及時(shí)進(jìn)行磷化、鈍化。其鈍化后應(yīng)及時(shí)浸涂上漆，間隔時(shí)間不應(yīng)超過(guò)6h。并根據(jù)油管加工量的多少及時(shí)觀察和向堿槽、酸槽加相關(guān)化學(xué)品助劑。
（3）觀察油管的磷化鈍化處理情況，并根據(jù)需要向槽內(nèi)補(bǔ)加相關(guān)化學(xué)藥品助劑。
（4）應(yīng)根據(jù)漆槽涂料的量及時(shí)向槽內(nèi)補(bǔ)加涂料產(chǎn)品和相關(guān)稀釋劑，并調(diào)整浸涂施工黏度，確保涂層質(zhì)量，使其均勻、光滑、平整、無(wú)泡。
（5）烘烤溫度要均勻，使其油管外觀顏色基本一致。
（6）為保證油管的涂裝質(zhì)量，當(dāng)遇有灰塵較大和雨雪天氣及冬季氣溫在5℃以下時(shí)應(yīng)停止作業(yè)，以防止油管外壁金屬涂掛水汽影響油管涂層的附著力。
6 涂裝安全技術(shù)管理
油田注水井下油管的防腐涂裝屬于大型設(shè)備涂裝工藝過(guò)程，其管材的前處理以及浸涂防腐涂料均是在各種露天的儲(chǔ)槽中進(jìn)行，其揮發(fā)的氣體和有機(jī)溶劑具有較強(qiáng)的腐蝕性和易燃易爆性，故應(yīng)控制管理好生產(chǎn)崗位上易燃物料和產(chǎn)品，防止發(fā)生火災(zāi)和工傷事故。
7 結(jié)語(yǔ)
重防腐涂料在油田注水井下油管管道等鋼鐵金屬表面的防腐中起著不可替代的作用，只要重防腐涂料配套合理，嚴(yán)格控制涂裝質(zhì)量，所施工的防腐工程會(huì)獲得滿意的防腐效果。
但現(xiàn)在所加工涂裝的油田注水井下油管的防腐過(guò)程中仍然大量存在著易燃、易爆、有毒、有害等物質(zhì)。這對(duì)涂裝加工過(guò)程中的安全技術(shù)防范措施，防止易燃溶劑的揮發(fā)和火災(zāi)事故的發(fā)生，以及化工腐蝕物料的環(huán)境污染等都提出了更高的要求，所以研究、生產(chǎn)、探討用更環(huán)保的水性防腐涂料、無(wú)溶劑的粉末涂料進(jìn)行替代，或采用更新的防腐工藝進(jìn)行替代已成為未來(lái)工作的重點(diǎn)和發(fā)展方向。
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