附著促進劑

附著促進劑

重點摘要

• 促進劑是一座化學橋樑，以薄膜形式塗佈或直接混入樹脂，與塑膠和塗層兩者皆具相容性。
• 類別依基材而定。CPO 用於聚烯烴與 TPO；矽烷需要帶羥基的表面；異氰酸酯與環氧中間塗層則用於極性工程塑膠。
• 愈薄愈好。CPO 為 5–10 µm，矽烷則接近單分子層；過厚的促進劑膜層就是弱邊界層。
• 在 TPO、矽氧樹脂與 PBT 上，促進劑與前處理並非二選一，通常兩者都需要。

附著促進劑

附著促進劑是一種化學底漆或偶合劑，以薄膜形式塗佈於塑膠表面，或混入樹脂中，藉由形成一個與基材及其上所施加材料皆相容的層，來提升塗料、油墨、黏著劑與塗層的附著。電暈、火焰或電漿前處理是改變既有的表面，促進劑則是加入新的化學成分，兩者並不相同。

前處理藉由氧化最表層的數奈米來提高表面能，但無法彌合化學上的不匹配；促進劑則可以，這就是經噴漆的 TPO 保險桿與經裝飾的聚丙烯外殼都會使用促進劑的原因。

附著促進劑的主要類別

促進劑的作用方式

共有四種機制，通常會同時發生：

• 互相擴散與相容化。 在 60–80 °C 烘烤期間，CPO 分子鏈的聚烯烴鏈段會與 PP 或 TPO 的非晶部分相互纏結，氯化鏈段則朝向面漆；此鍵結屬物理性質，在成核等級的材料上會減弱。
• 共價鍵結。 矽烷與羥基化表面形成 Si–O–基材鍵結；異氰酸酯則與羥基和胺基形成胺基甲酸酯或脲鍵。此機制耐濕氣，但需要有反應性的表面基團。
• 酸鹼交互作用。 胺基矽烷與有機鈦酸酯膜層帶有鹼性或酸性位點，可與塗層樹脂配對；強度不如共價鍵，但對不完全固化的容許度較高。
• 潤濕性改善。 達 38–45 dyne/cm 的促進劑膜層，可讓塗料在原始聚合物（29–31 dyne/cm）上會縮成珠狀的情況下順利鋪展；底漆表面的水接觸角低於 60°，是合理的檢驗門檻。

促進劑、前處理，或兩者並用

前處理屬乾式、可線上進行，且每件成本低；促進劑則多了一道濕式步驟、一種溶劑與一項耗材。

各種方法的比較請參見表面前處理。

施工控制與失效模式

五項製程控制涵蓋了多數促進劑失效的情況：

• 清潔度。 促進劑下方的脫模劑、滑爽劑析出與指紋會成為失效面；請以異丙醇擦拭，並以接觸角確認。
• 膜厚。 CPO 為 5–10 µm；超過約 12 µm 會發生內聚破壞。肉眼可見的矽烷膜層，會留下未反應的寡聚物而形成弱邊界層。
• 閃乾與固化。 在殘留溶劑的 CPO 上塗面漆，烘烤時會起泡；未加熱的矽烷膜層則永遠無法完全縮合。
• 可使用時間。 水解後的矽烷溶液會自行縮合，可用 4–8 小時；開封後的異氰酸酯中間塗層會吸收水氣而膠化。
• 覆塗時間窗。 CPO 為 15 分鐘至 24 小時，異氰酸酯中間塗層為 30 分鐘至 4 小時；超出此範圍，須重新上底漆。

附著促進劑的規格訂定與驗證

僅列出產品名稱的規格並不完整。應載明基材等級與添加劑配方、前處理、固含量與載體、目標乾膜厚度及其量測規、閃乾、可使用時間、覆塗時間窗，以及含條件調整的驗收測試。接著在三個節點進行驗證：

• 上底漆前：在已清潔、已前處理的表面上量測接觸角或達因值，並涵蓋零件全面。
• 上底漆後：量測乾膜厚度，並以實際面漆進行縮珠檢查。
• 面漆固化後：ASTM D3359 劃格測試（方法 B；總膜厚低於 50 µm 時間距 1 mm，高於時為 2 mm）、以 MPa 表示並註明失效面的 ASTM D4541 拉拔測試，以及層壓件以 N/mm 表示的 90° 或 180° 剝離測試。在 240 小時浸水（ASTM D870）或 1,000 小時濕熱（ASTM D2247）後重複測試，促進劑的價值正在於此。

每次都要記錄失效模式：乾態為 5B、浸水後降為 2B 且失效發生在促進劑／基材界面，指向的是基材鍵結，而非面漆。完整的塗裝層系請參見工業塗料。

相關術語與延伸閱讀

• 聚烯烴上的塗層附著
• 診斷塗料與油墨剝離
• ASTM D3359 膠帶測試
• 表面前處理方法
• 工業塗料
• 附著失效故障排除工具

實際應用於生產

The Sabreen Group 為附著促進劑選用、底漆與前處理驗證，以及塗層附著問題故障排除提供獨立的工程支援。無論您是要訂定製程規格、驗證材料，或排除生產問題，我們的工程服務團隊都能協助。歡迎聯絡我們，討論您的應用需求。

常見問題

如果已經做過火焰或電漿處理，還需要附著促進劑嗎？

對於 PP 或 PE 上的油墨及多數黏著劑，通常不需要：單靠前處理即可達到 42–48 dyne/cm，鍵結也能維持。對於 TPO、PBT 或矽氧樹脂上的塗料則需要，因為塗層需要氧化無法提供的化學橋樑，而且活化後的表面會在數小時內衰退。

CPO 底漆應該多厚？

以 0.5–3% 固含量的溶液塗佈，乾膜約 5–10 µm。過薄的膜層會在有紋理的表面上留下裸露處；超過約 12 µm 時，底漆會發生內聚破壞，並困住溶劑，烘烤時造成起泡。請在設定階段以濕膜規確認，並以見證試片的增重量驗證。

為什麼矽烷偶合劑在未處理的聚丙烯上毫無作用？

矽烷的鍵結來自矽醇基與表面羥基的縮合，而烴類表面沒有羥基。電漿或電暈處理可接枝部分羥基；Pyrosil SiOx 層則提供緻密且穩定的羥基。若缺少上述其中一個步驟，矽烷乾燥後只是一層未鍵結的膜，會隨面漆一起剝落。

水解後的矽烷溶液可以使用多久？

水解後通常為 4–8 小時，因為矽醇基會在溶液中彼此縮合而喪失反應性。水中的胺基矽烷可維持較久，常可達一天。溶液混濁或變黏表示已膠化；超過可使用時間才施工的批次，能通過乾態膠帶測試，卻會在濕熱後失效。

哪種測試能證明促進劑確實發揮作用？

不能只靠乾態劃格測試。請在 240 小時浸水或 1,000 小時濕熱前後，分別執行 ASTM D3359 與 ASTM D4541 拉拔測試，並記錄失效面。以共價鍵結的促進劑，在濕態下仍能維持其等級；僅靠潤濕的促進劑，則會下降兩級以上。

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