聚烯烃的涂层附着力：底漆、预处理，还是两者并用
要点速览
- 聚烯烃没有可供粘接的极性基团——每种解决方案要么引入极性基团，要么加入相容的中间层。
- 底漆引入了一个可能发生内聚失效的层；预处理改变的是表面，不添加任何物质。
- 处理效果会衰减，底漆则不会，这就是间隔时间控制成为更洁净方案所付出的代价。
- 对于要求苛刻的 TPO 和填充聚烯烃，两者并用是标准答案。
聚烯烃是世界上用量最大的塑料，也是最难涂装的塑料之一，原因在于化学性质而非工艺。聚乙烯和聚丙烯表面由碳和氢构成，没有极性官能团，表面能低，耐化学性高。使它们成为优良材料的每一项性能，同时也使它们成为不易接纳涂层的基材。
绕开同一障碍的两种方法
涂层依靠与表面的分子级接触和相互作用而附着。未处理的聚烯烃两者都不具备：涂料会收缩成珠而不是铺展润湿，即使沉积下来，也没有可供相互作用的位点。业界有两种成熟的解决办法。
加入中间层。氯化聚烯烃底漆及相关附着力促进剂含有对聚烯烃基材有亲和力的成分，以及可与上方涂层结合的极性官能团。基材本身没有任何改变；只是在两种不相容的材料之间插入了一个相容的层。
改变表面。火焰等离子、大气等离子体和电晕放电处理会氧化最外层的分子层，在原本没有的位置生成羰基、羟基和羧基。表面变为极性，其能量上升到涂层所需的范围。不添加任何物质。
按关键指标比较两者
在资金受限、几何形状复杂或产量较低的情况下，底漆更具吸引力。它只需要喷涂能力，能像涂料一样到达凹槽和底切部位，而且底涂后的表面是稳定的——零件等待期间不会衰减。
它的弱点在于引入了一个具有自身内聚强度和自身施工变量的层。底漆涂得过厚、干燥不足或分布不均，就会成为叠层中最薄弱的环节，由此产生的失效是底漆内部的内聚失效，而不是任何一个界面失效。它们还增加了一道湿法工序、溶剂处理和干燥时间。
预处理则避免了这一切。不增加任何材料，无溶剂，没有会发生内聚失效的层，并且工艺可以直接串联在涂装之前的产线上。它的弱点是设备投入、在视线受限处的覆盖限制，以及衰减：改性后的表面会在数小时至数天内逐渐恢复，原因是聚合物链重新取向，迁移性添加剂重新回到表面。
衰减特性是问题的关键。处理带来更洁净的结果，代价是需要严格的间隔时间管理；底漆带来更宽容的工艺，代价是多出一层。
何时两者并用
汽车外饰 TPO 部件说明了两者结合的理由。基材是填充聚烯烃共混物，要求苛刻——需要在多年的耐候、热循环、湿度和石击之后仍保持附着力。仅做处理，得到的表面必须及时涂装，且其表面能随几何形状而变化。仅用底漆，则必须在未处理的低表面能表面上润湿并粘接，这限制了它能提供的效果。
两者一起应用时，处理提高表面能，使底漆充分润湿并良好粘接，随后底漆为面漆体系提供化学相容性。这种组合工序更多，但裕量大得多，在现场失效代价高昂的场合，这是正确的取舍。
把处理做对
采用预处理时，三个实际要点决定其能否发挥作用。
覆盖。处理只能触及朝向处理头的表面。凹槽、底切和被遮挡的区域获得的处理较少，涂层恰恰在这些位置失效是可以预见的结果。在整个待涂装区域——而不是某一个容易触及的点——测绘表面能分布，才能使一套安装的设备成为受控的工艺。
剂量。有效处理需要强度与暴露时间的组合。为了适应节拍而压缩暴露时间，得到的表面在处理后立即读数尚可，但耐久性不足，撑不过涂装前的间隔时间。
过度处理。过度处理会使表面劣化，产生低分子量的氧化物质，这种物质具有极性、可润湿，但附着不牢——这是一种弱边界层，它给出的达因读数很好，附着力却很差。更多并不一定更好。
使两者都失效的污染
两种方法都无法抵御有机硅污染。含有机硅的脱模剂会铺展到单分子层覆盖，处于必须形成粘接的平面上，并且化学惰性。在其上做处理，得到的是氧化的有机硅，它可润湿，但仍然没有附着在聚合物上。在其上涂底漆，底漆粘接的是有机硅，而不是基材。
其典型特征是表面通过达因测试却未通过附着力测试，这是诊断性的信号。一旦出现这种情况，纠正措施是消除污染源——使用可涂装的脱模剂、分隔喷涂作业、过滤压缩空气、控制维护用品——而不是增加处理或增加底漆。
面向实际使用的验证
对新涂装零件进行初始附着力测试是必要的检查，却是很差的预测手段。聚烯烃涂层体系主要通过两种延迟机制失效：湿度和浸泡导致水分到达界面，以及聚烯烃基材与涂层之间巨大的膨胀差异导致热循环引起的界面疲劳。
因此，有区分能力的验证应包括高温高湿暴露、覆盖使用范围的热循环、相关场合下的水浸泡，对于外饰应用还包括紫外线和耐候暴露——并在每项试验之后而不是只在之前测量附着力。在包含边缘和复杂特征的真实零件上进行测试同样重要，因为覆盖和涂层厚度恰恰在失效发生的位置最差。
填充和共混聚烯烃表现不同
大多数工业聚烯烃部件并非纯聚合物。滑石粉和玻纤填充牌号、抗冲改性共混物和热塑性聚烯烃，各自以值得预先考虑的方式改变涂装问题。
填充牌号表面存在富树脂表层，其厚度随流动长度、浇口位置和模具温度而变化，因此涂层接触的表面在零件各处并不一致。处理效果随之变化，长流动路径末端的涂层附着力可能与浇口附近有明显差异。对于大型零件或流动形态复杂的部件，对其整体进行附着力分布测绘，而不是只测一个位置，才能发现这一点。
抗冲改性共混物和 TPO 的表面分布着橡胶相。该相对处理的响应与聚丙烯基体不同，而且可能发生迁移，从而同时影响可达到的表面能及其随时间的稳定性。面向涂装应用的牌号在配方设计时考虑了这一点；仅凭力学性能选择的牌号则常常没有，而这种差别在力学数据表上是看不出来的。
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常见问题
为什么涂料无法附着在聚丙烯或聚乙烯上？
因为它们的表面是非极性且化学惰性的，表面能接近 30 mN/m。涂层需要极性相互作用和分子级接触才能粘接，而未处理的聚烯烃表面上没有任何可供相互作用的位点。涂料无法正常润湿，即使润湿了也无处可附着。
氯化聚烯烃底漆起什么作用？
它提供一座化学桥梁。氯化聚烯烃部分对聚烯烃基材有亲和力，而其极性官能团则与上方的涂层结合。结果是形成一个与两者都相容的中间层，而基材本身没有任何改变。
预处理比底漆更好吗？
两者只是不同，没有优劣之分。预处理使聚合物表面氧化而变得易于接纳涂层，不添加任何可能发生内聚失效的物质，也不需要湿法工序。代价是处理后的表面会随时间衰减，需要底涂表面所不需要的间隔时间控制。
什么时候两者并用？
用于基材难处理的苛刻应用，尤其是汽车外饰中的 TPO 和填充聚烯烃。处理提高表面能，使底漆得以润湿并良好粘接，随后底漆负责与面漆的化学相容性。两者互相弥补对方的弱点。
外饰用涂层附着力如何验证？
除初始附着力之外，还要进行高温高湿暴露、热循环、水浸泡以及紫外线耐候，并在每项试验之后进行附着力测试。聚烯烃外饰部件主要因界面处的水分和循环过程中的膨胀差异而失效，而初始的划格测试无法检测这两者。
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