Revestimento a Vácuo UV + PVD para Produtos Plásticos: Um Guia Abrangente para Seleção de Agentes de Tratamento, Composição de Tinta UV e Processo de Pulverização

Em indústrias como eletrônicos de consumo, eletrodomésticos e interiores automotivos, a demanda por decoração metalizada de produtos plásticos está crescendo cada vez mais. O processo combinado de revestimento UV e revestimento a vácuo PVD (Deposição Física de Vapor) tornou-se a solução principal para metalização de superfície plástica devido às suas vantagens de respeito ao meio ambiente, alta eficiência e forte textura metálica. O cerne deste processo reside na seleção de agentes de tratamento com base nas características dos materiais plásticos, na regulação precisa da composição da tinta metálica UV e no cumprimento rigoroso dos procedimentos de pulverização padronizados. Somente através da sinergia desses três elementos é possível obter forte adesão entre o revestimento e o substrato, uma aparência metálica perfeita e excelente durabilidade.

I. Agentes de Tratamento e seus Nomes Químicos para Diferentes Materiais Plásticos

As diferenças na polaridade da superfície e na cristalinidade dos materiais plásticos afetam diretamente a adesão dos revestimentos PVD. Agentes de pré-tratamento direcionados são necessários para melhorar as propriedades da superfície. Com base na dificuldade de adesão, os plásticos podem ser divididos em duas categorias: substratos de fácil adesão e substratos de difícil adesão. A seleção de agentes de tratamento e suas composições químicas são as seguintes:

(I) Substratos de Fácil Adesão: Sem Agentes de Tratamento Especiais Necessários

ABS, PC e ligas ABS+PC são os plásticos de fácil adesão mais comumente usados para revestimento PVD. Esses materiais possuem polaridade superficial moderada, e os grupos polares em suas estruturas moleculares (como grupos nitrila em ABS e grupos carbonato em PC) podem formar boa ligação com revestimentos convencionais à base de solvente. Na produção real, apenas etanol ou isopropanol é necessário para limpeza da superfície para remover óleo, poeira e nenhum agente de tratamento especial adicional é necessário. Formulações regulares de primer UV podem alcançar adesão estável.

(II) Substratos de Difícil Adesão: Agentes de Tratamento Especiais e suas Composições Químicas

Materiais como PP, PET, PA (nylon) e PC reforçado com fibra de vidro requerem modificação da superfície com agentes de tratamento especiais (primers) para garantir a adesão do revestimento PVD devido à sua baixa tensão superficial, alta cristalinidade ou grupos inertes.

1. PP (Polipropileno): Como um plástico não polar típico com polaridade superficial extremamente baixa, requer o uso de agente de tratamento especial de polímero PP clorado (nome químico: Solução de Resina de Polipropileno Clorado). Sua composição química utiliza polipropileno clorado como a substância formadora de filme principal, complementada por solventes mistos como acetato de etila e tolueno. Ele melhora a polaridade e a rugosidade da superfície do PP para construir uma ponte de ligação entre o primer e o substrato. Este agente de tratamento aparece como um líquido claro, transparente, ligeiramente amarelo, com uma densidade de 0,87g/cm³ e um ponto de fulgor de aproximadamente 6,3℃, adequado para pré-tratamento de revestimento a vácuo de carcaças de eletrodomésticos, peças plásticas de produtos de TI, etc.

2. PET (Tereftalato de Polietileno): Com uma superfície lisa e alta cristalinidade, requer promotor de adesão à base de poliuretano (nome químico: Agente de Tratamento de Resina de Poliuretano Modificado com Poliéster). Seu principal componente é um prepolímero de poliuretano modificado com poliéster, combinado com solventes de cetona (como acetona), que pode formar um filme reativo na superfície do PET para aumentar a força de adesão do primer UV subsequente.

3. PA (Nylon): Devido à presença de ligações amida em sua estrutura molecular, é propenso à absorção de água, levando à diminuição da adesão do revestimento. Requer agente de tratamento de poliamida modificada com epóxi (nome químico: Solução de Resina de Poliamida Terminada com Epóxi). Os grupos epóxi neste agente de tratamento podem reagir quimicamente com os grupos amino na superfície do PA para formar ligações químicas, além de ter um efeito à prova de umidade para garantir a estabilidade do revestimento.

4. PC Reforçado com Fibra de Vidro: A adição de fibra de vidro reduz a adesão superficial do material, exigindo agente de tratamento acrílico modificado com agente de acoplamento de silano (nome químico: Agente de Tratamento de Resina Acrílica Modificada com γ-Aminopropil trietoxissilano). Os grupos alcóxi do agente de acoplamento de silano hidrolisam e se ligam aos grupos hidroxila na superfície da fibra de vidro, enquanto a resina acrílica é compatível com o primer UV, formando um sistema de ligação estável "substrato-agente de tratamento-primer".

II. Composição Principal da Tinta UV para Diferentes Cores Metálicas

O cerne da tinta metálica UV é obter uma textura metálica através do arranjo orientado de pigmentos metálicos, combinado com um sistema de resina curável por UV para garantir as propriedades mecânicas e a resistência às intempéries do revestimento. A diferença na composição entre diferentes cores metálicas reside principalmente no tipo e proporção de pigmentos metálicos, enquanto o sistema de resina é principalmente baseado em acrilatos. As composições específicas são as seguintes:

(I) Tinta UV Prata

A tinta UV prata é o revestimento metálico mais amplamente utilizado, com componentes principais de pó de alumínio em flocos (pigmento) e oligômeros/monômeros de acrilato (aglutinante). O pó de alumínio tem um tamanho de partícula de 10-30μm e uma estrutura em flocos, representando 8,6%-12% do teor de sólidos. Ele forma um brilho metálico prateado refletindo a luz através do arranjo orientado. O sistema de resina inclui oligômeros de acrilato de poliuretano e monômeros de triacrilato de trimetilolpropano (TMPTA), combinados com fotoiniciadores à base de óxido de acilfosfina (TPO) (para resolver o efeito de blindagem dos pigmentos metálicos na luz UV de curto comprimento de onda), complementados por aditivos como agentes de nivelamento e antioxidantes. O solvente é uma cetona ou éster de alta volatilidade, com um teor de sólidos de construção de aproximadamente 38% e uma viscosidade de 15mPa.s (25℃).

(II) Tinta UV Dourada

O pigmento da tinta UV dourada é pó de liga de cobre-zinco (comumente conhecido como pó de ouro), e o aglutinante é semelhante ao da tinta UV prata. A cor do pó de ouro é determinada pela proporção de cobre-zinco: um teor de zinco de 8%-12% resulta em uma cor dourada avermelhada, um teor de zinco de 20%-30% resulta em uma cor dourada esverdeada, e a proporção intermediária dá uma cor dourada avermelhada-esverdeada. Em formulações práticas, o pó de ouro tem um tamanho de partícula de 800 mesh e é revestido com um surfactante para melhorar a compatibilidade com a resina, representando 10%-15% do teor de sólidos. O sistema de resina usa resina acrílica/poliuretano de alta transparência para garantir que o brilho metálico do pó de ouro não seja obscurecido, e absorvedores de UV são adicionados para melhorar a resistência às intempéries e evitar a descoloração após o uso a longo prazo.

(III) Tinta UV Gunmetal

A tinta UV gunmetal (cor metálica cinza escuro) usa pigmentos compostos de pó de níquel e pó de grafite, com uma composição química de pó de níquel (tamanho de partícula 20-40μm) e pó de grafite (tamanho de partícula 5-10μm) em uma proporção em massa de aproximadamente 3:1, com um teor total de 12%-18% do teor de sólidos. O sistema de resina seleciona oligômeros de acrilato epóxi, que possuem dureza e adesão. O fotoiniciador é um sistema composto de acetofenona e TPO para garantir a cura profunda do revestimento. Esta formulação forma um efeito gunmetal calmo através da reflexão metálica do pó de níquel e da absorção de luz do pó de grafite, adequado para peças decorativas de alta qualidade.

III. Processo de Pulverização UV para Revestimento a Vácuo UV + PVD

A pulverização UV é um elo chave que conecta o pré-tratamento plástico e o revestimento PVD. É necessário um controle rigoroso dos parâmetros de construção e das etapas do processo para garantir a qualidade do revestimento e os efeitos subsequentes do revestimento. O processo completo inclui quatro estágios: pré-tratamento, pulverização, nivelamento e cura, conforme detalhado abaixo:

(I) Estágio de Pré-tratamento

1. Limpeza do Substrato: Um limpador ultrassônico é usado com etanol ou isopropanol como meio de limpeza para remover óleo, poeira e resíduos de agente desmoldante da superfície plástica. O tempo de limpeza é de 3-5 minutos, e a temperatura é controlada em torno de 40℃.

2. Revestimento com Agente de Tratamento: Para substratos de difícil adesão, um agente de tratamento especial é pulverizado usando uma pistola de pulverização eletrostática com uma quantidade de revestimento de 8-10g/㎡ e uma espessura de filme de 3-5μm. Após a pulverização, a secagem infravermelha é realizada a 50-60℃ por 3-5 minutos para garantir a evaporação completa do solvente.

(II) Pulverização do Primer UV

1. Parâmetros de Revestimento: Um primer UV PVD especial é selecionado com um teor de sólidos de 40%-55%, uma viscosidade de 10-12s (copo NK-2#, 25℃), e solventes compostos principalmente de cetonas e ésteres.

2. Operação de Pulverização: Uma pistola de pulverização recíproca é usada com uma pressão de pulverização de 0,3-0,5MPa e uma distância de 15-20cm da peça de trabalho. Aplique uniformemente 1-2 demãos com uma quantidade de revestimento de 40-50g/㎡ e uma espessura de filme alvo de 15-25μm.

3. Tratamento de Nivelamento: Após a pulverização, coloque a peça de trabalho em uma sala de nivelamento por 5-8 minutos à temperatura ambiente, ou nivelamento infravermelho a 60℃ por 3 minutos para eliminar marcas de pulverização e garantir um revestimento liso.

4. Cura UV: Uma máquina de cura com lâmpada de mercúrio é usada com uma energia de cura de 400-800mj/cm². Após a cura, a dureza do revestimento atinge acima de 2H sem aderência.

(III) Pulverização da Camada Média UV (Opcional)

Para produtos que exigem alta rugosidade superficial, um processo adicional de camada média UV é necessário. A camada média tem um teor de sólidos de 15%-30% e usa solventes de alta volatilidade. Após a pulverização, a espessura do filme é de 5-8μm. Após a secagem infravermelha a 50-70℃ por 3-5 minutos, a cura UV é realizada a uma energia de 300-500mj/cm² para preencher pequenos defeitos e melhorar o nivelamento da superfície.

(IV) Pulverização de Tinta Metálica UV

1. Preparação do Revestimento: Agite completamente a tinta metálica UV antes de usar para garantir a dispersão uniforme dos pigmentos metálicos. Uma pequena quantidade de agente anti-sedimentação pode ser adicionada para evitar a sedimentação do pigmento.

2. Parâmetros de Pulverização: A pulverização de baixa pressão é adotada com uma pressão de 0,2-0,3MPa e uma quantidade de revestimento de 15-20g/㎡. Aplique 2-3 demãos finas para evitar escorrimento.

3. Nivelamento e Cura: Após a pulverização, nivele por 3-5 minutos, em seguida, realize a cura UV com uma energia de 500-800mj/cm² para garantir a cura completa do revestimento e um bom arranjo orientado dos pigmentos metálicos.

(V) Pulverização da Camada Superior UV (Revestimento Protetor)

Como o revestimento protetor final, a camada superior UV deve ter resistência ao desgaste, resistência química e brilho. Um verniz UV transparente de alta transparência é selecionado com um teor de sólidos de 45%-60% e uma espessura de filme de 15-40μm. Após a pulverização, o nivelamento infravermelho é realizado a 60℃ por 5-8 minutos, seguido pela cura UV a uma energia de 600-1200mj/cm². A camada superior curada pode passar no teste de desgaste RCA por mais de 300 ciclos e atender aos requisitos do teste de resistência à água fervente (80℃, 60 minutos) e teste de resistência à umidade (80℃, 96 horas, 95% de umidade relativa).