こんにちは
うためぎすと申します。
以前透明水彩パレットを自作し、プラスチックに絵の具を塗った事があります。

一層目　シュレイパージェッソ
二層目　アクリルガッシュ
三層目　Ｕ-35
四層目　グロスワニス

結論から申し上げますと三層目と四層目は何度塗り直してもはがれてきました。
プラスチックに二層目の絵の具が定着したのは、あくまでシュレイパージェッソがプラスチックにも塗れる下地材だからだと思われます。
絵の具が取れるタイミングは蓋を開閉するごとに粉のように剥がれてしまいました。

もし、スマホケースにと考えてらっしゃるのでしたら内側に塗るか、プラスチックの表面をヤスリがけしてできた凹凸に絵の具を流すくらいですかね？

せっかく描いた一点物のスマホケースがぼろぼろになるのは悲しいですが色々試してみて下さい！
アドバイスになれているか分かりませんが
青と白のクラゲや背景がキラキラして素敵な作品ですね。
失礼いたしました。

スマホのケースの素材に寄りますが、よくスマホケースに使われている、ポリカーボネート、TPU、シリコンには、残念ながら絵具は接着しません。これらの素材は、素材自体が水をはじくように出来ていますので、水が主成分のアクリル絵具が接着しにくく、乾いても引っかいたり、曲げたりすると簡単に剥がれます。

外側に塗るのではなく、内側に塗って触らないようにするのが、剥がれにくくするのが、一番良いかと思います。