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热转印切割
发表时间:2021-06-04     阅读次数:405     字体:【

热转印聚酯粉末涂料配方的研究

尹 臣,程 里,史中平,高庆福

(广州擎天材料科技有限公司,广州 510860)

摘 要:通过对比转印效果的影响因素,对不同厂家热转印聚酯树脂进行筛选;对树脂DSC固化行为进行讨论和分析,选择具有高固化率和高流平性的树脂,并配合助剂和颜料的选择,解决热转印涂料粘纸、油印和转印纹路不清晰等生产问题。

关键词:热转印;粉末涂料;聚酯树脂;颜料

近几年来热转印技术在铝型材市场取得突飞猛进的发展。热转印粉末涂料产品以其逼真的装饰效果和艳丽的色彩,受到广大用户的喜爱。粉末涂料热转印技术是将高精度纸上的转印油墨在固定温度下热升华渗入到涂层内部,使型材具有类似木纹纹理效果的一种特殊工艺。热转印粉末涂层不会改变原有涂层的物化性能(如硬度、耐磨性、耐冲击性、耐盐雾性、耐老化性等),近些年广泛应用于铝型材和家具领域,以体现居家生活和建筑物的个性化和多样性。

热转印粉末涂料初期主要以聚氨酯体系为主,但其价格昂贵,促使企业向价格较低的聚酯/TGIC(异氰尿酸三缩水甘油酯)型热转印树脂体系转型。现在聚酯/TGIC型热转印聚酯树脂的技术已较成熟,热转印效果色彩饱满、清晰度高、流平优异、撕纸性好,并且成本低。在市场上聚酯/TGIC型热转印体系已经取得了高度的认可。本文通过对不同厂家的树脂进行对比和筛选,选择出高固化率和高流平性的树脂,并配合助剂和颜料的选择,解决热转印粉末涂料粘纸、油印和转印纹路不清晰等生产问题。

1 实验部分

1.1 主要原料

热转印聚酯树脂(树脂A、树脂B、树脂C、树脂D):市售;异氰尿酸三缩水甘油酯(TGIC):工业级,鞍山润德精细化工有限公司;钛白粉、硫酸钡、Yellow 3950、Yellow 420、Yellow 10c112:市售;粉末涂料通用助剂(流平剂、安息香、蜡粉、促进剂、光亮剂701):工业级,进口;热转印木纹纸:长盛兴隆装饰材料有限公司。

1.2 实验仪器

SLJ-30E型双螺杆挤出机:山东凌宇通用设备有限公司;DFY-500万能中药粉碎机:温岭市林大机械;ACM-02型磨粉系统:烟台东源化工设备有限公司;SURE COAT型小型静电喷涂设备、诺信静电喷枪、GPH-30高温烘箱:爱斯佩克环境仪器(上海)有限公司;DSC差示扫描量热仪:上海和晟仪器科技有限公司;热转印机器烫画机:飞龙科技发展有限责任公司。

1.3 热转印粉末涂料及其涂层的制备

按照表1设计配方,称取聚酯树脂、TGIC、各种助剂和颜料进行预混合,熔融挤出,冷却破碎,粉碎,固化制得热转印底粉样板。将制得的样板通过热转印烫画机进行热转印,制得热转印样板(热转印温度200 ℃,时间180 s)。

表1 热转印底粉基础配方

Table 1 Formula of thermal transfer powder coating

2 结果与讨论

2.1 热转印树脂对转印效果的影响

在设计热转印配方时,为了解决热转印过程中粘纸和表面油印的问题,使涂层具有优异的流平性、色彩饱满度和耐老化性,应该选择合适的树脂。可供选择的通用聚酯/TGIC型热转印树脂种类较多,不同类型的热转印树脂各有优缺点。本实验对比了市售的4种树脂及其涂层的基本性能,结果如表2所示。

表2 树脂及涂层的基本特征

Table 2 The basic characteristics of resin and coating

根据实验可知,热转印涂层转印的好坏与树脂的反应活性有很大关系。选用高酸值树脂时,树脂和固化剂充分反应,涂层可以充分固化,转印撕纸效果好,油印可以明显减少,如图1所示。选择低酸值树脂时,涂层中容易残留一些未固化小分子,在转印时粘纸,产生撕纸困难和油印。酸值相同的条件下,流动性大、黏度低的树脂形成的转印涂层具有更好的流平性。

2.2 树脂固化行为对转印效果的影响

一般的聚酯树脂在200 ℃下固化10 min便可以完全固化,可是转印过程中依然会出现粘纸和油印的现象,转印效果受到限制。涂膜耐冲击性好并不代表树脂反应充分,交联密度好[1]。选择热转印树脂时要选用交联密度高、反应活性强、反应后涂层致密性好的树脂。表3为树脂A、B、C、D的固化行为研究。

图1 转印效果图
Fig.1 Thermal transfer effect

表3 树脂的固化行为

Table 3 Curing behavior of powder coating

由表3可知,树脂A在同等条件下的固化程度和交联密度明显优于其他3种产品(结合其在同等温度下的转化率可知),在200 ℃条件下固化10 min,能使涂层充分固化,减少涂层高温转印时受热产生二次短固化而产生的粘纸、油印等损坏涂层表面的现象。

2.3 助剂用量和颜料对热转印效果的影响

在设计热转印粉末涂料配方时,通常会加入助剂来改善涂层性能。在配方调试过程中,当涂层表面流平稍差时,通常会提高流平剂、润湿剂用量达到改善流平的作用。根据实际经验,若流平剂、光亮剂和安息香的添加量分别在总量的0.05%~0.15%范围内,它们对粉末涂层转印效果基本无影响,增加光亮剂一定程度上会提高转印的清晰度[2]

高档热转印粉末涂料一般为色彩饱满艳丽的半透明体系。在涂层半透明状态下,颜料的选择十分重要。首先应选用粒径均匀、分散性好、添加在涂层中受热后迅速分散、固化过程中易分解、并有很强着色力的颜料;其次所选颜料也应具有较好的耐热性、耐光性和耐候性。因为在设计热转印粉末涂料配方时,若颜料耐热性不好、分散不均匀,转印时颜料分子容易迁移到涂层表面,产生粘纸和油印,造成转印效果缺陷。实验固定配方量:树脂A 300 g、TGIC 26.1 g、流平剂3.5 g、安息香1.6 g、润湿促进剂1.6 g、蜡粉2.5 g、颜料2.0 g,考察颜料种类对热转印性能的影响,结果见表4。

表4 不同颜料对热转印性能的影响

Table 4 Effect of pigments on thermal transfer properties

从表4可以看出,在同等条件下,耐候性和分散性好的Yellow 3950和Yellow 10c112黄色颜料的撕纸和油印效果明显优于Yellow 420颜料。实验说明,涂层转印的饱满度和清晰度与颜料的选择有很大的关系[3]。因此,在热转印体系中,需首选耐候性和分散好的颜料,能很大改善涂层的转印效果。

2.4 蜡粉和促进剂对转印效果的影响

在设计热转印聚酯粉末涂料配方时,不宜添加过多蜡类助剂。需要指出的是,消光蜡助剂的选择,最好选用和配方中其他组分反应的蜡粉,如果选择不当,极易造成转印纸和涂层的粘纸。

为提高树脂反应活性,促使涂层充分固化,解决涂膜粘纸的问题,通常会添加一定量的固化促进剂,其用量需根据具体要求添加,稍一过量会严重影响涂层流平效果,影响转印纹路,如图2所示。

2.5 树脂Tg和贮存稳定性

热转印聚酯/TGIC粉末涂料,在高温环境下TGIC的固化行为随时间会慢慢衰减,导致涂层出现橘皮和反应不充分的现象,从而影响转印效果,所以必须考虑树脂贮存稳定性。贮存稳定性越好,转印产品的性能越有保障。表5是4种粉末涂料的贮存稳定性对比。由于树脂A的Tg要高于其他3种树脂,贮存稳定性更优[4]

图2 转印效果图
Fig.2 Thermal transfer effect

表5 4种粉末涂料贮存稳定性结果

Table 5 Storage stability of four powder coatings

图3为4种粉末涂料在40 ℃/8 h下的抗结团性能比较。

图3 4种粉末涂料的抗结团性能对比
Fig.3 Comparison of blocking properties of four powder coatings

从图3可见,树脂A的粉体蓬松,基本无结团,明显优于其他3种树脂,所以选用树脂时优先选用抗结团性能好、Tg高的树脂,能保证粉末的热转印效果[5]

3 结 语

在设计热转印粉末涂料应注意以下几点:

(1)选择合适的热转印树脂,最好选用高酸值、低黏度、流平性好的树脂,并且能保证良好的转印效果。

(2)配方中蜡粉和促进剂的添加量应分别控制在总量的0.1%~0.7%范围内,防止固化不充分影响涂层的流平性,产生油印和粘纸等缺陷。

(3)注意配方中颜料的选择,选用极易分散、耐热性、耐光性和耐候性好的颜料,可有效防止颜料受热的二次迁移,避免涂层缺陷


 
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