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3D珠光效果热转印粉末涂料的研究

1前言

20世纪40年代,粉末涂料作为一种环保型产品,以其在涂装过程中无溶剂挥发、易回收、污染小等优点,给涂料发展带来了新的机遇。随着工艺条件的不断改善以及市场要求的不断提高,粉末涂料以其独有的自动化高、生产效率高等优点,在近几十年中取得了长足的进步。

转印技术始于20世纪70年代,在90年代末引进我国,主要包括水转印和热转印两种工艺。热转印技术在加热条件下通过热升华墨水,把图案色彩逼真的转印到金属、陶瓷、玻璃、塑料等材质上的一种工艺。近年来广泛应用于装饰性粉末涂层。

珠光颜料是指具有珍珠光泽的装饰性颜料,是以云母、片状石英、片状氧化铝或片状玻璃粉末为基质材料,在其表面包覆一层高折射率的金属氧化物透明薄膜复合而成,当光线照射到珠光颜料平整界面时,产生反射光和折射现象,它们之间相互干涉产生一种有立体感强的珠光色彩。珠光颜料因其光泽强、装饰效果好、无毒、耐光、耐热、化学稳定性好等优良特性,而使其应用极其广泛,从汽车工业、涂料、塑料、皮革、油墨印刷、陶瓷到化妆品、玩具、橡胶、装饰品等领域。3D珠光颜料因其具有良好的分散性和稳定性,粉末涂料中添加适量珠光颜料后就可以形成具有珠光效果的涂层,若通过转印技术将图案渗入图层40-60μm的内部,在保证转印图像色彩艳丽,层次清晰丰富,效果可与印刷相媲美的情况下,也保证了产品更加丰富的闪光效果。

早期的热转印粉末涂料主要以聚氨酯/异氰酸酯体系为主,但因固化剂价格过高,限制了转印技术在粉末涂料的应用。聚酯/TGIC体系有着优良的耐候性和综合性能,不仅满足热转印的技术要求,而且因其成本较低,因此在转印粉末涂料中的应用越来越广泛。

2实验部分

按配方设计要求称取树脂、颜填料、助剂等各种原材料,通过预混合、熔融挤出、粉碎、筛分,得到粉末涂料样品。然后喷涂制备涂膜样板。采用平板热转印技术将图纹转印到涂膜上,热转印条件为180s@200℃。

另外,按配方设计要求称取树脂、颜填料、助剂等各种原材料,通过预混合、熔融挤出、粉碎、筛分,得到粉末涂料底粉。调整邦定机的温度和转速,采用邦定法将珠光颜料和底粉混合,然后通过热转印工艺将图案转印到珠光涂膜上,热转印条件为180s@200℃。

配方试验所用树脂有广州擎天材料科技有限公司提供,聚酯材料特性见表1。

表1 配方试验用聚酯树脂的特性

3结果与讨论

3.1树脂酸值对转印效果的影响

在转印过程中交联密度、固化程度和树脂Tg是影响转印效果的重要因素。本实验选择两种高酸值聚酯树脂进行试验,其中NH-8081聚酯的Tg较高(约67℃)、NH-8001聚酯的Tg较低(约62℃),二者反应活性不同。实验结果如表2所示:

表2聚酯树脂特性对转印效果的影响

实验表明:酸值且高、树脂交联密度高的配方体系可以很好地解决热转印“撕纸”的问题,转印出来的纹理清晰,且残留在图层上的印痕大大减少。如果单独使用高酸值的树脂,涂层流平效果不佳,当通过添加适量的反应活性适中的低酸值树脂,可以适当调节流平效果,且转印效果也得到改善。如果反应活性较低,可能存在固化不完全的问题,热转印往往出现很严重的粘纸现象。实验发现,在保证涂层有较高的交联密度的情况下,必须保证涂膜充分固化,才能得到满意的转印效果。

3.2蜡粉对木纹转印的影响

在铝型材粉末涂料配方中加入一定量的低分子量的蜡粉,可以改进涂层耐刮伤性、防结块性和消光性。本实验结合蜡粉的表面张力分析,研究了蜡粉对转印效果的影响。实验如表3。

表3 蜡粉用量对转印效果的影响

试验结果表明:热转印的过程中界面张力对涂膜转印效果起到很重要的影响。蜡粉的表面的张力越小,转印时的“撕纸”效果也越好,说明来自转印纸或转印膜产生粘纸的物质主要是亲水性的物质。随着蜡粉用量的增加,转印粘纸现象明显改善,转印图案的纹理清晰度下降。因此,选择合适蜡粉并控制其用量,可以有效的提高转印粘纸和纹理效果。

3.3助剂对木纹转印效果的影响

流平剂的作用通过降低涂料的熔融粘度,提高熔体流动性,受热迁移到涂层,得到流平较好的涂层。流平剂的用量不仅影响流平效果,而且对转印效果也产生很大的影响。试验发现,流平剂用量减少,可以减少转印过程中的粘纸现象;过度增加流平剂,因为流平剂在熔融固化过程中迁移到表面,导致表面聚集过度的低分子量的聚合物,转印效果和粘纸现象就很明显加重。润湿促进剂对涂层表面影响甚小,对改善转印效果影响不大。

3.4邦定温度对珠光效果的影响

采用上面较为优异的树脂转印配方,在不添加填料的情况下,通过熔融挤出过程制备透明粉末涂料,分按表4条件进行邦定。

表4 邦定温度对涂膜热转印的影响

从表4可以得出:邦定温度对珠光的效果影响很大,邦定温度小于粉末玻璃化温度时,粉末颗粒软化不够,表面吸附力小,表面吸附的珠光颜料也少;邦定温度过高时,由于温度达到玻璃化温度之上,导致部分粉末胶化,影响粉末涂料的喷涂;当温度略低于玻璃化温度时,粉末软化很好,表面粘附的珠光颜料较多,邦定效果相应提高

3.5蜡粉对珠光效果的影响

通常情况下在粉末中都加入一定的蜡粉,这样不仅可以为粉末提供优良的抗磨、抗刮、防粘、和增加滑度等表面性能,而且也提高转印过程中撕纸等技术问题。

图1a是加入一定量蜡粉的涂膜珠光效果,可以看出,蜡粉作为一种低分子量聚合物,在固化过程中迁移到粉末表面,影响邦定粉末涂料的珠光效果。图1b表明,不加蜡粉对透明性及珠光效果影响很大。因此,结合表2蜡粉对转印有较好的影响,少量蜡粉对转印粉末涂料有利。

3.63D珠光与转印效果的影响

图2 加入珠光之后转印效果板

从图2c和2d可以看出,转印技术可以将图案可以渗入涂层内部,珠光颜料浮在转印涂层表面,具有转印图像色彩艳丽,层次清晰丰富的效果。图2a和2b两组图说明,普通珠光颜料的闪烁效果不及3D珠光颜料的效果,图2a中普通珠光是平铺图层之中,没有闪烁效果,3D珠光颜料闪烁效果较佳。

4 结语

随着市场对热转印技术的发展不断要求,尤其是珠光材料在粉末涂料的应用给粉末涂料带来了新的机遇,丰富了粉末涂料的应用多彩性。通过改进转印粉末涂料的配方以及3D珠光邦定技术的提高,可以满足市场日益变化和增长的需要。