浅析木纹热转印系列粉末涂料发展及原材料选择

1、粉末涂料的发展‍

粉末涂料即为粉体状态涂料,涂装过程也是以粉体状态下进行,只有在烘烤成膜时它才有一个熔融而形成的液态过程。

粉末涂料的发展始于上世纪五十年代初期,由前联邦德国克纳萨克·格里塞恩公司于1952年发明乙烯类树脂(PVC)的热塑性粉末涂料。五十年代后期,壳牌化学公司第一个研发出热固性环氧粉末涂料,但由于分散均匀程度差,性能并不理想。直到1962年,壳牌化学公司开发了熔融挤出工艺,从而改善分散均匀性差的问题,该工艺沿用至今,依然是粉末涂料的最主要生产工艺。

我国的粉末涂料发展更为滞后,上个世纪八十年代,由于受到技术、原材料、生产设备及应用设备等方面的影响,粉末涂料发展极为缓慢,品种仅限于环氧体系。九十年代国内通过引进外资,进口较先进的粉末涂料生产设备和应用设备,国内的粉末涂料开始进入规模化发展。随着粉末涂料的发展,一些美术型的粉末涂料逐渐走入人们的视野。

2、热转印技术的运用‍

热转印技术很早就应用于织物热转移印花生产,随着高科技飞速发展,热转印技术应用越来越广泛。

从油墨品种分类有热压转印型和热升华转印型。

热转印技术在铝型材上应用,给型材专用粉末涂料带来了无限生机,丰富了粉末涂料的多姿多彩性。

热转印是一种干法生产工艺,油墨根据热升华原理,能在3-5min内将所需木纹、大理石纹或者其他特色纹理快速转印至铝型材粉末涂层表面,并可渗透到涂层内部40-60μm,无任何缝隙。随着热转印的发展工艺选择的丰富,目前热转印工艺大致有三种分别为:胶水粘合热转印、烫压热转印和抽真空热转印。2.1 木纹热转印粉末涂料的发展木纹热转印粉末涂料作为一种美术型粉末涂料,喷涂固化后又需要进行热转印工艺,深度加工,发展初期受到技术、设备、工艺等各方面限制,并未广泛应用。热转印涂料相对于功能性涂料其产品附加值并不高,长期以来国外的有技术背景,有资金实力的大企业并未对热转印涂料这块投入更多的研发成本,把研发的重心集中在产品附加值高的功能性涂料。 木纹热转印粉末涂料通过热转印工艺后,得到丰富多彩的图案,特别是仿真原木视觉效果,在家具,门窗等铝型材、铝单板上应用得到了客户的喜爱及认可。得益于国内近年来房地产的发展,广东铝材加工行业的集中,热转印粉末涂料在华南地区得到了良好的发展。‍

3、木纹热转印粉末涂料原材料的选择‍

目前铝型材热转印的方式主要为真空转印,所用热转印粉末必须保证不粘纸、转印清晰、流平好、机械性能优良。

在中国市场上木纹粉末涂料主要以聚酯/TGIC、聚氨酯/封闭异氢酸,这两大类型为主。

3.1 羧基聚酯的选择

聚酯/TGIC型木纹粉末机械性能较聚氨酯木纹粉末更为优越,价格也比较有优势,但是如果聚酯选择,配方设计不合理容易造成流平差、转印不清晰、粘纸等问题。

根据热转印的技术原理,在该领域应用的树脂主要的技术特点为快速固化和固化后具有较致密的表面,这样可以保证转印清晰、不粘纸,但是易导致流平差,外观不佳。如何制作出流平好、转印清晰、不粘纸的聚酯/TGIC型粉末涂料,在于选择低粘度不同酸值的聚酯,进行合理的搭配。‍

表1实验表明,树脂的酸值直接影响热转印清晰度及撕纸情况,热转印聚酯树脂选择高酸值,低粘度;如果单独使用高酸值聚酯,涂膜流平效果不佳。

此时添加适量的反应活性适中的低酸值聚酯,可以适当调节流平效果,且转印效果也得到改善。

3.2 羟基聚酯的选择

聚氨酯木纹粉末涂料流平性很好,随着树脂羟值的增大,转印效果越来越清晰,但涂膜机械性能越来越差。

表2试验结果表明,不同羟值的羟基树脂转印效果均比较优越,但高经的冲击性能较差,涂膜光泽较低,使用高羟聚酯的聚氨酯木纹粉末涂料原料成本高的离谱。

再加上其机械性能及耐沸水性能较差,所以推荐使用中、低羟值树脂为主,或者搭配适量高羟树脂,均能满足良好的转印效果。

3.3 颜料选择

关于木纹粉末涂料颜料的选择,考虑其耐候性能,首选无机颜料,对于无机颜料的选择在这里就不再详细叙述。当无机颜料无法满足客户颜色需求时候,我们可以合理的选择具有高的着色强度,鲜艳的颜色,色谱齐全的有机颜料。

选择有机颜料应主要以下特性:

(1)优良的耐热稳定性,防止粉末涂料在热熔融挤出时及加热固化过程中和热转印过程中,受热分解或晶型变化而导致颜色改变;

(2)良好的耐光与耐气候牢度,木纹系列产品多用于门窗及家具,避免涂膜在使用过程中短期内明显变色;

(3)具有良好的分散性,在粉末涂料生产过程中能均匀的分散于涂膜中。

(4)需拥有良好的摩擦牢度(颜料从固化涂层中迁移到涂层表面,发生“喷霜”或“铜光”现象,导致颜料摩擦牢度低劣),木纹系列产品多用于人们日常生活中长期接触到的门窗及家具,使用摩擦牢度差的颜料,影响消费者正常使用。

3.4 填料选择

考虑到木纹产品耐候性能及表观流平性的高要求,目前基本使用硫酸钡作为主要填料,未经过酸洗的原生矿硫酸钡,含有较多碳酸钙,且批次稳定性差,水煮性能较差。这里建议使用酸洗硫酸钡及沉淀硫酸钡作为主要填料。

木纹粉末产品转印清晰度,与涂层透明度即透光率成正比。从理论上来讲填料的折射率与基体的折射率相近,对涂层透明度即透光率影响不大。

但不同折射率的填料还是存在一定微小差异,使用不同品种的硫酸钡形成木纹纹理的清晰度也是有些许差异。

3.5 转印纸的选择

转印材料目前主要有转印膜和转印纸两大类型,由于成本原因国内大部分使用的是转印纸,这里主要叙述下转印纸的选择。

表面粗糙的转印纸,转印过程中容易出现粘纸,转印型材直角处残留纤维状毛絮等问题。太过于光滑的转印纸,虽然不会出现粘纸现象,但其油墨渗透性较差,造成转印清晰度稍差。

在热转印纸的选择上需要有较高的抗张强度和耐热性能,转印纸的紧度要大一些,透气度要小一些。如果转印纸的紧度过小、透气度较大,在热升华转印过程中,升华的油墨就会透过原纸背面向外扩散,影响转印效果。

从表3实验可以看出,同样木纹粉末涂层,选用不同纹理的木纹纸,转印粘纸性效果不同。我们总结:浅颜色的木纹纸撕纸性能优越,深颜色的木纹纸撕纸性能较差。

我们对木纹转印纸深入研究发现,用于印刷木纹纸的油墨用量及固含量是产生上述差异的主要原因。对于浅颜色(油墨用量少)的木纹纸,转印撕纸性好,可以不考虑这些因素。

对于深颜色(油墨用量多)的木纹纸,应注意选择油墨,合理控制油墨中,不同粘度缩丁醛含量。

4、结论

近几年得益于铝型材市场的高速发展,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,多彩的木纹色满足了消费者向往自然、舒适生活的追求。木纹转印工艺能使生产的木纹型材纹理清晰、立体感强,更能体现木纹的自然感觉,是替代木材的理想节能环保材料,符合当前倡导“以铝代木”的绿色环保概念,木纹系列粉末涂料在门窗行业也已广泛使用,在接下来的全铝家具也必将大发异彩。

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