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浅析热转印粉末涂层耐候性的影响
来源:方胥庚 | 发布时间:2019-9-17 | 浏览次数:

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文/方胥庚,刘飞,许统广
广东华江粉末科技有限公司
 
摘要:本文从树脂的品种选择、转印纸、转印工艺三个方面对最终转印涂层的耐候性的影响情况进行分析。
 
1 前言
 
    近几年来国家对各行各业的环保要求越来越严苛,而粉末涂料被公认为4E(省能源、省资源、低污染、,高效能)环保友好涂料,并越来越多地应用于各个行业的表面涂装处理。而转印粉末涂料在近几年更是得到快速的发展应用,很快在防盗门、铝型材、办公家具等行业广泛应用。在应用的过程中,我们逐渐发现很多热转印的产品出现褪色的现象,没有普通的粉末涂层那么经久耐用。尤其是部分热转印粉末应用于建筑铝型材领域。目前市场上大多数的热转印产品的耐候性都满足不了人们对户外用热转印产品的耐候性的要求。本文主要分析研究热转印粉末涂层的耐候性的影响因素。
 
2 实验部分
 
2.1 实验主要原材料
 
    羧基聚酯树脂A、超耐候羧基聚酯树脂B、羟基聚酯树脂C、羟基聚酯树脂D、羟基聚酯树脂E,市售;TGIC,工业级;脂肪族异氰酸酯,工业级;重晶石粉、白粉、颜料等,市售;流平剂、光亮剂、安息香、蜡粉等助剂,工业级;国内热转印木纹纸A、国内热转印木纹纸B、进口热转印木纹纸C,市售。
 
2.2 实验主要设备
 
    GSJ-3挤出机,烟台市三立机械设备有限公司;ACM-O5F磨粉机,烟台市三立机械设备有限公司;CQ-SJ5静电喷涂设备,深圳市成企鑫科技有限公司;101-3AS电热恒温箱,康恒仪器有限公司;热转印用烫画机,飞龙科技发展有限责任公司;BGD 523漆膜磨耗仪,广州标格达实验室仪器用品有限公司;Q-SUNxe-1氙灯加速老化仪,Q-LAB公司;CTA灰度色卡等。
 
2.3 热转印粉末涂料及其涂层的制备
 
    热转印粉末涂料基本配方如表1所示。
 

 
    照表1设计的配方,将各原材料均匀混合,然后通过挤出机熔融挤出并冷却破碎成片料,再将片料经过ACM磨粉机粉碎筛分即可制得热转印粉末涂料;然后将标准铝板表面进行无铬钝化处理;在静电喷涂条件静电电压60~80kv、送粉量1kg/cm2的静电喷涂条件下将制备好的粉末涂料喷涂在在铝板表面上,置于210℃烘箱中烘烤15min后,取出冷却至室温,一次性喷涂的涂层厚度控制在50~70μm。最后再将固化好的样板和热转印木纹纸通过烫画机按200℃/3min进行热转印加工,即可得到对应的热转印涂层。
 
2.4 测试与表征
 
2.4.1 油墨渗透程度测试
 
    实验前用负载1000g、转速72r/min的CS-17磨耗轮,预磨5~10转(以出现圆弧印为准),再用不起毛的纸擦净,用记号笔以圆心为交叉点,画两条贯穿整个样板且垂直的标记线,在砂轮与标记线重合的中心位置做好标记,做好标记的4个点即为检测点。用涡流测厚仪测量这4个点的局部膜厚,每个测量点测3个、5个读数。将平均值记为该点局部膜厚测量结果。
 
    确定检测点后,按一定的打磨条件(负载1000g、转速72r/min、粘附150目砂纸的磨耗轮),打磨到转印油墨图案基本消失时,再按一定的条件(负载1000g、转速72r/min、CS-17橡胶磨耗轮)打磨到油墨图案刚好消失时,测量此时检测点的局部膜厚,取平均值,检测点打磨前后的膜厚差值即为油墨的渗透深度。
 
2.4.2 氙灯老化测试
 
    将待测试涂层样板置于氙灯老化箱中,按照标准GB/T 1865-2009进行检测,其中老化箱的参数设置如下:光照(0.55W/m2,65℃±2℃,102min);日光+喷淋(0.55W/m2,65℃±2℃,18min);换板周期50h/次。
 
2.4.3 灰度测试
 
    依据GB/T 250的测试方法(垂直目视样板和灰卡,以留样板做为背衬,在6001x及以上有效光线下,光线入射角度约为45。时观察(不要阳光直射,或光线太暗即可),与CTA灰卡对照变色程度,并记录。)需要3-4人进行判断样板的灰度情况,再平均其结果作为最终的灰度测试结果。
 
3 结果与讨论
 
3.1 树脂对涂层耐候性的影响
 
    树脂是粉末涂料主要的成膜物质,决定了其涂层的性能,不同类型的树脂交联密度不一致,固化体系也不同,热转印加工后油墨渗透程度也会有所不同,油墨渗透程度的深浅对转印后涂层的耐候性会有一定的影响,再加上树脂本身耐候性也存在着差异,故不同类型的树脂,不同体系的成膜物质通过热转印加工后得到的涂层的耐候性也会不同。
 
    目前市场上热转印粉末绝大部分是聚酯/TGIC和聚氨酯两大类型,因而本文主要探讨这两类中的饱和端羧基和端羟基聚酯树脂对转印涂层耐候性影响,所以选取不同类型树脂按照表1中基础配方制备了的热转印涂层,进行测试对比涂层的耐候性。具体数据如下表:
 

 
    根据上表实验结果知:树脂A与树脂B相比,同样是端羧基聚酯树脂,树脂A的耐候性差,二者油墨渗透基本接近,树脂B的撕纸效果较差,所以转印后的涂层的耐候性与底粉的耐候性成正相关性;树脂C、D、E的耐候性基本上属于同一个级别,但是转印后的涂层耐候性树脂C和D明显要好,主要是因为树脂E制备的涂层交联密度很高,油墨难以渗透到涂层里面,长期曝晒在户外,油墨容易从涂层里逃逸出来,导致转印后的涂层容易发生变色,耐候性变差;对比树脂A、C、D的涂层性能,其底粉的耐候性基本接近,转印后的树脂C和D的耐候性略好,可能是聚氨酯涂层与油墨结合的更好,渗透的更深,油墨不容易从涂层中逃逸出来。
 
    综上所述,在保证成膜物质的耐候性优异的情况下,还需要保证油墨的渗透程度较好以及油墨与粉末涂层有较好的结合,才能赋予转印后涂层良好的耐候性。
 
3.2 热转印纸对涂层耐候性的影响

    涂层通过热转印加工后,转印纸上的油墨受热升华渗透到涂层里面,从而形成木纹纹理等图案。油墨的质量好坏以及油墨的渗透程度都会影响到转印后涂层的耐候性,尤其是对灰度的影响。因而我们选取了不同厂家和品种的木纹纸进行耐候性对比。
 

 
    根据上表实验结果知:普通耐候的底粉匹配不同的转印纸A、B、C,最终涂层的耐候性都比超耐候底粉的耐候性差,说明底粉的耐候对最终转印涂层的耐候性有一定的影响;转印纸B匹配普通底粉和超耐候底粉的涂层耐候性比转印纸A的耐候差,主要是因为深色转印纸含有的油墨量较高且含有一些较易分解、寸候性较差的染料;同样是超耐候底粉时,转印纸C转印后的涂层耐候性比转印纸B的耐候性要好。
 
    综上所述,底粉和转印纸的耐候性共同决定了最终转印涂层的耐候性。
 
3.3 热转印工艺对涂层耐候性的影响
 
    油墨是通过升华扩散到涂层里面的,其升华温度一般在180℃~240℃。根据热力学规律,温度越高,油墨分子就会运动得越剧烈,扩散得越快。所以热转印的温度、真空度、时间会影响到复合油墨和粉末涂料的相容性,即同时影响了复合油墨渗透到涂层的深度,该深度的大小对转印后涂层的耐候性有很大的影响。我们对比分析了不同转印温度和时间对涂层耐候性的影响。
 

 
    根据表4的实验结果知:转印温度越高,油墨越易升华且扩散速度越快,同样的转印时间内,渗透到粉末涂层里的油墨就越多,油墨渗透的深度也会越深,故其得到的转印涂层的耐候性就会越好。
 

 
    根据上表5的实验结果知:相同的转印温度下,转印时间越长,油墨的渗透量就越高,渗透深度就越深,得到的转印涂层的耐候性就会越好。
 
4 结语
 
    树脂耐候性能直接影响了粉末涂层耐候性,也对转印涂层的耐候性产生了较大的影响。因而在选择树脂时,需要选择耐候性好、与油墨结合好、交联密度适中的树脂。
 
    不同厂家和种类转印纸对转印涂层耐候性影响较大,需要选择进口转印纸较好。

    在一般的转印工艺情况下,转印温度越高、转印时间越长,涂层的耐候性越好。

 
 
 
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