卷材转印粉末涂料快速固化与快速转印有哪些要求？
摘要
0. 前言
热转印工艺是指以涂有颜料或染料的转印纸为媒介，通过加热、加压，将媒介上的油墨层的花纹图案转移到承印物上的一种印刷方式。热转印使用的油墨通常由色料和树脂基料等材料组成。在底基介质表面，特别是无机材料介质表面无图像承载膜的情况下，前述油墨不能同无机材料介质表面形成直接粘结，因此在无机材料介质表面上实施热转印印刷技术时，必须对其表面进行预处理，通常的预处理方式是在无机材料介质涂布一层热转印涂料膜层，在高温转印时用于承接成像，使转印效果清晰，成像还原。热转印带来的其独特的装饰效果和靓丽的外观，倍受人们钟爱。
在卷材表面喷涂一层粉末涂料作为热转印涂料膜层，粉末涂料是一种百分之百固体组分的涂料，通过喷枪，用空气作为载体，粉末带上静电，喷涂至待涂板材上。粉末涂料具有无VOC排放的优势，粉末涂料使用过程中利用率高，而且剩余粉末可直接回收再喷涂。同时普通粉末涂料的涂层一般厚度为65~95 μm，而卷材用粉末涂料一般为35~55 μm，相对于一般粉末涂料，能节省20%~50%的用粉量甚至更多。同时，一般粉末涂料固化大多需要10 min@200 ℃有的甚至需要15 min@200 ℃，而传统的转印用粉末涂料转印时间需要3~5 min@200 ℃，我司研发的卷材转印粉末涂料固化仅需20~40 s，转印时间仅需90 s，能适应卷材的快速生产。
普通卷材粉末涂料反应速度快，转印效果不清晰，无光转印效果不佳，为此研究了一种无光的转印粉末涂料，其具有爽滑的手感，优异的机械性能，目视和手感接近人类光滑的肌肤，以及拥有快速固化等特性。能适应卷材转印粉末涂料快速固化与快速转印的要求。
1.粉末涂料的优势
粉末涂料具有环保、节能、涂膜性能优异、可重复回收喷涂等特点，其在卷材涂装中的占比正在逐年增长。近年来，各种适用于粉末喷涂的卷材生产线纷纷建立起来。目前我司合作的卷材为高速静电粉末涂装生产线，喷涂效率高、喷涂均匀，能有效地提高卷材粉末涂料的生产效率，减少VOC排放。
1.1 粉末涂料在普通卷材上的应用
卷材的防腐蚀涂装一般包括前处理和涂装两部分，前处理一般采用磷化电泳工艺，再进行粉末涂装。卷材是家电外壳典型的使用材料，一般厚度在3 mm左右，在喷涂线上不需要预热就能很快地达到固化所需的温度，同时板材自身温度均匀，有利于粉末涂料的固化。
卷材粉末涂装线喷涂生产流程：
预处理→背面喷涂→背面烘烤→冷却→正面喷涂→烘
烤固化→冷却→收卷。
卷材粉末涂装的特点：
(1) 烘烤采用近红外光固化加热技术，通过近红外高辐射能量去激发涂料分子的剧烈振动而使涂层快速固化，在很短时间内就能完成固化；
(2) 在卷材粉末涂装上进行换色需要时间，比较适合单一颜色大批量的生产，转印粉末涂料技术可以实现单一底色不同转印纸的切换，可以减少转印粉末涂料生产中的换色过程，能有效提高生产效率。
1.2 肤感转印粉末涂料的市场前景
转印粉末涂料广泛使用于铝合金门窗、防盗门、防火门、钢制家具、文件柜、电脑外壳、家用电器、金属饰件等耐高温的金属材质。而肌肤质感的转印粉末涂料能使用在更贴近人们生活的地方，人们更容易触摸的物件上，如办公桌、课桌、吧台等，这类物件使用钢板配上木纹，比采用合成木板和胶合板更加健康环保且更耐用。对于家装阳台喜欢木纹装饰的，采用肌肤质感的铝型材也是优质的选择。现在各大商场、地铁站、火车站、高铁站甚至机场都会选用带有图案的铝合金板材进行装饰以及氛围营造。
2.实验部分
热转印卷材粉末涂料技术指标见表1。
2.1 实验材料
热转印聚酯树脂：擎天树脂；消光剂：南海化学；钛白粉：中核钛白；消光钡：欣美化工；粉末涂料通用助剂(流平剂：BYK；安息香、固化促进剂、701、柔韧助剂、蜡粉)；热转印纸(合富兴达、印城万佳、长盛兴隆等)；表2是基础配方。按表2配方准确配置各组分，用小型粉碎机混合均匀，用双螺杆挤出机挤出，破碎后用高速粉碎机粉碎，过200目标准筛，获得粉末涂料。然后将所得的粉末涂料喷涂在镀锌板板材上，固化时间为20~40 s，转印条件为90 s@180 ℃。
按表2配方准确配置各组分，用小型粉碎机混合均匀，用双螺杆挤出机挤出，破碎后用高速粉碎机粉碎，过200目标准筛，获得粉末涂料。然后将所得的粉末涂料喷涂在镀锌板板材上，固化时间为20~40 s，转印条件为90 s@180 ℃。
2.2 实验设备
SLJ-30AF双螺杆挤出机；万能中药粉碎机：DFY-500C；ACM系列磨粉系统：烟台东辉；单角度光泽仪：4FK-47；小型静电喷涂设备、高温烘箱：PHH-201；热转印烫画机；测厚仪：QNIX-4500，德国尼克斯；冲击试验仪：QCJ型，南海大步喷塑综合厂。
3.结果与讨论
3.1 聚酯树脂和固化促进剂的选择
卷材生产是一个快速连续的生产过程，通过传送带喷涂、固化、再重新收卷为连续过程，为此需要保证粉末的喷涂稳定性，以及保证涂层固化效率。卷钢粉末涂料的生产涂装线速度在60~100 m/min之间，因此粉末固化时间要求在20~40 s，而粉末涂料的熔融流平需要较长的时间，为了达到较好流平效果必须对粉末生产进行严格的规范并对配方进行科学的设计。
卷材粉末涂料需要具有应对卷材快速生产的特性，首先是快速固化的特性，其次卷材需要具备优异的耐受冲击性能和弯折性能。为此对树脂的酸值有严格要求才能满足快速固化的特性，同时控制树脂结构以及在助剂中添加纳米增韧剂。
由表3聚酯树脂酸值对涂层性能影响可以看出，聚酯树脂的酸值直接影响到涂层的T弯性能以及转印的撕纸效果，换言之就是能影响到固化速度和固化程度。为此对比四种聚酯树脂，酸值为36 mgKOH/g的聚酯树脂b是最佳的选择，冲击性能、弯折性能、转印撕纸效果都能达到要求。
由表4固化促进剂对胶化时间和转印效果的影响可以得到，促进剂能有效地提升固化速度，其中铵类促进剂的粉末胶化时间的影响相对较小，对于固化促进的效果不能达到转印的要求，两种膦类固化剂促进效果都比铵类促进剂要好，其中乙基三苯基溴化膦促进效果最好，胶化时间为110 s，撕纸和转印效果都能达到要求，因此固化促进剂采
用乙基三苯基溴化膦[1]。
从DSC曲线图1、图2的对比中，能清晰得到图1中粉末从98.92 ℃开始反应直到234 ℃才结束反应，而图2中添加了乙基三苯基溴化膦的粉末从106.53 ℃开始反应直到190.53 ℃结束反应，为此可知添加固化剂的配方固化效率大大提升，添加固化促进剂能实现快速完成固化的要求。
3.2 消光剂的选择
人类的表皮层是由表皮细胞壁外表面的角质层和角化层共同组成的，外观光泽低，手感细腻滑润，为此首先需要将涂层光泽降至15以下，目视光泽接近肌肤。由于此类粉末涂料有户外使用的需求，为此采用聚酯体系搭配消光剂来实现光泽效果。与此同时，细腻滑润的手感我们需要使用润滑剂和防划伤剂来模拟。润滑剂和防划伤剂是在粉末涂料熔融流平过程中，迁移到涂层表面形成一层保护层，能有效地降低表面张力和表面摩擦系数，使其产生细腻滑润的手感，同时保护涂层[2]。
从表5消光剂种类对涂层的影响可以得到，消光剂决定了涂层的光泽，很大程度影响了涂层的机械性能，为此对比了四种消光剂，因为需要得到小于15的光泽所以仅有消光剂c和消光剂d符合要求，能达到15甚至以下；但是消光剂d的冲击性能和转印效果不能达到要求，而消光剂c能达到要求。
3.3 柔韧助剂的选择
因为消光剂对机械性能会有所影响，特别是对T弯性能以及冲击性能有明显的负面影响，因此需要增加柔韧剂进行增韧。表6对比了四种柔韧助剂，柔韧助剂要求化学稳定性好，在粉末涂料中不参与反应，又要求与树脂相容性好，添加后能提升涂膜的柔韧性。
4种柔韧助剂对于涂层都有提升柔韧性能的作用，其中柔韧助剂d为纳米级别的柔韧助剂，在树脂中能够更加均匀地分布，能更好提升弯折性能，为此柔韧剂d是更好的选择。从图3纳米柔韧剂用量与T弯性能之间的关系，能清晰得到至少需要3%的柔韧助剂才能使涂层达到1T的柔韧性。
3.4 蜡粉的选择
选用蜡类润滑剂，通过熔融挤出对比了4种蜡粉，其中蜡粉c为聚四氟乙烯蜡。从表7蜡粉对涂层硬度和手感的影响可以得到，蜡粉c能使涂层硬度达到2H的同时保证了手感的爽滑。
3.5 转印纸的选择
目前市面上的转印纸张种类繁多，有自带珠光效果的、有自带纹理效果的还有传统的转印纸，同时转印纸上的油墨层同样会影响到触摸的手感。我们首先排除各种特殊的转印纸，对于普通转印纸来说，应选用图案清晰、手感光滑的转印纸来进行转印，同时与各厂家的转印纸进行对比，以保证转印效果清晰，手感光滑细腻。试验了不同转印纸生产厂家提供的具有爽滑手感的转印纸，表8为三家厂家提供的转印纸对比，其中厂家1提供的转印纸与我司配方最为匹配，能提升转印后涂膜的爽滑手感且不影响转印效果。
对比了厂家1提供的转印纸转印效果(表9)，其中a、b转印纸在转印过程中会出现油墨变色的情况，转印纸c和d能达到优质的转印效果。
表10对比了转印时间与转印效果之间的关系，结果表明转印时间过短会出现转印图案不清晰，转印油墨大量残留在转印纸上的情况；而转印时间过长温度过高会导致转印在板材上的油墨出现局部变色的情况，因此转印时需要尽量把转印时间控制在90 s左右。由图4可以分析转印时间与油墨渗透深度的关系，转印时间达到90 s后，油墨渗透深度增长不明显，转印油墨已基本渗入到涂层中间，而此时转印图案已经达到清晰、容易撕纸的效果。关键词：外墙乳胶漆厂家、工业油漆、涂料油漆、工业涂料、水性金属漆、水性防锈漆、水性油漆、木器油漆、汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、色漆与色浆、涂料色浆厂家、木蜡漆、涂料色浆厂家。
3.6 性能对比与分析
从表11的对比可知，卷材肤感转印粉末涂料性能相对于传统溶剂型卷材转印涂料更好，耐丁酮擦拭效果更佳，能减少VOC排放；相对于普通的转印粉末涂料在性能上有显著的提升，T弯性能更佳，转印效率明显提升，涂膜手感更加爽滑。由此对比可以看出卷材肤感转印粉末涂料性能更加优异。
部分肤感转印粉末涂料效果见图5。
4.结论
近年来粉末涂料在卷材行业的应用比例越来越高，国家对涂料行业挥发性有机化合物(VOC)含量的要求越来越严格，适用于卷材行业的转印粉末涂料开发是大势所趋。在肤感卷材粉末涂料的配方设计中，为了加快固化速度同时保证机械性能，配方应选用酸值合适的聚酯树脂和固化促进剂配合，保证涂层的易撕纸性能和转印效果；使用消光剂将涂层光泽降低之后，涂层的机械性能容易受到影响，而卷材预涂板属于后加工的板材，后续需要分割弯折后再进行使用，因此配方需要增加柔韧助剂提高涂层柔韧性能，保证转印粉末涂料预涂板的后加工性能；为了保证涂膜手感，需要增加蜡粉提高涂层硬度，同时使涂层具有爽滑的手感；最后还要选择合适的转印纸，确保转印工艺与转印纸稳定性兼容，也可联合转印纸生产厂家开发专用的转印纸，以保证卷材肤感转印粉末涂料在转印过程中的稳定性能。
编辑：邓凯
来源： 粉末涂料与涂装2021年第6期
文 / 陈嘉壕 高庆福 欧阳建群 肖龙和 ( 擎天材料科技有限公司 )
如需转载，请标注出处