转印技术与聚氨酯粉末涂料

    【集萃网观察】 摘要:本文介绍了升华热转印技术,以及聚氨酯粉末涂料在升华热转印中的应用.并分析了转印工艺中影响撕纸的一些因素.

     1、前言粉末涂料具有环保、经济、高效、性能卓越之“四E”优点。随着人们环保意识的提高，粉末涂装的应用越来越被人们喜爱。特别是美术纹理型粉末涂料，其独特的装饰效果，和靓丽的外观，更受人们的钟爱。近年来，转印技术在粉末涂装中的应用，可以随心所欲地获得各种复杂的纹理图案。
 
    转印技术的出现，在美术纹理粉末的研究史上，有里程碑的意义。聚氨酯粉末涂料具有较高的交联密度，优异的图案转移性能。是故，聚氨酯在热转印中的应用广泛，在欧洲已经成为主流。用于建筑物和家居装饰中随处可见。但是，在亚洲，由于专利和一些材料垄断的因素影响，热转印应用以P/TGIC体系为主。然而，在某些场合的特殊应用需要，还是不得不选择聚氨酯粉末。

    2、转印技术转印又可分为热转印和水转印两类。水转印是用水作为媒介,把已经印刷在纸基或特种PVA膜上的彩色图案转移到承印物表面的转印方式，分为水贴纸和水披覆二种。设备要比热转印昂贵，在粉末涂料行业中少用；热转印是将数字图案先通过印刷设备，将图案打印在特殊的转印专用纸上，然后再将印上图案的转印纸紧贴在承印物表面上，以高温高压的热升华转印技术把图案精准地转印到承印物表面上。热转印贴转印纸方式又分为胶水贴纸和抽真空法贴纸两种。转印粉末是纹理粉末的突破。它比传统的纹理粉末（彩色粉、金银花纹粉、点花粉）更易控制纹理，可以方便获得各种复杂图案。

    2、1 热转印热转印是根据热升华原理工作的，基材用热固性材料涂覆，完全固化后与转印纸紧紧接触，在150℃---250℃间,印刷油墨通过升华转移到底材涂膜表面上。热转印最初是将转印膜上的花纹,采用热转印技术印至铝基材的聚氨酯粉末涂层表面上，以达到仿木材或石材的装饰效果。它能在3-5分钟内将所需要的木纹或大理石花纹，快速转印至铝型材粉末涂层的表面上,并渗透到涂层内部40??60微米。由于其抗腐蚀性、抗冲击性、耐磨性好；耐老化性好，在户外使用能保持15年不变色；重量轻、强度高等优良的物理化学性能；清晰逼真的花纹；以假乱真的视觉效果。广泛应用于门窗、家具、室内外装修、建材等行业。由于聚氨酯粉末固化剂受垄断的影响,价格昂贵。我国又将转印应用到聚酯/TGIC及环氧/聚酯体系.
 
    2、2  热转印工艺

     现在我以真空法贴转印纸为例，介绍一下铝型材热转印的工艺。 
    (1)用切膜机将热转印膜卷（购来的热转印膜为1000米一卷）裁成所需要的尺寸。

    (2)将裁好的转印膜用超声波包装机根据工件的大小焊接成工件包裹袋。

    (3)在包装平台上,将喷好粉末并完全固化的工件插入用转印膜制成的工件包裹袋。
 
 (4)将包好转印膜的工件放在热转印机小车平台上，依次可放18根铝材，将铝材包裹袋两端接上真空抽头并锁紧，打开真空开关，此时转印膜紧紧的贴在铝材上。小车自动将铝材送至烘烤炉内，烘烤炉自动升温220度并保温3分钟，小车自动退出烘烤炉。

    (5)松开真空抽头，将工件取下。鼓气使转印纸与工件分离,去掉转印膜，并检查工件质量。
 
    2、3 转印粉末配方设计注意点
 
   （1）、参考等当量反应比例，保证完全固化。
 
   （2）、不要加无关蜡粉，以免转印图案模糊。
 
   （3）、添加适当的功能性填料增加硬度。
 
   （4）、保证膜面丰满，鲜映性好。
 
    2、4 涂膜表面、Tg、硬度与撕纸的关系
 
    聚氨酯粉末配方须使用两种不同羟值的树脂,使涂膜表面产生微观不平整，转印纸在涂膜表面吸附力不一样，而好撕纸；其次，涂膜不能产生回粘，TG在80?110℃为宜。Tg低于50度,转印时(180---220℃)涂膜软化,影响撕纸。TG高于130℃,涂膜太脆,易引起常规使用中底材的损坏；再次，涂膜的硬度也十分重要，硬度低纸不好撕，硬度至少3N才能撕纸. 硬度太高，图案不能完全转移（或完全转移需要较长的时间），转印的附着力与渗透力也差。根据经验，在转印温度（如200℃）下，测涂膜的抗划伤性（Oesterle型435抗划伤试验仪），较好的至少为8N，最好的至少为11N。耐划伤的上限取决于热转印的时间，最长的转印时间又取决于涂膜的热稳定性。一般而然，最大的抗划伤应该小于30N。
 
    3、酯氨酯粉末涂料在热转印中的应用 
 
    聚氨酯粉末涂料是由羟基聚酯、封闭型异氰酸酯、流平剂、颜填料及助剂等组成的热固性粉末涂料。羟基（R-OH）与异氰酸酯（R-N=C=O）反应生成氨基甲酸酯键,才算真正的聚氨酯粉末涂料。而甘脲类不在此论.聚氨酯粉末涂膜物理性能好，涂膜高交联密度给予优异的耐水性、耐溶剂性、耐候性、很强的耐油性和耐涂鸦性。特别适合用于图案热转印。
 
    纵观我国的粉末市场，由于聚氨酯低光粉末在热转印应用中有独特之处，用量有了增加趋势。聚氨酯粉末可利用高低羟值的树脂共挤，一步到位得到低光粉末。不会象P/TGIC蜡系低光那样易起雾，也不会象P/GMA丙烯酸低光粉那样光泽重现性差、硬度不理想。现在DEGUSSA还开发了一种特殊的结晶型树脂产品。专用于低光超耐候粉末。并专为热转印的需要而设计.
 
    3、1 聚氨酯高光粉末涂料在热转印中相对不好撕纸
 
    聚氨酯粉末由单一聚酯组成的热固性涂膜是撕纸效果不理想的。例如：
 
    聚氨酯高光粉末参考配方：(固化条件200℃10Min)
 
    材料名称                  质量份
 
    羟基聚酯  HV=30            56.6
    nbsp; 1530（NCO含量15%）     8.5
    二丁基月桂酸锡              0.1
    流平剂                     1
    钛白粉(金红石)             22
    硫酸钡                     14
    安息香                     0.4
    颜料                       适量
  
    这种粉末的光泽（60°）大约90%，涂膜似镜光洁，与转印纸紧密相贴，故不
易分离。所以我们设计配方时常选用高低羟值的两种聚酯。如果两种羟值差别太小,胶化时间差异不大，涂膜与转印纸的分离还是不容易.通过大量的实验，我们将羟基聚酯树脂的羟值75 mgKOH/g定为参照点，＞75mgKOH/g为高羟值，＜ 75mgKOH/g为低羟值，采用这两种范围羟值的聚酯树脂来获得与转印纸易分离的涂膜。
 
    3、2 聚氨酯半光粉末在热转印中相对好撕纸
 
    聚氨酯半光粉末涂料，主要是靠高低羟值的两种树脂固化反应期间引起不规则反应速率，产生微观结构粗糙程度的涂膜而消光。由于涂膜表面产生微观不平整，转印纸不能完全紧贴而好撕纸；粉末粒度可控制在35μ左右。烘烤过程中，反应活性大的粉末粒子先发生反应，而此时它们并不能达到合适的聚结，在熔融的涂膜表面上形成部分凸起的网络。当活性较小的粉末粒子交联时，它们在先形成的这种网上收缩，产生网络互穿消光。半光粉末包括：两种不同树脂与一种固化剂的配制；一种树脂与两种不同的固化剂的配制；使用两种树脂和两种固化剂配制等等。
 
    当然，也可以象其它体系一样，使用消光填料消光；加入物理消光剂之类不相混溶的材料消光；使用具有两种不同活性的粉末的混拼物消光等。
但,聚氨酯
 
    这种共挤的拼混比干混的拼混有了质的区别，重复性好。通常使用羟值30和羟值300的聚酯相拼混，羟值300聚酯占聚酯总量的25%--40%时光泽水平较低；10%以下只是轻微消光。增加羟值300的聚酯用量，会导致凝胶化时间变短，并出现耐化学品性提高的趋势。在最低光泽水平时，挤出的混合物明显相分离，须加助剂优化。这两种聚酯与聚二氮丁酮固化剂相配合，同样可以得到低光泽(10---15%)、流平好、机械性能优良和耐溶剂良好的涂膜。
 
    聚氨酯半光粉末参考配方一：(固化条件200℃10Min)
 
    羟基树脂（HV:36--40）           50
    羟基树脂（HV:280--3