1 前言
木紋粉末涂料比較廣泛應用于建筑鋁型材、鋁單板、防盜門、家電和其它一般工業等行業。根據形成紋理的方式不同,木紋粉末涂料又可分為熱轉印木粉粉末涂料(以下簡稱熱轉印粉)和立體木紋粉末涂料(以下簡稱立體粉),目前應用比較多的是熱轉印粉,其使用工藝是將粉末涂料噴涂到基材表面經高溫烘烤成膜后,再將木紋紙粘貼在涂層表面,經過抽真空和高溫烘烤,從而在涂層表面形成木紋圖形。立體木紋是將噴涂后的粉末涂料在工件表面經烘烤成膜后,再次噴涂顏色反差較大的粉末涂料,經過滾刷刷出條紋狀,再經過高溫烘烤形成類似木紋紋理,用手觸摸會有凹凸感。本文主要介紹建筑鋁型材和鋁單板用木紋粉末涂料,這種木紋粉末涂料主要應用在戶外,要求具有很好的耐老化性能,所以一般選擇聚酯類、聚氨酯類或氟碳類粉末涂料體系。
2 熱轉印粉末涂料的配方設計
本文的研究中,聚酯樹脂主要選擇DSM、安徽神劍、杭州中法和廣州產協的聚酯樹脂,固化劑是選擇黃山華惠和常州牛塘的TGIC,寧波南海的T105,助劑主要來源于寧波南海、寧波志華、六安捷通達和科萊恩等,顏料和填料都是由國內廠商提供。為了改善熱轉印粉的易脫紙性,可以在配方中適量添加聚酰胺類的微粉蠟,以降低體系的表面張力,提高易脫紙性,但這樣會降低轉印油墨的吸收性、轉印清晰度會下降。實驗設備是國產32型雙螺桿擠出機、中藥粉碎機、靜電噴槍、電熱恒溫烘箱和燙印機。
2.1 聚酯/類熱轉印粉
聚酯類的熱轉印粉末涂料又可分為聚酯/TGIC型和聚酯/HAA型,一般是以駝色和咖啡色為主色調。在設計熱轉印粉的配方時,既要考慮粉末涂料本身應具有的理化性能和耐老化性能外,還要考慮轉印紋理的清晰度、轉印深度和易脫紙性。考慮到易脫紙性,一般選擇酸價適中或偏高一些、反應比較好的聚酯樹脂,這樣粉末涂層會有很好的交聯密度,有較高的玻璃化溫度,可避免熱轉印之后的粘紙現象。表1是聚酯/TGIC型熱轉印粉末涂料試驗配方,表2是聚酯//HAA熱轉印粉末涂料試驗配方。
表1 聚酯/TGIC型熱轉印粉末涂料試驗配方
原料 |
質量份 |
備注 |
||
配方A |
配方B |
配方C |
||
PES-1 |
282 |
282 |
—— |
酸價28-32(mgKOH/g),固化比例94/6 |
PES-2 |
—— |
—— |
279 |
酸價32-38(mgKOH/g),固化比例93/7 |
TGIC |
18 |
18 |
21 |
黃山華惠或常州牛塘 |
流平劑 |
5 |
5 |
5 |
寧波南海或寧波志華 |
增光劑 |
5 |
5 |
5 |
寧波南海或寧波志華 |
安息香 |
2 |
2 |
2 |
寧波志華 |
聚酰胺微粉蠟 |
—— |
2-6 |
—— |
六安捷通達或科萊恩 |
物理消光劑 |
適量 |
適量 |
適量 |
六安捷通達或廣州澤和 |
顏料 |
適量 |
適量 |
適量 |
顏料份較常規顏色低 |
填料 |
適量 |
適量 |
適量 |
根據光澤要求不同,可選擇不同粒徑重晶石粉 |
總量 |
500 |
500 |
500 |
混合后配方總量為500 |
固化條件 |
210℃*10min或200℃*15min |
溫度和時間要足夠,以保證固化充分 |
表2 聚酯//HAA熱轉印粉末涂料配方
原料 |
質量份 |
備注 |
||
配方A |
配方B |
配方C |
||
PES-1 |
282 |
282 |
—— |
酸價26-30(mgKOH/g),固化比例96.5/3.5 |
PES-2 |
—— |
—— |
279 |
酸價33-37(mgKOH/g),固化比例95/5 |
HAA固化劑 |
18 |
18 |
21 |
黃山華惠或常州牛塘 |
流平劑 |
5 |
5 |
5 |
寧波南海或寧波志華 |
增光劑 |
5 |
5 |
5 |
寧波南海或寧波志華 |
安息香 |
2 |
2 |
2 |
寧波志華 |
聚酰微粉胺蠟 |
—— |
2-6 |
—— |
六安捷通達或科萊恩 |
物理消光劑 |
適量 |
適量 |
適量 |
六安捷通達或廣州澤和 |
顏料 |
適量 |
適量 |
適量 |
顏料份較常規顏色低 |
填料 |
適量 |
適量 |
適量 |
根據光澤要求不同,可選擇不同粒徑重晶石粉 |
總量 |
500 |
500 |
500 |
混合后配方總量為500 |
固化條件 |
200℃*10min或190℃*15min |
溫度和時間要足夠,以保證固化充分 |
試驗時的轉印條件為190℃*5min,通過以上配方的實驗表明,低酸價的聚酯樹脂會有粘紙現象,較高酸價的聚酯樹脂粘紙現象就得到改善或解決;在配方中適量添加聚酰胺微粉蠟,粘紙現象也會得到改善,但轉印深度隨之降低。涂層固化時需要足夠的烘烤溫度和時間,
以保證固化充分,否則也會有粘紙現象。
2.2 聚氨酯類熱轉印粉表3 聚氨酯熱轉印粉末涂料配方
原料 |
質量份 |
備注 |
羥基聚酯樹脂 |
285 |
羥值35-45(mgKOH/g),固化比例83/17 |
異氰酸酯 |
15 |
寧波南海或六安捷通達 |
流平劑 |
5 |
寧波南海或寧波志華 |
增光劑 |
5 |
寧波南海或寧波志華 |
安息香 |
2 |
寧波志華 |
顏料 |
適量 |
顏料份較常規顏色低 |
填料 |
適量 |
根據光澤要求不同,可選擇不同粒徑重晶石粉 |
總量 |
500 |
混合后配方總量為500 |
聚氨酯類熱轉印粉具有較高的交聯密度,涂層固化后會獲得較高的Tg點,所以在熱轉印時不會粘紙,同時其還對油墨的吸收能力好,所以轉印紋理比較清晰。因此,從轉印工藝和效果來看,聚氨酯類粉末涂料比聚酯類粉末涂料更適合用于熱轉印木紋粉,早期的聚氨酯類熱轉印粉應用比較廣泛。但是由于羥基聚酯樹脂和異氰酸酯固化劑價格相對比較高,聚氨酯類熱轉印粉的價格超出了國內市場的接受程度,后來逐漸被聚酯類熱轉印粉替代。但是粉末涂料領域還是少不了聚氨酯熱轉印粉末涂料。
3 熱轉印粉在配方設計和應用常見問題及解決方案
3.1 紋理不清晰或顏色淺
3.1.1配方顏料份偏高,可以適當通過降低顏料份來解決;
3.1.2轉印溫度高或轉印時間長,一般來說轉印溫度在180℃-190℃,時間3-8分鐘,適當降低轉印溫度和轉印時間,可以提高轉印深度。
3.2 粘紙
3.2.1轉印溫度偏高,可適當降低轉印溫度;
3.2.2涂層交聯密度低,可選用較高酸價的樹脂,提高交聯密度;
3.2.3配方中適量添加聚酰胺微粉蠟,但要控制用量。
4 立體木紋粉末涂料
立體木紋粉相對于熱轉印木紋粉,涂層具有凹凸感,具有更質感的木紋效果,同時具有更好的耐候性能,在鋁型材和鋁單板的領域里,得到了越來越廣泛的應用。表4為立體木紋粉末涂料配方:
表4 立體木紋粉末涂料配方
原料 |
質量份 |
備注 |
|
配方A |
配方B |
||
PES-1 |
279 |
—— |
酸價32-38(mgKOH/g),反應速度稍慢 |
PES-2 |
—— |
279 |
酸價32-38(mgKOH/g),反應速度稍快 |
TGIC |
21 |
21 |
黃山華惠或常州牛塘 |
流平劑 |
5 |
5 |
寧波南海或寧波志華 |
增光劑 |
5 |
5 |
寧波南海或寧波志華 |
安息香 |
2 |
2 |
寧波志華 |
聚酰胺微粉蠟 |
—— |
2-6 |
六安捷通達或科萊恩 |
物理消光劑 |
適量 |
適量 |
六安捷通達或廣州澤和 |
顏料 |
適量 |
適量 |
配方A為淺色、配方B為深色 |
填料 |
適量 |
適量 |
根據光澤要求不同,可選擇不同粒徑重晶石粉 |
總量 |
500 |
500 |
混合后配方總量為500 |
立體木紋粉在應用中,先將A粉噴涂到工件表面,在高溫短時間內烘烤,粉末熔融和得到預固化,出爐后再噴涂B粉,經過滾刷刷出類似木紋紋理,再經過高溫烘烤,A粉和B粉都得到完全固化,并且涂層之間有很好的附著力。因為立體木紋粉在應用上需要專用設備、整體成本較高、施工復雜,所以在國內的僅少數廠商的使用。
5 輝旭PVDF氟碳木紋粉
本文主要介紹的建筑鋁單板和鋁型材用木紋粉末涂料的種類、配方設計、應用工藝技術和常見問題的解決等。由輝旭微粉技術(上海)有限公司研發生產的PVDF氟碳粉末涂料,具有優異的耐化學性能、耐老化性能和物理機械性能,其涂層性能能夠滿足國家標準GB/T23443<<建筑裝飾用鋁單板》和美國建筑協會最高標準AAMA2605,在建筑鋁型材和鋁單板行業得到了越來越廣泛的應用。輝旭公司在此基礎上開發的PVDF氟碳木紋粉是屬于立體木紋粉,施工工藝相同于以上立體木紋粉,不同之處在于氟碳木紋粉是屬于熱屬性粉末涂料,不需要固化,只需要高溫熔融就可得到各種性能優異的木紋涂層。