摘要：本文介紹了升華熱轉(zhuǎn)印技術(shù)，以及聚氨酯粉末涂料在升華熱轉(zhuǎn)印中的應(yīng)用，并分析了轉(zhuǎn)印工藝中影響撕紙的一些因素。

　　1 前言

　　粉末涂料具有環(huán)保、經(jīng)濟、高效、性能卓越之“四E”優(yōu)點。隨著人們環(huán)保意識的提高，粉末涂裝的應(yīng)用越來越受到人們的青睞。特別是美術(shù)紋理型粉末涂料，其獨特的裝飾效果和靚麗的外觀，倍受人們鐘愛。近年來轉(zhuǎn)印技術(shù)在粉末涂裝中開始應(yīng)用，使我們可以隨心所欲地獲得各種復(fù)雜的紋理圖案。轉(zhuǎn)印技術(shù)的出現(xiàn)在美術(shù)紋理粉末涂料的研究史上具有里程碑的意義。聚氨酯粉末涂料具有較高的交聯(lián)密度，優(yōu)異的圖案轉(zhuǎn)移性能和更好的平整度，聚氨酯粉末涂料與熱轉(zhuǎn)印技術(shù)相結(jié)合在歐洲已經(jīng)成為主流，建筑物和家居裝飾中隨處可見。但是，在亞洲由于專利保護和某些材料壟斷的影響，熱轉(zhuǎn)印粉末以聚酯/TGIC體系為主，只是在某些特殊應(yīng)用場合，還是必須選擇聚氨酯粉末。

　　2 轉(zhuǎn)印技術(shù)

　　轉(zhuǎn)印粉末是紋理粉的又一突破。它比傳統(tǒng)的紋理粉(彩色粉、金銀花、點花粉)更易控制紋理，可以獲得各種復(fù)雜的圖案。轉(zhuǎn)印又可分為熱轉(zhuǎn)印和水轉(zhuǎn)印兩類。水轉(zhuǎn)印是用水作為媒介把已經(jīng)印刷在紙基或特種PVA膜上的彩色圖案轉(zhuǎn)移到承印物表面的轉(zhuǎn)印方式，分為水貼紙和水披覆兩種。水轉(zhuǎn)印設(shè)備要比熱轉(zhuǎn)印設(shè)備昂貴，在粉末涂料行業(yè)很少應(yīng)用;熱轉(zhuǎn)印是將數(shù)字圖案先通過印刷設(shè)備，將圖案打印在特殊的轉(zhuǎn)印專用紙上，然后再將印上圖案的轉(zhuǎn)印紙緊貼在承印物上，以高溫高壓的熱升華轉(zhuǎn)印技術(shù)把圖案精準(zhǔn)地轉(zhuǎn)印到承印物表面。熱轉(zhuǎn)印中貼轉(zhuǎn)印紙的方式又分為膠水貼紙和抽真空貼紙兩種。

　　2.1 熱轉(zhuǎn)印

　　熱轉(zhuǎn)印是根據(jù)熱升華原理工作的，底材用熱固性材料涂覆，完全固化后與轉(zhuǎn)印紙緊緊接觸，在150~250℃下印刷油墨通過升華作用轉(zhuǎn)移到底材上。熱轉(zhuǎn)印最初是將轉(zhuǎn)印膜上的花紋采用熱轉(zhuǎn)印技術(shù)印制到鋁型材的聚氨酯粉末涂層表面，以達(dá)到仿木紋或石材的裝飾效果。它能在3~5min內(nèi)將所需要的木紋或大理石花紋快速轉(zhuǎn)印至鋁型材的粉末涂層表面并可滲透到涂層內(nèi)部40~60μm。由于具有抗腐蝕性、抗沖擊性、耐磨性好、耐老化性均好，在戶外使用能保持15年不變色;重量輕、強度高等優(yōu)良的物理化學(xué)性能;清晰逼真的花紋;以假亂真的視覺效果，因而使熱轉(zhuǎn)印粉末涂裝的鋁型材廣泛應(yīng)用于門窗、家具、室內(nèi)外裝修、建材等行業(yè)。然而聚氨酯粉末涂料的固化劑受技術(shù)壟斷的影響，價格昂貴，所以我國將轉(zhuǎn)印技術(shù)應(yīng)用到聚酯/TGIC及環(huán)氧/聚酯體系中。

　　2.2 熱轉(zhuǎn)印工藝

　　現(xiàn)在我們以真空貼轉(zhuǎn)印紙工藝為例，介紹鋁型材熱轉(zhuǎn)印的工藝。

　?。?）用切膜機將熱轉(zhuǎn)印膜卷(采購來的熱轉(zhuǎn)印膜為1000m/卷)裁成所需要的尺寸。

　   （2）根據(jù)工件大小，將裁好的轉(zhuǎn)印膜用超聲波包裝機焊接成工件包裹袋。

　　（3）在包裝平臺上將噴好粉末并完全固化的工件插入用轉(zhuǎn)印膜制成的工件包裹袋中。

　　（4）將包好轉(zhuǎn)印膜的工件放在熱轉(zhuǎn)印機的小車平臺上，依次可放18根鋁材，將鋁材包裹袋兩端接上真空抽頭并鎖緊，打開真空開關(guān)，使轉(zhuǎn)印膜緊緊地貼在鋁材上。小車自動將鋁材送至烘烤爐內(nèi)，烘烤爐自動升溫至220℃并保溫3min，小車自動退出烘烤爐。

　?。?） 松開真空抽頭，將工件取出。鼓氣使轉(zhuǎn)印紙與工件分離，去掉轉(zhuǎn)印膜并檢查工件質(zhì)量。

　　2.3 轉(zhuǎn)印粉末配方設(shè)計注意點

　　（1） 樹脂與固化劑配比以等當(dāng)量反應(yīng)為基準(zhǔn)，保證涂膜完全固化。

　?。?）不要加無關(guān)的蠟粉，以免轉(zhuǎn)印圖案模糊。

　?。?）添加適當(dāng)?shù)墓δ苄蕴盍显黾油磕び捕取?/p>

　?。?）保證涂膜表面豐滿，鮮映性好。

　　2.4 轉(zhuǎn)印撕紙技術(shù)

　　聚氨酯粉末配方須使用兩種不同羥值的樹脂，使涂膜表面產(chǎn)生微觀不平整性從而便于撕紙。其次涂膜不能產(chǎn)生回粘，Tg在80~110℃較好，Tg低于50℃時轉(zhuǎn)印(180~220℃)過程中涂膜軟化，撕紙難度加大;Tg高于130℃時涂膜太脆，容易受損破壞。另外，涂膜硬度也十分重要，硬度低紙不好撕，硬度至少達(dá)到3N才能撕紙;涂膜硬度太高，則圖案不能完全轉(zhuǎn)移至涂膜表面(或完全轉(zhuǎn)移所需要時間較長)，轉(zhuǎn)印圖案的附著力與滲透力也差。根據(jù)經(jīng)驗，在轉(zhuǎn)印溫度(如200℃)下，測定涂膜的抗劃傷性(Oesterle型435抗劃傷試驗儀)，此時涂膜的抗劃傷值應(yīng)當(dāng)高于8N，最好為11N以上。涂膜耐劃傷的上限取決于熱轉(zhuǎn)印的時間，最長的轉(zhuǎn)印時間又取決于涂膜的熱穩(wěn)定性。一般而言，最大的抗劃傷值應(yīng)該小于30N。

　　3 聚氨酯粉末涂料在熱轉(zhuǎn)印中的應(yīng)用

　　聚氨酯粉末涂料是由羥基聚酯、封閉型異氰酸酯、流動控制劑、顏填料及助劑等組成的熱固性粉末涂料。羥基(R-OH)與異氰酸酯(R-N=C=O)反應(yīng)生成氨基甲酸酯鍵，才算真正的聚氨酯粉末涂料。聚氨酯粉末涂膜物理性能好，涂膜高交聯(lián)密度給予優(yōu)異的耐水性、耐溶劑性、耐候性、很強的耐油性和耐涂鴉性，特別適合用于圖案熱轉(zhuǎn)印。

　　縱觀我國的粉末涂料市場，由于聚氨酯粉末在熱轉(zhuǎn)印和戶外低光粉末領(lǐng)域的應(yīng)用有獨到之處，所以應(yīng)用量有增加趨勢。聚氨酯粉末可利用高低羥值樹脂共擠，一步到位地得到低光粉末，不會像聚酯/TGIC蠟系低光粉末那樣易起霧，也不會像聚酯/GMA丙烯酸低光粉末那樣光澤重現(xiàn)性差、硬度不理想。現(xiàn)在德固賽公司還開發(fā)了特殊的結(jié)晶型樹脂產(chǎn)品，專用于低光超耐候粉末，是專為熱轉(zhuǎn)印開發(fā)設(shè)計的。

　　3.1 聚氨酯高光粉末涂料

　　相對而言聚氨酯高光粉末涂料在熱轉(zhuǎn)印中不好撕紙，這種由單一聚酯組成的熱固性涂膜撕紙效果是不理想的。聚氨酯高光粉末參考配方(固化條件200℃/10min)如下：

　　材料名稱 質(zhì)量份

　　羥基聚酯(HV=30) 56.6

　　1530(NCO含量15%) 8.5

　　二丁基月桂酸錫 0.1

　　流平劑 1

　　鈦白粉(金紅石) 22

　　硫酸鋇 14

　　安息香 0.4

　　顏料 適量

　　這種粉末的60°光澤大約90%，涂膜與轉(zhuǎn)印紙不易分離。所以我們設(shè)計配方時常選用高低兩種羥值的聚酯。若兩種樹脂的羥值差別不大，膠化時間差異就不大，涂膜與轉(zhuǎn)印紙的分離還是不容易。通過大量試驗，我們將羥基聚酯樹脂的羥值75mgKOH/g定為參照點，>75mgKOH/g為高羥值，<75mgKOH/g為低羥值，采用這兩種羥值的聚酯樹脂來獲得與轉(zhuǎn)印紙易分離的涂膜。

　　3.2 聚氨酯半光粉末涂料

　　聚氨酯半光粉末涂料在熱轉(zhuǎn)印中撕紙比較容易，主要是靠高低羥值的兩種樹脂在固化反應(yīng)期間引起非勻速反應(yīng)，產(chǎn)生微觀結(jié)構(gòu)粗糙的涂膜而消光。由于涂膜表面產(chǎn)生微觀不平整，轉(zhuǎn)印紙不能完全緊貼涂膜故而好撕紙，粉末粒子的粒度控制在35μm左右。烘烤過程中，反應(yīng)活性大的粉末粒子先發(fā)生反應(yīng)，只是并不能實現(xiàn)適度的聚結(jié)，在熔融的涂膜表面上形成部分凸起的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)活性較小的粉末粒子交聯(lián)時，它們在已形成的網(wǎng)絡(luò)上收縮，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)互穿消光。

　　聚氨酯半光粉末涂料由兩種不同的樹脂和一種固化劑配制而成;或由一種樹脂與兩種不同的固化劑配制而成;或使用兩種樹脂與兩種固化劑配制而成。當(dāng)然，聚氨酯半光粉末涂料也可像其它粉末體系一樣，采用消光填料法消光;或加入物理消光劑之類不相容材料消光;或使用具有兩種不同活性的粉末混拼消光等。但這種共擠的拼混跟干混的拼混有本質(zhì)的區(qū)別，前者重復(fù)性好。通常使用羥值30和羥值300的聚酯相拼混，羥值300的聚酯占聚酯總量的25%~40%時光澤水平較低;羥值300的聚酯占聚酯總量的10%以下時則只是輕微消光。增加羥值300的聚酯用量，會導(dǎo)致凝膠化時間變短，并出現(xiàn)耐化學(xué)品性提高的趨勢。在最低光澤水平時，擠出混合物出現(xiàn)明顯的相分離，須加助劑優(yōu)化。這兩種聚酯與聚二氮丁酮固化劑相配合，可以得到光澤10%~15%、流平性好、機械性能優(yōu)良和耐溶劑良好的涂膜。聚氨酯半光粉末參考配方見表1。

　　表1聚氨酯半光粉末參考配方

　　組分

　　配方1

　　配方2

　　羥基樹脂(HV：36~40)

　　50

　　羥基樹脂(HV：280~310)

　　14

　　EP-R4030

　　20.7

       30

　　封閉異氰酸酯(NCO含量15%)

　　P1530

　　18.4

　　P1580

　　38.4

　　流平劑

　　1.5

　　1

　　填料

　　40

　　20

　　安息香

　　0.4

　　0.5

　　炭黑

　　1

　　1

　　其它助劑

　　適量

　　適量

　　固化條件

　　200℃/10min

　　200℃/12min

　　配方1的涂膜60°光澤大約18%~20%;配方2的涂膜60°光澤為14%。德固賽公司推出了一種特殊的結(jié)晶樹脂產(chǎn)品EP-R4030，最近已工業(yè)化生產(chǎn)并推向市場。專為提供低光澤、超耐候粉末而設(shè)計。該產(chǎn)品的羥值30，熔點110℃。添加量占樹脂總量的35%~45%時，能提供低光澤和柔韌性。在低光澤(5%~25%)時，給予涂膜超耐候性和良好的柔韌性。涂膜光澤有非常優(yōu)異的批次重現(xiàn)性(配方2)。

　　當(dāng)含印刷油墨圖案的轉(zhuǎn)印紙貼在上述半光型熱固性涂膜上實施轉(zhuǎn)印工序后，轉(zhuǎn)印紙與熱固性涂膜的分離容易，且轉(zhuǎn)印紙上的圖案能滲透到熱固性涂膜內(nèi)部40~60μm，得到牢固、逼真的圖案，不會被溶劑擦去，且具有優(yōu)異的耐候性。

　　3.3 聚氨酯無光粉末涂料

　　聚氨酯無光粉末涂料在熱轉(zhuǎn)印中撕紙也比較容易，是用兩種羥值不同的聚酯或含兩種不同官能團的固化劑(Crelan VP LS2181/1，為Bayer公司產(chǎn)品)反應(yīng)，得到的無光粉末。這種固化劑的兩種基團分別是異氰酸酯基和羧基。它們可發(fā)生兩種平行的固化反應(yīng)。Crelan VP LS2181/1的異氰酸酯基與含羥基的聚酯反應(yīng)，羧基則與羥烷基酰胺或TGIC反應(yīng)。也可與二氮丁酮固化劑相配合，光澤可以控制在1%~85%。當(dāng)與封閉型異氰酸酯固化劑配合使用時，也能得到各種光澤水平，涂層流平性好，機械性能和耐化學(xué)品性十分優(yōu)良，且圖案轉(zhuǎn)印性優(yōu)異。聚氨酯無光粉末涂料的參考配方如下：

　　組成 份數(shù)

　　羥基樹脂(高羥值) 117

　　羥基樹脂(低羥值) 273

　　封閉異氰酸酯 243

　　流平劑 10

　　消光填料 300

　　安息香 4

　　蠟粉 10

　　炭黑 8

　　其它助劑 40

　　運用此配方可得到60°光澤度5%左右的聚氨酯粉末涂料，調(diào)節(jié)高羥值樹脂與低羥值樹脂(低支化度)的比例，填料的品種及加入量，可以調(diào)整涂膜光澤。實施轉(zhuǎn)印工序后轉(zhuǎn)印紙與熱固性涂膜的分離容易，轉(zhuǎn)印紙上的圖案能滲透到熱固性涂膜內(nèi)部40~60μm，得到牢固、逼真的圖案，不會被溶劑擦去，且具有優(yōu)異的耐候性。

　　4 影響撕紙的因素探討

　　除去轉(zhuǎn)印紙(及貼紙方式和膠水等)的影響外，涉及撕紙的因素還有以下幾點：

(1)涂膜光澤：熱轉(zhuǎn)印紙好撕的粉末依次是無光粉>亞光粉>高光粉。無光粉和亞光粉的表面實際上是一種微觀的不平整表面，轉(zhuǎn)印紙在涂膜表面不能完全緊貼，所以好撕;

(2)體系不同：當(dāng)然是聚氨酯體系最好，最好不要用Primid體系，這種體系易粘紙;

(3)涂膜固化程度：固化不徹底會影響撕紙。熱轉(zhuǎn)印產(chǎn)品的涂膜必須固化完全，否則熱轉(zhuǎn)印時就會粘紙;

(4)熱轉(zhuǎn)印時的溫度與時間：熱轉(zhuǎn)印產(chǎn)品應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)印紙質(zhì)量確定熱轉(zhuǎn)印時的爐溫和轉(zhuǎn)印時間，一般來講熱轉(zhuǎn)印溫度控制在150~220℃之間，轉(zhuǎn)印時間控制在3~8min為宜。轉(zhuǎn)印紙質(zhì)量差的應(yīng)該降低轉(zhuǎn)印溫度;

(5)粉末涂料產(chǎn)品的分散性：粉末涂料產(chǎn)品分散不良也會產(chǎn)生粘紙現(xiàn)象。

　　5 結(jié)語

　　聚氨酯粉末涂料盡管價格較高，但性能卓越，且在熱轉(zhuǎn)印中的轉(zhuǎn)移性好、圖案清晰逼真，在市場上占有一定的份額。但是配方設(shè)計中必須要使用至少兩種不同羥值的聚酯樹脂才好撕紙，單獨使用一種聚酯樹脂不好撕紙。