一.引言
粉末涂料始于20世紀(jì)40年代初，是以粉末粒子形態(tài)涂裝并形成涂層的。粉末涂料在生產(chǎn)和涂裝過程中沒有溶劑釋放，少污染，符合環(huán)保要求，涂裝過程中噴溢的粉末可以回收再利用，有利于節(jié)省資源，粉末涂裝易實(shí)施自動(dòng)化生產(chǎn)，可提高生產(chǎn)效率，粉末涂料和涂裝已成為發(fā)展迅速的涂料新產(chǎn)品和新工藝，現(xiàn)已成為公認(rèn)的符合4E型涂料產(chǎn)品[1]。
鋁型材需要超強(qiáng)的耐候性和裝飾性，使得鋁型材表面處理成為必需。鋁型材表面處理工藝主要分為陽極氧化、電泳涂裝和有機(jī)涂層三種。木紋處理是有機(jī)涂層處理的一種，木紋處理又分為水轉(zhuǎn)印和熱轉(zhuǎn)印兩種。熱轉(zhuǎn)印木紋技術(shù)從上世紀(jì)90年代末引進(jìn)我國，近年來得到長足的發(fā)展，該技術(shù)的主要特點(diǎn)在于轉(zhuǎn)印圖像色彩鮮艷，層次豐富，轉(zhuǎn)印效果可以和印刷媲美。與印刷技術(shù)的不同點(diǎn)在于熱轉(zhuǎn)印是在高溫下使油墨受熱升華，能多色圖案一次成圖，無需套色，冷卻后即形成色彩亮麗的圖案。并且圖案可滲入涂層40-60um的內(nèi)部，熱轉(zhuǎn)印產(chǎn)品經(jīng)久耐用，轉(zhuǎn)印圖案不會(huì)脫落，龜裂和褪色。
鋁型材專用熱轉(zhuǎn)印粉末涂料初期以聚氨酯/異氰酸酯體系為主，聚氨酯/異氰酸酯體系硬度高，流平好，轉(zhuǎn)印效果好，但是聚氨酯/異氰酸酯體系由于所用固化劑價(jià)格較高，限制了熱轉(zhuǎn)印粉末涂料的應(yīng)用。近年來，聚酯/TGIC體系以其低成本，優(yōu)良的耐候性和良好的綜合性能在熱轉(zhuǎn)印粉末涂料中越來越多被使用。
二.鋁型材專用熱轉(zhuǎn)印粉末涂料的配方設(shè)計(jì)
鋁型材木紋轉(zhuǎn)印中最常見的 “粘紙”問題和涂層的完全固化程度有很大的相關(guān)性。在聚酯/TGIC體系中，保證了涂膜的完全固化“粘紙“問題可以得到很大的改善。粘紙帶來的后續(xù)問題-轉(zhuǎn)印后涂層表面有一層紙印痕。
2.1 提高交聯(lián)密度對鋁型材木紋轉(zhuǎn)印效果的影響
鋁型材戶外粉末涂料大多采用反應(yīng)速度慢的低酸值樹脂，這類樹脂與固化劑反應(yīng)緩慢，在正常的固化條件下低酸值樹脂體系的涂層不能達(dá)到完全固化的程度，從而導(dǎo)致涂層在轉(zhuǎn)印后出現(xiàn)“粘紙”，轉(zhuǎn)印紋理不清晰的現(xiàn)象。針對“粘紙”問題粉末原料市場上出現(xiàn)了很多的熱轉(zhuǎn)印助劑，基本上是促進(jìn)涂層固化，增加涂層交聯(lián)密度的，但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這些助劑起到的作用很少。我們從涂層成膜物質(zhì)著手，解決鋁型材熱轉(zhuǎn)印“粘紙”問題。
我們選擇了高酸值，反應(yīng)活性大的幾種樹脂。高酸值保證了涂層具有較高的交聯(lián)密度，反應(yīng)活性大則保證涂層能在正常固化條件下完全固化。實(shí)驗(yàn)如下：
以上實(shí)驗(yàn)表明：高酸值配方體系可以有效的解決鋁型材熱轉(zhuǎn)印“粘紙”問題，而且轉(zhuǎn)印后可以很明顯的看到殘留在涂層表面的印痕很少，轉(zhuǎn)印紋理很清晰。沒有加入高酸值的配方轉(zhuǎn)印出來后有“粘紙”現(xiàn)象，加入高酸值樹脂后，可以很明顯的看到轉(zhuǎn)印出來的工件在冷卻過程中，轉(zhuǎn)印紙有自動(dòng)剝離的現(xiàn)象，很好撕紙。但是單獨(dú)使用高酸值樹脂，涂層流平不是很好，所以加入適當(dāng)?shù)牡退嶂禈渲?，反?yīng)速度快的樹脂一起擠出則可以調(diào)節(jié)流平，而且轉(zhuǎn)印效果也在可接受范圍內(nèi)。
2.2 蠟粉對鋁型材木紋轉(zhuǎn)印的影響
鋁型材常規(guī)粉末涂料配方中常加入各種類型的低分子量，低熔點(diǎn)蠟粉以使涂層具有良好的爽劃，防結(jié)塊，耐磨，消光，脫氣及紋理效果，但是查閱有關(guān)鋁型材熱升華轉(zhuǎn)印粉末涂料資料，發(fā)現(xiàn)很多人對在配方中加入蠟粉持懷疑的態(tài)度，認(rèn)為加入蠟粉后粉末涂料在熱轉(zhuǎn)印時(shí)會(huì)產(chǎn)生“粘紙“現(xiàn)象。但是在實(shí)驗(yàn)過程中我們發(fā)現(xiàn)蠟粉對鋁型材熱轉(zhuǎn)印粉末涂料的脫紙是有積極作用的。
A組沒有加入蠟粉，B組加入0.3%的蠟粉。制粉噴板后，B組硬度比A組高，真空轉(zhuǎn)印后A,B兩組紙印較少， B組轉(zhuǎn)印效果比A組好。
C組沒有加入蠟粉，D組加入0.2%的蠟粉，制粉噴板后，D組硬度比C組高，真空轉(zhuǎn)印后C,D兩組印痕較少，D組轉(zhuǎn)印效果比C組好。
我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蠟粉的適當(dāng)加入可以增加涂層的硬度，改善涂層流平，有助于改善“粘紙”和轉(zhuǎn)印后殘留在涂層表面的印痕，但是有些蠟粉加入后遷移到表面對轉(zhuǎn)印不利，有些消光蠟粉對涂層流平有促進(jìn)作用，但是對轉(zhuǎn)印效果有很大的影響。
2.3 硬度對鋁型材木紋轉(zhuǎn)印的影響
比較聚氨酯體系和常規(guī)聚酯/TGIC體系發(fā)現(xiàn)，聚氨酯體系硬度比常規(guī)聚酯/TGIC體系高，我們提高聚酯/TGIC體系的硬度測試其對鋁型材木紋轉(zhuǎn)印的影響，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證如下。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：相同體系中硬度高的組分和硬度低的組分一起轉(zhuǎn)印，轉(zhuǎn)印效果相差較為明顯，硬度高的組分轉(zhuǎn)印后基本上沒有印痕，硬度低的組分則有少量或者大量的印痕。但是當(dāng)我們把增硬蠟加多時(shí)，涂層硬度很高，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)印圖案模糊，轉(zhuǎn)印不了，綜上所述在一定范圍內(nèi)增加涂層硬度對鋁型材熱轉(zhuǎn)印有很大的作用。
綜上所述為了得到優(yōu)良的轉(zhuǎn)印效果，我們可以從以下幾個(gè)方面著手：
1.選擇綜合性能好的高酸值樹脂應(yīng)用于熱轉(zhuǎn)印粉末體系是有效的改善辦法。
2.加入適量的蠟粉對涂層表面有一定的作用，而且蠟粉對涂層硬度有較大的改善，而且蠟粉可以改善一些涂層缺陷。
3.選擇合適的顏填料，提高涂層硬度，有利于撕紙和改善涂層印痕。
三.高酸值配方體系涂膜針孔的消除
在研制鋁型材專用木紋粉的過程中為了解決粘紙和真空轉(zhuǎn)印后涂層表面有紙印痕的問題，使用了高酸值的樹脂，以加快反應(yīng)速度，使涂膜能固化完全。但是按高酸值配方體系制粉，噴板后發(fā)現(xiàn)涂層有大量的針孔。
熱固性粉末涂料的成膜的過程：粉末粒子受熱被升溫到某一溫度時(shí)開始熔融，由于熱量的交換和在表面張力差的作用下產(chǎn)生無數(shù)個(gè)細(xì)小湍流（貝納德窩），隨著溫度的上升，粉末繼續(xù)熔融、湍流、流平，并在某一溫度下，樹脂開始發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，涂料的粘度開始增加，隨著溫度的升高和時(shí)間的延續(xù)，粉末涂料的粘度越來越大，湍流和表面張力平衡的速率也越來越慢直至停止，粉末涂料開始出現(xiàn)膠凝狀態(tài)，再隨著溫度的升高或保溫時(shí)間的延續(xù)，樹脂的交聯(lián)反應(yīng)的速率趨于無窮大--成膜。工件出爐，粉末涂料涂膜降溫。
針對粉末涂料的成膜過程分析可以得到：
1.當(dāng)不同的粉末混合后，如果兩者（或以上）的固化速率差別較大，屆時(shí)一部分先膠凝固化，而另一部分仍在湍流，于是兩者形成了界面，涂膜全部固化后界面被固定，出現(xiàn)凹凸或褶皺，光照時(shí)形成陰影，若界面很小時(shí)凹凸或褶皺看不出來，再大肉眼看是針孔，足夠大時(shí)肉眼看是細(xì)紋。
2.如果擠出機(jī)的捏合混煉效果不好，特別是在粉末顏填料體積濃度高的時(shí)候，顏填料的分散很不均勻，成粉后，有的粉粒顏填料含量低，而有的很高。低者烘烤時(shí)易形成湍流，高者不易或不能形成湍流，從而形成界面，造成凹凸或褶皺，出現(xiàn)了針孔或細(xì)紋現(xiàn)象。
根據(jù)上面的經(jīng)驗(yàn)和理論我們提出以下幾種解決方案：
3.1 加入降低高酸值的量和加入低酸值樹脂同時(shí)擠出
高酸值樹脂，活性比低酸值樹脂反應(yīng)活性大，如果是分別制粉后干混，會(huì)因?yàn)榉磻?yīng)速度的差異導(dǎo)致涂層微觀上的粗糙，從而產(chǎn)生消光效果。但是如果我們把高低酸值樹脂同時(shí)擠出制粉，因?yàn)橹品圻^程中兩種樹脂混合粉均勻，兩種樹脂粘合一起，整體反應(yīng)速度會(huì)被低酸值樹脂所拖慢，從而使其具有比單獨(dú)的高酸值樹脂有長的流平時(shí)間，可以很好的修復(fù)湍流形成的孔隙，從而消除高酸值體系的針孔問題。
A組中只有高酸值樹脂，涂層表面有大量的針孔，B組和C組中分別添加32%和37%的低酸值樹脂，B,C涂層基本上看不到針孔。D組加入40%的低酸值樹脂，E加入30%的低酸值樹脂，E組表面有較多的針孔，D組表面針孔比E組要少。
通過實(shí)驗(yàn)可以知道在高酸值體系中加入30-40%左右的低酸值樹脂可以改善流平和針孔。加入低酸值樹脂后發(fā)現(xiàn)涂料的膠化時(shí)間變長說明反應(yīng)活性降低。
3.2 加入消泡劑等助劑
流平劑可以降低粉末涂料的熔融黏度，增加涂料熔融狀態(tài)時(shí)的流動(dòng)性，使涂層表面張力更加均勻，緩解了貝納德旋渦產(chǎn)生，所以通過加大流平劑的量和加大潤濕劑的量改善分散效果最終來改善涂層的針孔，流平劑用量從1%增加到1.6%后發(fā)現(xiàn)涂層的流平變好了但是對涂層針孔改善效果不是很明顯。
蠟粉在粉末涂裝時(shí)具有脫氣作用，而且由于一部分蠟粉跟粉末涂料使用的流平劑屬于同系列。故而在樹脂包覆的填料和顏料中有更好的潤濕作用，從而使表面得到改善，減少針孔的產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)中加入克萊恩的3910蠟粉0.5%后發(fā)現(xiàn)涂層表面針孔少了很多，二作為對照組沒有加蠟粉的涂層表面針孔較多。
3.3 降低涂層厚度
在測試實(shí)驗(yàn)樣板過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)涂膜厚度在40-60um時(shí)，涂層表面幾乎沒有針孔，而一旦超過60um后，涂層越厚，涂層表面的針孔越多。樣板是懸掛在烤箱中加熱的，必然會(huì)造成涂層表面和涂層中間層的受熱程度不一樣。高酸值樹脂的反應(yīng)活性比低酸值樹脂反應(yīng)活性高，從開始熔融到開始固化的時(shí)間較短，在熔融過程中有一部分已經(jīng)開始固化了，影響了貝鈉德窩的形成，造成界面差，無法通過流平來填補(bǔ)界面差中的細(xì)小孔隙，固化完成后形成針孔。而且涂層越厚，涂層針孔越多。
鋁型材專用熱轉(zhuǎn)印粉末涂料的高酸值配方體系的針孔現(xiàn)象可以通過以下幾個(gè)方面來解決：1.控制好噴涂厚度，噴涂太薄對鋁型材工件起不到保護(hù)作用。噴涂太厚則產(chǎn)生針孔等涂層缺陷也降低了涂層的保護(hù)作用，而且還造成了資源浪費(fèi)。2.在配方中加入一定量的低酸值高活性的樹脂一起擠出，加入低酸值樹脂可以降低粉末的整體反應(yīng)活性，避免反應(yīng)活性太大使流平不好造成的涂層缺陷3.加入一定量的的蠟粉和助劑。
四.結(jié)語
本文介紹了鋁型材專用聚酯/TGIC熱轉(zhuǎn)印粉末涂料。分析探討了鋁型材專用熱轉(zhuǎn)印粉末涂料的配方設(shè)計(jì)，針對鋁型材專用熱轉(zhuǎn)印粉末涂料高酸值體系的針孔的現(xiàn)象進(jìn)行了分析。
熱轉(zhuǎn)印技術(shù)在鋁型材上的應(yīng)用給鋁型材專用粉末涂料市場帶來了無限機(jī)遇，豐富了粉末涂料的多彩性。熱轉(zhuǎn)印產(chǎn)品因其特有的裝飾效果使得其蘊(yùn)含巨大的市場潛力。通過改進(jìn)鋁型材專用熱轉(zhuǎn)印粉末涂料，提高熱轉(zhuǎn)印產(chǎn)品質(zhì)量，以滿足市場日益增長的需要，成為每個(gè)粉末涂料科研人員的職責(zé)。
