連云港澤陽(yáng)裝飾材料有限公司
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鄧琨 , 巴旭民
黃山華佳表面科技有限公司
本研究旨在提高甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)環(huán)氧基丙烯酸消光粉末涂料的耐沖擊、抗劃傷性能。改善涂膜外觀,解決了因不同體系相分離導(dǎo)致的“起花”、“亮點(diǎn)”缺陷,并將這一粉末涂料成功應(yīng)用在不銹鋼防盜門(mén)上,解決了粉末涂料在不銹鋼底材上的附著力不良問(wèn)題。
傳統(tǒng)熱轉(zhuǎn)印防盜門(mén)多采用門(mén)板成型后噴涂粉末涂料再熱轉(zhuǎn)印的工藝,由于門(mén)板上立體圖案的影響,轉(zhuǎn)印工序階段常出現(xiàn)凹槽內(nèi)漏轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)印圖案不清晰的缺陷。
新式施工采用整塊平面門(mén)板噴涂粉末涂料再通過(guò)熱轉(zhuǎn)印形成圖案后,再根據(jù)需要對(duì)門(mén)板沖壓成不同形狀的工藝,該種生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)實(shí)際需求沖壓出不同的形狀,且門(mén)板的轉(zhuǎn)印圖案清晰,豐滿度好;
缺點(diǎn)是后成型工藝中要使用例如沖床、折彎?rùn)C(jī)、輥軋機(jī)等設(shè)備,若涂層的抗沖擊和柔韌性能不佳,就會(huì)出現(xiàn)爆邊、起皮、脫落等缺陷。
環(huán)氧基丙烯酸消光粉末涂料可以實(shí)現(xiàn)<10%的極致亞光效果,光澤穩(wěn)定,且該體系交聯(lián)密度大,易撕紙、轉(zhuǎn)印圖案清晰,廣泛應(yīng)用在熱轉(zhuǎn)印鋁材領(lǐng)域。
但該類粉末涂料存在天生缺陷,如機(jī)械性能差,很難通過(guò)50cm反沖,表面耐劃傷和耐磨性差,表面容易起亮點(diǎn)、花紋等限制了其應(yīng)用范圍的拓展。
主要原材料
羧基封端聚酯樹(shù)脂:工業(yè)級(jí),神劍新材料。環(huán)氧基丙烯酸消光樹(shù)脂:工業(yè)級(jí),寧波南海。固化劑(TGIC):工業(yè)級(jí),黃山華惠。顏料、填料、粉末涂料通用助劑(流平劑、安息香)、附著力促進(jìn)劑、消除亮點(diǎn)或花紋助劑、熱轉(zhuǎn)印木紋紙:均為市售工業(yè)品。
實(shí)驗(yàn)儀器和試驗(yàn)方法
雙螺桿擠出機(jī);ACM磨機(jī);靜電噴槍;烘箱;熱轉(zhuǎn)印專用壓板機(jī);T彎?rùn)C(jī);差示掃描量熱儀(DSC)。
將原材料按設(shè)定的配方稱量、預(yù)混合、擠出、制粉、分級(jí)過(guò)篩后靜電噴涂;按標(biāo)準(zhǔn)固化溫度固化制成熱轉(zhuǎn)印底板;熱轉(zhuǎn)印紙/膜用熱轉(zhuǎn)印專用壓板機(jī)按200℃×180s工藝轉(zhuǎn)印,5min后做即時(shí)折彎試驗(yàn);24h后做延時(shí)折彎測(cè)試。
反應(yīng)原理
這里所講的GMA樹(shù)脂是基于苯乙烯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)以及其他不飽和單體通過(guò)自由基聚合制得。
其中,苯乙烯作為硬單體用于提高樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg);甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯作為軟單體,可以提高涂層的柔韌性;
GMA為交聯(lián)單體,提供可固化交聯(lián)的環(huán)氧基團(tuán),GMA單體的用量決定涂層交聯(lián)密度。
反應(yīng)原理
本試驗(yàn)擬采用混合固化劑的方法,將環(huán)氧基丙烯酸樹(shù)脂和TGIC或HAA一起對(duì)羧基聚酯進(jìn)行消光,由于兩組份反應(yīng)速度和相容性之間的差異,不僅消光性能明顯,而且彌補(bǔ)了丙烯酸樹(shù)脂強(qiáng)度不足的缺陷,使涂膜的機(jī)械性能和耐磨性能得以提高。
環(huán)氧丙烯酸消光樹(shù)脂的選擇
通過(guò)調(diào)整GMA的含量可以制得不同環(huán)氧當(dāng)量的產(chǎn)品,環(huán)氧當(dāng)量的不同會(huì)改變樹(shù)脂固化的交聯(lián)密度,據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹(US5436311)。
要想獲得全面的消光性能,GMA樹(shù)脂應(yīng)滿足GMA的單體濃度在5%~30%之間,超過(guò)30%(對(duì)應(yīng)環(huán)氧當(dāng)量<500)得到的實(shí)際是有光澤涂層,據(jù)此采用市場(chǎng)上銷售的環(huán)氧當(dāng)量在550~700之間的產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)。
聚酯樹(shù)脂的選擇
因聚酯樹(shù)脂酸值越高,交聯(lián)密度越大,涂膜的機(jī)械性能如折彎、沖擊惡化。若涂膜的酸值低,交聯(lián)密度小,涂層柔韌性雖增強(qiáng),但轉(zhuǎn)印容易粘紙,影響外觀。
因此選用中酸AV=30~35mg/KOH柔韌性較好的聚脂,既能保證轉(zhuǎn)印不粘紙,又能有相對(duì)較好的折彎性能。
選用不同廠家酸值在30~35mg/KOH之間的聚酯,用同一種環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂(Ww=700)做消光試驗(yàn),結(jié)果列于表1。
聚酯樹(shù)脂的選擇
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,黏度對(duì)表面光澤、流平、亮點(diǎn)、起花有影響,黏度高,涂膜光澤高,表面不起亮點(diǎn)、花紋,但表面流平差,黏度低,涂層光澤低,流平好。
但涂膜表面易起亮點(diǎn)、花紋,因此如果要追求涂膜外觀,應(yīng)選擇中等或中等偏下黏度值的聚酯。
固化劑的影響
機(jī)械性能差是GMA消光體系的通病,可以選擇固化劑來(lái)提高GMA消光配方的機(jī)械性能。這類合適的固化劑有TGIC和HAA,但因HAA固化涂層的玻璃化溫度較低,轉(zhuǎn)印二次加熱后易導(dǎo)致粘紙,因此選用TGIC參與。
固化劑的影響
TGIC用量也是至關(guān)重要的。量少光澤低,機(jī)械性能差,而且表面容易起花紋;量多機(jī)械性能越好,但是用量超過(guò)2%,光澤會(huì)突變。
GMA消光涂層的交聯(lián)密度大,涂層柔韌性差,且苯乙烯等硬單體影響柔韌性,實(shí)驗(yàn)表明要保證有非常好的柔韌性,TGIC用量在2%是必須的。
改進(jìn)表面外觀,解決亮點(diǎn)缺陷
環(huán)氧丙烯酸消光表面容易起亮點(diǎn)、花紋,有的龜紋非常明顯。從表1得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,聚酯A、聚酯B、聚酯C表面都有亮點(diǎn)或者花紋。
原因是體系黏度低,苯乙烯等硬單體浮到涂層表面產(chǎn)生亮晶晶的點(diǎn)。如果體系黏度太低,苯乙烯硬單體鏈段上浮,形成龜紋。
經(jīng)試驗(yàn),消除亮點(diǎn)主要還是提高黏度和降低混溶性。
(1)改善生產(chǎn)工藝,降低擠出溫度。雙螺桿擠出機(jī)螺桿熔融段溫度在70~80℃為佳,擠出溫度低,混溶差,丙烯酸樹(shù)脂和聚酯之間不易分層,所得涂膜亮點(diǎn)缺陷改善明顯;
(2)加入適量的可提高體系黏度的填料或助劑,觸變性填料如滑石粉可以提高體系黏度,用量不宜超過(guò)5%,否則影響外觀流平和折彎性能。經(jīng)試驗(yàn),適量添加氣相二氧化硅可以提高體系黏度,消除亮點(diǎn),但加入量應(yīng)<1%,否則不僅會(huì)嚴(yán)重影響流平和機(jī)械性能,而且會(huì)導(dǎo)致光澤不期望得升高。
當(dāng)然,以上方法對(duì)消除亮點(diǎn)只是輔助作用,關(guān)鍵因素還是聚酯和環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂的匹配。
提高粉末涂料對(duì)不銹鋼的附著力
不銹鋼表面通常較光滑,在表面噴涂粉末,常出現(xiàn)掉漆或附著力不良的缺陷,為了提高粉末涂料在不銹鋼底材上的附著,噴涂之前應(yīng)對(duì)不銹鋼進(jìn)行必要的打磨,增加界面的粗糙度。
但僅僅打磨是不夠的,但隨著時(shí)間的推移,固化之后涂膜的延遲附著力和折彎性能會(huì)衰退,經(jīng)試驗(yàn),在配方中添加附著力促進(jìn)劑可以解決即時(shí)折彎和延遲折彎性能。
最終粉末涂料配方及性能
經(jīng)過(guò)聚酯、消光劑的選擇,以及對(duì)TGIC用量影響的評(píng)估,對(duì)耐磨耐劃傷、表面亮點(diǎn)的改善、附著力的提高等確定最終配方、制得粉末,并對(duì)粉末涂料及其涂層性能檢測(cè),粉末涂料配方及涂層性能如表2、表3所示,轉(zhuǎn)印及折彎效果如圖3、圖4所示。
通過(guò)選擇合適的聚酯和GMA丙烯酸樹(shù)脂,并與固化劑TGIC搭配,并在配方中添加適量觸變性助和附著力促進(jìn)劑,制得的低光折彎轉(zhuǎn)印粉末涂料,不僅具有優(yōu)異的外觀和轉(zhuǎn)印性能,還具有優(yōu)異的柔韌性、高附著力,可用于防盜轉(zhuǎn)印門(mén)折彎領(lǐng)域。