田永丰，李建飞，丁渊文，徐润斌
（中昊北方涂料工业研究设计院有限公司，兰州 730020）
摘要：首先对几种不同类型的有机硅树脂进行了筛选，然后以1053为基料树脂，钛白粉为填料，KH-550为固化剂，制备了一种耐高温热转印卷材涂料。主要考察了颜基比和固化剂用量对涂膜机械性能和耐温性能的影响，并通过引入极性树脂——800#聚酯，提高了涂膜的表面张力，解决了纯有机硅树脂因为表面张力过低无法热转印的问题。试验结果表明：颜基比为1.5、800#聚酯的用量为树脂总量的2%、固化剂KH-550的加入量为总漆量的2%时，涂膜的综合性能最佳。
关键词：颜基比；耐高温；热转印；卷材涂料
0 引言
热转印涂料是用于热转印技术底膜涂装的一种专用型涂料。在热转印涂层表面可以将各种图案通过热转印技术印到涂层表面，从而在底材上形成各种各样的外观效果，其主要应用于陶瓷、玻璃、铝材、金属材料等的表面装饰。卷材涂料是能够通过辊涂的方法将其涂覆于卷材表面，具有外表美观、涂膜均匀、加工成型方便、涂料利用率高等优点。热转印卷材涂料主要应用于聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜等非金属包装材料上，涂覆好的卷材主要出口巴西、印度和马来西亚等国家。
本文主要是针对聚酰亚胺薄膜卷材制备一种能短时耐高温的白色热转印卷材涂料。因此，制备的涂料必须在具有热转印功能的同时，还能适用于聚酰亚胺薄膜卷材的辊涂作业要求。
1 试验部分
1.1 试验原材料及仪器设备
试验用主要原材料规格和仪器设备型号见表1。
表1 主要原材料和仪器设备
1.2 试验工艺流程
试验工艺流程见图1。
图1 工艺流程
工艺流程说明：将树脂、溶剂和助剂称量到快手瓶中，手动摇匀后加入填料和玻璃珠，使用快速分散试验机进行分散；设定快速分散试验机分散1 h后静置15 min，并检测细度；待细度＜20 μm后，使用200目筛网进行过滤；然后，称取一定量的漆液与固化剂配漆，并加入适量溶剂调节至施工黏度；用9号线棒匀速刮涂于3片聚酰亚胺薄膜上并喷涂3块钢板；再将制好的薄膜和钢板置于180 ℃的烘箱中固化5 min；最后，取出薄膜和钢板，降至室温后进行性能检测。
1.3 性能测试方法及要求
1.3.1 T弯
涂料的T弯试验按照GB/T 30791—2014中色漆T弯试验方法进行测试。
1.3.2附着力
将600型号的3M胶带完全覆盖在涂膜上，粘贴平整，然后用力撕下胶带。要求涂膜完好，不会从聚酰亚胺薄膜上脱落。
1.3.3表面张力
使用美国ACCU的蓝紫色达因笔（表面张力测试笔）测试涂膜表面张力。涂膜的表面张力测试方法为：首先预估一个值，使用对应数值的达因笔涂布与涂膜之上，若达因笔中的液体能够均匀铺展与涂膜之上且没有收缩现象（时间一般为2 ~ 3 s），则需要选择更大数值的达因笔继续进行测试；反之，若达因笔中的液体在涂膜表面出现收缩现象，则需要选择更小数值的达因笔继续进行测试；直到达因笔的液体刚好能够润湿涂膜表面时，对应的达因笔的数值即为所测涂膜的表面张力，单位为dyn/cm。
1.3.4耐温性
将涂膜涂覆于钢板上，180 ℃×5 min固化完全后置于400 ℃的恒温烘箱中烘烤2 h取出，待样板自然降至室温，用肉眼观察有无明显色差。
2 结果与讨论
2.1 树脂的选择
由于涂料的耐热性要求较高，涂膜需在400 ℃×2 h后无肉眼可见的颜色变化；普通的有机树脂很难达到该指标要求，而有机硅树脂是具有高度交联网状结构的聚有机硅氧烷，耐温性好，兼具有机树脂及无机材料的双重特性，具有独特的物理化学性能。所以，用以筛选的树脂全部为有机硅树脂或者改性有机硅树脂类产品。有机硅树脂种类较多，按其类型主要包括甲基硅树脂、甲基苯基硅树脂、甲基MQ硅树脂、乙烯基MQ硅树脂、有机硅树脂乳液、环氧改性有机硅树脂、有机硅聚酯改性树脂、丙烯酸改性有机硅树脂等。本文主要对以下几种有机硅树脂进行了试验对比，具体情况见表2。
表2 不同树脂对涂膜性能的影响
由表2可以看出：所选的几种树脂在聚酰亚胺薄膜上的柔韧性、附着力均较好，表面张力都低于36 dyn/cm；甲基MQ硅树脂在 400 ℃×2 h后泛黄、容易开裂，泛黄的主要原因是树脂中存在的有机官能团在高温下被氧化变色；开裂可能与其分子结构有关，甲基MQ硅树脂是分子以Si—O键为骨架而构成的立体（非线性）结构的有机硅高分子材料，固化成膜后本身的交联密度高，再加上400 ℃条件下部分甲基基团开始分解内聚力减小而导致开裂。1053树脂是甲基苯基硅树脂，是由甲基氯硅烷、苯基氯硅烷单体经水解共聚，缩聚而成的聚甲基硅氧烷支链型预聚物，经聚合形成的体型高分子聚合物；树脂中的苯基基团提高了树脂的耐温性，使得抗黄变能力比甲基MQ硅树脂略好；另外，可能由于1053树脂的分子量大，内聚力较高使涂膜没有开裂。9803和9801分别为环氧改性有机硅树脂和丙烯酸改性有机硅树脂，它们的耐温性不好，400 ℃×2 h后变为棕色；主要原因可能是这两种树脂中的有机链段含量较大，即R/Si值太高，部分有机官能团发生了氧化分解而造成的。因此，综合考虑，选用1053为基料树脂。
2.2 颜基比的确定
填料的加入会降低涂膜的内聚力，从而影响涂膜的其他性能。本文在选择硅酮树后，使用钛白粉作为填料考察了颜基比对涂膜附着力、柔韧性、表面张力及耐温性能的影响，并最终确定了最佳颜基比，具体情况见表3。
表3 颜基比对涂膜性能的影响
由表3可以看出：颜基比的变化对涂膜的柔韧性、附着力、表面张力和耐温性能有明显的影响。随着颜基比的提高，涂膜的附着力和柔韧性均变差，表面张力提高，耐温性变好。表面张力的提高主要原因可能是随着颜基比的提高，树脂的相对量减少使填料不能被完全包覆，涂膜表面呈现出部分填料表面的性质；而填料表面多含有羟基等极性基团使得涂膜的表面张力升高。综合考虑，选择涂料的颜基比为1.5。
2.3 固化剂的用量
1053硅树脂通常使用KH-550为固化剂，固化原理如图2所示。
图2 涂膜固化示意
如图2所示，固化机理主要是树脂中的—OH与三官能的硅烷偶联剂中的烷氧基发生脱醇反应以及树脂中的羟基发生缩合反应，形成空间网络结构而交联固化成膜。本文通过试验考察了固化剂的用量对涂膜主要性能的影响，具体情况见表4。
表4 固化剂用量对涂膜性能的影响
由表4可以看出：KH-550固化剂的加量不超过3%时，对涂膜的附着力、柔韧性和表面张力没有明显影响。当其用量为总漆量的1%时涂膜不能完全固化，将涂有涂膜的薄膜对折，然后用手捏能听到涂膜粘连的声音；添加量≥总漆量的2%时，涂膜可完全固化。因此，本文选择固化剂的用量为能使涂膜完全固化的最小用量，即总漆量的2%。
2.4 极性树脂对涂膜性能的影响
当颜基比确定为1.5∶1.0时，涂膜的表面张力达不到40 dyn/cm的要求；考虑到极性树脂的表面张力较高，而800#聚酯为超支化的羟基聚酯，羟基含量为8.6%；所以引入800#聚酯用以提高涂膜的表面张力。800#聚酯的用量对涂膜性能的影响见表5。
表5 800#聚酯用量对涂膜性能的影响
由表5可以看出：800#聚酯的引入对涂膜的附着力和柔韧性没有影响，确实能够提高涂膜的表面张力，但是当引入量超过3%时涂膜的耐温性下降；主要原因是800#聚酯结构为纯有机链段，耐温性差，添加量较大时会严重影响涂膜的耐温性。因此，选择800#聚酯的添加量为树脂总量的2%。
3 结语
用于热转印的高表面张力耐高温卷材涂料是一种新型的特种涂料。对于纯有机硅树脂而言，耐高温性能和高的表面张力是相互矛盾的，二者不可能同时具备；通过试验发现：颜基比对涂膜的表面张力有明显的影响，但是对涂层的机械性能也影响较大，不能通过单一的方式解决热转印对于卷材涂料高表面张力的要求；极性树脂的引入能够很好地提高涂膜的表面张力，为该类涂料的研制提供了一种新的思路。
文章发表于《现代涂料与涂装》2019-6期
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