CN1153685C - 制造经装饰的基材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种制造经装饰的基材的方法，该方法包括下列步骤：对基材进行预处理以使基材表面适于涂敷涂料；将涂料一次或多次涂敷在基材表面上；将一片包括待转移到基材表面上的装饰图案的薄片覆盖在基材表面上；对基材和包括装饰图案的薄片进行加热，以使薄片上装饰图案有效地转移到基材上，在该方法中，涂层以波长短于400纳米的电磁辐射固化，直至所得涂层的Tg在50-130℃之间，耐划痕性在200℃时为至少3N，其中装饰图案转移到基材期间的温度为180-220℃，该方法特别适用热敏感性基材如MDF或木材的装饰。

Description

制造经装饰的基材的方法
本发明涉及制造经装饰的基材的方法，该方法包括下列步骤：
对基材进行预处理以使其表面适于涂敷涂料；
将涂料一次或多次涂敷在基材表面上，
将一片包括待转移到所述表面上的装饰图案的薄片覆盖在基材表面上，以及
对基材和包括装饰图案的薄片进行加热，以使薄片上的装饰图案转移到基材上。
这一技术可从专利申请WO 96/29208中获知，该专利涉及制造经装饰、挤塑的异型部件的方法及相关设备。然而，在该文中几乎没有涉及用于涂敷基材表面的材料的信息。
在美国专利3907974中公开了对玻璃或金属容器实施热转移装饰图案的可固化装饰图案体系。该专利主要涉及热转移装饰图案本身，即包含装饰图案的薄片。这类装饰图案薄片是由包含透明清漆、粘合剂、硬化剂、溶剂、染料等多层材料所构成的。在装饰图案施加到基材前，基材先以硅烷增粘剂处理。在施加装饰图案前，将基材加热到65-120℃。在装饰图案转移后，将经装饰的基材在95-150℃加热固化10-20分钟，优选在175-230℃再固化10-20分钟。
鉴于经装饰的基材的固化需较长时间和较高的温度，因此这一技术不适用于热敏性基材象木材、含木材的材料或(成形的)塑料这类对热敏感的热敏感性基材的装饰。
在EP60107中，公开了一种转移印花的方法，其中基材(连续的长带材)是涂有热固性材料如醇酸漆、聚酯漆、聚氨酯漆或环氧漆的。在190-250℃间固化后，立即使基材与连续的经印刷的带材相接触，在180-280℃间的温度下，通过升华作用使印刷油墨转移到带材上。鉴于在固化涂层时对基材施加较高的温度，因此该专利公开的方法也不适用于热敏感性基材的装饰。
在EP14901中公开了一种适用于热敏感性基材的转移印花的方法。但在该方法中要将基材加热到220℃以上，因此该方法也不适于热敏感性基材的装饰。
在JP58-162374中，公开了一种采用紫外光可固化树脂将染料转移到PVC模塑制品上的方法。
在WO98/08694中公开了一种装饰金属、塑料等材料的方法。在该专利中，几乎没有涉及用于涂敷基材表面的材料的有关信息。
根据本发明方法提供了一种热敏感性基材装饰的方法。通过采用该方法，基材上的装饰图案可达到很精细，可采用鲜艳的色彩而不会有颜色扩散的危险。因此，经装饰的基材是很耐久的，并具有极好的户外耐候性。该技术也可应用于耐热基材。
与技术上已知的方法相比，根据本发明的方法包括下列附加步骤：即采用波长短于400纳米的电磁辐射使涂层固化，直至涂层的Tg达到50-130℃之间，在200℃时的耐划痕性至少3N，其中将装饰图案转移至涂层上时的温度为180-220℃。
在本发明的框架中，热敏感性基材是指在200℃以上经长时间加热时，会出现变形，结构发生改变，脱色或其它热损害的基材。
有几种仪器可用作波长短于400纳米的电磁辐射源。鉴于紫外灯或产生电子束的仪器的可获得性和容易纳入生产过程中，因此它们是优选的。
业已发现，对于将装饰图案从薄片材上转移到经涂敷的基材上来说，在装饰图案发生转移的温度下，涂层的Tg和硬度是最重要的。
如果Tg过低，即低于50℃，涂层在180-220℃的转移温度下会太软。这就会因涂敷表面的软化而妨碍当装饰图案转移到基材后薄片从基材上的剥离。
如果Tg过高，即高于130℃，涂层太脆，在正常使用时易损坏基材，对某些基材来说还会使涂层与表面间的粘附性变差。
为了获得装饰图案热转移的最佳效果，最好是将涂层固化到Tg为80-110℃。
此外，在装饰图案转移到基材上时的温度下，涂层的硬度是很重要的。如果硬度过低，就会妨碍当装饰图案转移后薄片从基材上的剥离。如果硬度过高，可观察到装饰图案转移不完全(或者要达到完全的转移需要更长的时间)，而且涂层与表面间的粘附性会降低。
在装饰图案向基材转移温度下的涂层硬度是以在200℃下测定固化涂层的耐划痕性来量度的。为了能迅速从基材上剥离薄片，耐划痕性应至少为3N，优选至少8N，更具体说至少11N。耐划痕性的上限是由装饰图案完全转移所需时间给定的。最长时间尤其随基材的热稳定性而定。大体上可以说，耐划痕性应小于30N，以便当将装饰图案转移到涂层的温度为180-220℃时，能在适当的时间内使装饰图案转移到基材上。
在装饰图案转移到基材上前，基材是经涂敷涂料的。用于本发明方法中的涂料是一种可经波长短于400纳米的电磁辐射固化的涂料，例如可用紫外光或电子束辐射固化的涂料。固化前或固化期间，可对涂层加热以加速固化。但这不是必须的。重要的是，在固化时温度不应高到对基材产生负面影响的程度。
对于热敏感的基材来说，对基材进行加热的方法是很重要的。特别适用于这类材料的加热方法是红外加热。采用红外加热可只使拥有装饰图案的薄片和经涂敷的基材的表面涂层达到通过挥发转移装饰图案所需的温度180-220℃。
在本发明优选的实施方案中，涂层是在装饰图案转移到基材前经完全固化的。
对于根据本发明的方法来说，原则上所有涂料组合物都可采用，只要对基材有足够的粘附性，
涂层能以波长短于400纳米的电磁辐射进行固化，以及
涂层经固化后的Tg达到50-130℃之间，在200℃时的耐划痕性至少为3N。
由于粉末涂料易于以电磁辐射固化而不需要挥发溶剂，因此根据本发明的方法中采用粉末涂料是优选的。
可用于本发明的经UV固化的涂料组合物的实例是含有作为粘合剂的不饱和树脂(不饱和的(甲基)丙烯酸酯树脂、不饱和的烯丙基树脂、不饱和的乙烯基树脂)，丙烯酸酯化的环氧树脂，丙烯酸酯化的脂族或芳族氨基甲酸酯低聚物，丙烯酸酯化的聚酯或丙烯酸低聚物，半结晶或非晶态聚酯的体系。粘合剂还可包含作为共反应剂的单官能或多官能单体。可商购的适用的不饱和树脂的实例包括VIAKTINVAN 1743(固态不饱和聚酯树脂)，URALACXP3125(固态不饱和非晶态聚酯树脂)及CRYLCOATE5252(固态不饱和聚酯树脂)。可商购的共反应剂的实例是VIAKTIN03546(脂族氨基甲酸酯与丙烯酸官能基团的加成物)和URALACZW 3307P。组合物中也可任选地添加技术熟练人员所熟知的光引发剂，自由基引发剂(过氧化物、偶氮二异丁腈等)，诸如流动剂、消泡剂、润湿剂、消光剂、增滑剂以及其它涂料添加剂的添加剂。对于大多数UV固化涂料组合物来说，加入光引发剂是优选的。可商购的适用光引发剂的实例包括IRGACURE184、IRGACURE819、IRGACURE1800、IRGACURE1850、IR GACURE2959和CGI1700。对于热固化的或热/UV混合固化的不饱和体系来说，自由基引发剂可单独添加，也可与光引发剂一起添加。为了在基材上获得着色的涂层，组合物还可包含颜料和填料。
原则上说，用于UV固化体系中的涂料组合物也可用于电子束固化体系中。然而，在这些组合物中，使用光引发剂通常不会使涂层固化更充分或更迅速。
此外，也可采用阳离子聚合组合物。一般来说，这些组合物包含作为粘合剂的环氧树脂、脂环族环氧树脂或烯基醚，作为链转移剂的醇或多种醇的混合物以及引发剂。在这些组合物中优选以锍一碘鎓一重氮盐作为引发剂。任选的是，阳离子聚合组合物可包含添加剂。颜料和/或填料。
对基材表面进行涂料涂敷前的预处理包括众所周知的清洗表面的方法，例如刷、洗、脱脂、磷化和/或铬酸盐处理。底漆的涂敷也可包括在该处理中。然而，这是任选的，例如为获得特定的装饰效果，为提高基材表面的性能如遮盖表面缺陷，改进粘附性或提高涂层可涂性(如导电性底漆，以使静电粉末易于涂敷在象木材或MDF之类的非导电性基材上)。
通常，将粉末涂料涂敷在基材表面上的方法包括下列步骤：
按技术上已知的方法例如静电喷涂或摩擦起电喷枪喷涂法涂敷粉末涂料，
通过对流或辐射加热(对热敏感的基材最好采用红外加热要用涂料涂覆的该基材的一侧)使粉末熔融，
使涂层固化，根据本发明方法要求采用波长短于400纳米的电磁辐射。
包含装饰图案的薄片可以是如拥有装饰图案的纸或织物片材。对于这些装饰图案来说，所谓升华性颜料或染料都可采用。这些装饰性薄片在技术上是众所周知的。
任选的是，在装饰图案转移后，可在基材上涂一层(透明的)面涂层。这样做的目的是为了获得特定的装饰效果和/或改进经装饰表面的性能。
根据本发明的方法特别适用于象含纤维素的基材或塑料基材之类的热敏感性基材的装饰。热敏感性基材的实例是木质基材，MDF基材，薄板，纤维板，塑料另件(如PVC另件)以及电路板。然而，该方法也能用于其它非热敏感性基材如金属、玻璃、混凝土或陶瓷基材的装饰。
测定方法
固化涂层的Tg
玻璃化转变温度Tg是涂层从固态转变成橡胶态时的温度。这是二级相转变，这种相变可以比热的变化来显示。Tg是采用示差扫描量热仪测定的。下列步骤是关于Perkin-Elmer DSC-7示差扫描量热仪的测定步骤：
将15-20毫克的固化涂层放置在带盖的铝试样池中。加压使盖密闭并将试样池放入DSC-7中。起动玻璃化转变温度测定程序，其中包括以10℃/分钟的加热速率将试样从20℃均匀地加热至高达180℃。该程序能自动地产生以TG1(转变开始)、TG2(一半转变)和TG3(转变终了)表示的玻璃化转变温度数据。取TG2作为固化涂层试样的Tg。对于Tg的测定可参照DIN53765和ASTM D 3418。
耐划痕性
为了测定固化涂层的耐划痕性，将涂料涂敷在钢板上，涂膜厚度为60一80微米并固化之。耐划痕性是采用Oesterie 435型耐划痕试验仪(Erichsen Instrument)测定的。测定是在涂层在高于室温的加热炉中达到指定的试验温度后进行的。耐划痕性是指在薄膜中留下深的记号/划痕时所需的最小压力。
实施例
实施例1
制备具有下列组分的透明粉末涂料：
    组分   含量(重量份)
  不饱和聚酯树脂1共反应剂2UV光引发剂流动调节剂其它添加剂     642835＜1
1不饱和聚酯，Tg＞45℃，酸值＜25
2丙烯酰基/氨基甲酸酯加成物，Tg＞50℃
采用静电喷枪将粉末涂料喷涂在预处理过的MDF基材上。基材是通过红外加热炉进行预处理的，以使所涂的涂料形成厚度为60与100微米之间的涂层。涂层经紫外光固化。所得涂层具有高光泽与基材有很好的粘附性，并有优异的耐溶剂性能。固化涂层的Tg为71℃，耐划痕性在200℃时为6N。
采用的条件如下：
红外加热炉有10个红外灯(中间波长为2000-4000纳米，每个0.8千瓦)供熔融涂层，红外灯与基材之间距离＝15厘米，试样放在传送带上，传送带速为0.5米/分钟。
紫外炉有一个GST400紫外灯(80瓦/厘米，Hg360纳米)和一个GST400紫外灯(80瓦/厘米，Ga420纳米)；紫外灯与基材之间距离＝14厘米，试样放在传送带上，传送带速为2米/分钟。
然后将含升华性染料的热转移纸覆盖在已涂有涂层的MDF基材上，并在190-200℃的热压下保持30-40秒钟进行基材装饰。装饰图案升华转移后，纸质薄片不会粘附在有涂层的基材上且易于剥离。该装饰图案通过涂层而牢固地固着，并为涂层所保护；装饰图案不会被溶剂脱除，耐光度优良。
实施例2
采用具有下列组分的白色粉末涂料，重复实施例1的步骤：
    组分   含量(重量份)
  不饱和聚酯树脂1共反应剂2紫外光引发剂流动调节剂其它添加剂TiO2颜料     572535＜110
1不饱和聚酯，Tg＞45℃，酸值＜25
2丙烯酰基/氨基甲酸酯加成物，Tg＞50℃
得到的涂层具有高光泽，与基材有很好的粘附性，并有优异的耐溶剂性能。固化涂层的Tg为64℃，耐划痕性在200℃时为5N。
装饰图案升华转移后，纸质薄片不会粘附在经涂敷的基材上且易于剥离。该装饰图案通过涂层而牢固地固着，并为涂层所保护；装饰图案不会被溶剂脱除，耐光度优良。
实施例3
采用静电喷枪将实施例1透明粉末涂料组合物喷涂在预处理过的陶瓷基材、未上釉的瓷砖(即“素”瓷砖)上。基材可通过下述方法进行预处理：
将基材在刚要涂敷粉末涂料之前加热到90℃以上，
将基材在室温、相对湿度高于50％的空气中冷却后，将基材冷却至0℃以下并直接涂敷粉末涂料，或
涂敷液态导电底涂层，按照与实施例1相同的条件，可制得经装饰的陶瓷基材。
装饰图案升华转移后，纸质薄片不会粘附在已涂敷的基材上且易于剥离。该装饰图案通过涂层而牢固地固着，并为涂层所保护；装饰图案不会被溶剂脱除，耐光度优良。
实施例4
采用静电喷枪将实施例2的白色粉末涂料组合物喷涂在预处理过的陶瓷基材、未上釉瓷砖(即“素”瓷砖)上。基材可通过下述方法进行预处理：
将基材在刚要涂敷粉末涂料之前加热到90℃以上，
将基材在室温、相对湿度高于50％的空气中冷却后，将基材冷却至0℃以下并直接涂敷粉末涂料，或
涂敷液态导电底涂层，
按照与实施例2相同的条件，可制得经装饰的陶瓷基材。
装饰图案升华转移后，纸质薄片不会粘附在已涂敷的基材上，并易于剥离。该装饰图案通过涂层而牢固地固着，并为涂层所保护；装饰图案不会被溶剂脱除，耐光度优良。
实施例5
采用静电喷枪将实施例1的透明粉末涂料组合物喷涂在预处理过的具有上釉表面的陶瓷基材上。该基材可通过下列步骤进行预处理：
涂敷液态粘合促进剂(如四氯化钛或环氧官能化的硅烷或硅氧烷偶联剂的水或溶剂分散体)并在刚要涂敷粉末涂料之前将基材加热到90℃以上，
涂敷包含粘合促进剂的液态导电底涂层。按照与实施例1相同的条件，可制得经装饰的陶瓷基材。
装饰图案升华转移后，纸质薄片不会粘附在已涂敷的基材上且易于剥离。该装饰图案通过涂层而牢固地固着，并为涂层所保护；装饰图案不会被溶剂脱除，耐光度优良。
实施例6
采用静电喷枪将实施例2的白色粉末涂料组合物喷涂在预处理过的、具有上釉表面的陶瓷基材上。该基材可通过下列步骤进行预处理：
涂敷液态粘合促进剂(如四氯化钛或环氧官能化硅烷或硅氧烷偶合剂的水或溶剂分散体)并在刚要涂敷粉末涂料之前将基材加热到90℃以上。
涂敷包含粘合促进剂的液态导电底涂层，按照与实施例2相同的条件，可制得经装饰的陶瓷基材。
装饰图案升华转移后，纸质薄片不会粘附在已涂敷的基材上且易于剥离。该装饰图案通过涂层而牢固地固着，并为涂层所保护；装饰图案不会被溶剂脱除，耐光度优良。
实施例7
采用玻璃基材并重复实施例5的步骤。玻璃基材可按与处理具有上釉表面的陶瓷基材相同的方法进行预处理。
装饰图案升华转移后，纸质薄片不会粘附在已涂敷的基材上且易于剥离。该装饰图案通过涂层而牢固地固着，并为涂层所保护；装饰图案不会被溶剂脱除，耐光度优良。
实施例8
采用玻璃基材并重复实施例6的步骤。玻璃基材可按与处理具有上釉表面的陶瓷基材相同的方法进行预处理。
装饰图案升华转移后，纸质薄片不会粘附在已涂敷的基材上且易于剥离。该装饰图案通过涂层而牢固地固着，并为涂层所保护；装饰图案不会被溶剂脱除，耐光度优良。
比较实施例
采用具有下列组分的白色粉末涂料，重复实施例1的步骤：
    组分   含量(重量份)
  不饱和聚酯1紫外光引发剂其它添加剂TiO2颜料BaSo4填料     663＜1237
1不饱和聚酯，Tg＞45℃，羟值32-40
得到的涂层具有高光泽，与基材有足够的粘附性，并有良好的耐溶剂性。固化涂层的Tg为50℃，耐划痕性在200℃时低于3N。
装饰图案升华转移后，纸质薄片粘附在已涂敷的基材上且不易剥离。用水除去纸质薄片后，在装饰表面留有永久性斑点。

Claims (7)

1、制备经装饰的基材的方法，该方法包括下列步骤：对基材进行处理以使其表面适于涂敷涂料，将涂料一次或多次涂敷在基材表面上，将一片包括待转移到基材表面上的装饰图案的薄片覆盖在基材表面上，对基材和包括装饰图案的薄片进行加热，以使薄片上装饰图案有效地转移到基材上，方法的特征在于：涂层以波长短于400纳米的电磁辐射固化，直到所得涂层的Tg在50-130℃之间，耐划痕性在200℃时为至少3N，其中装饰图案转移到基材期间的温度为180-220℃。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于涂层固化至其Tg为80-110℃。
3、根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于涂层是以紫外光或电子束固化的。
4、根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于基材是在200℃以上经长时间加热时，会出现变形、结构发生改变、脱色或其它热损害的热敏感性基材。
5、根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于在基材表面涂敷粉末涂料。
6、根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于涂层在装饰图案转移到基材表面上之前是完全固化的。
7、根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于固化涂层的耐划痕性为至少8N。
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