CN107683181A - 用于涂装或印刷的预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的问题在于,发现抑制对导热系数为10W/mK以上的特定的金属系基材的表面进行火焰处理时的结露的产生的处理,并连续地进行该处理和火焰处理。为了解决上述问题,本发明提供一种对金属系基材表面进行涂装或印刷之前的处理方法,其包括:在用涂料或油墨对导热系数为10W/mK以上的特定的金属系基材的表面进行涂装或印刷之前,在将该基材预热至40℃以上之后,连续地对该基材表面进行火焰处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种用含有树脂的涂料或油墨对具有特定的特性的金属系基材(导热系数为10W/mK以上)的表面进行涂装或印刷时的预处理方法。
背景技术
以往,进行过:对金属系基材使用含有树脂的涂料或油墨,提高其功能性、设计性来提高附加价值。随着近年来的技术发展,要求更高的功能性或设计的多样性,要求高精度的涂装或印刷技术。
在对基材表面进行涂装或印刷之前,当在基材表面存在垃圾、尘埃等异物时,关于涂料或油墨,与基材的粘附性、润湿性降低,无法进行令人满意的涂装或印刷。
在专利文献1中,公开了一种外表面涂层剂的固化促进方法,其包含:通过燃烧器的火焰去除附着于钢管的表面的水分、尘埃、油脂等,然后在钢管的温度变为50~70℃时,对钢管涂布涂层剂。
一般而言,钢管的表面充分涂布有防锈油。为了使防锈油燃烧而将其去除,需要以一定时间加热到至少400℃以上,因此,有时金属表面发生氧化等,给产品的品质带来问题。因此,为了去除防锈油等附着于金属表面的油类,通常使用碱法脱脂等方法,一般而言不实施使金属表面上的油类燃烧而将其去除的方法。
在专利文献2中,公开了一种方法,其用有机溶剂、碱性溶液等清洗液,对在制造工序中附着于不锈钢带材、合金带材等金属带材的表面的油、固体附着物进行清洗,然后进行火焰处理而使表面清洁化。
然而,虽然如此进行脱脂清洗之后不久,在金属带材的表面不存在异物,但当贮存几小时到几天时,漂浮于贮存场所的尘埃等异物会附着,形成非常薄的污垢层。在进行高精度的涂装或印刷的情况下,需要去除该异物。
另外,热浸镀Zn-55%Al合金钢板等镀敷钢板的刚镀敷之后的镀层表面是清洁的,因此,涂料或印刷油墨会充分地粘附,但是,存在如下问题:当在镀敷后经过几小时到几天时,空气中的极微细的有机垃圾会附着于金属表面而使涂料或印刷油墨不会充分地粘附。
另外,就涂装钢板而言,当在其制造工序中涂装钢板与制造涂装钢板的装置接触时,有时涂膜会部分附着于装置。而且,当该附着物附着于后续批次的涂装钢板时,其会成为后续批次的涂装钢板的异物。
此外,考虑到制造成本的生产率也是始终会考虑的重要问题。当用于建筑材料之类的金属系基材以间歇式进行制造或处理时,生产率差。因此,从生产率考虑,连续地进行一系列的工序是非常有益的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11-90313号公报
专利文献2:日本特开平7-243070号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明人等设计并研究了:在对金属系基材涂装或印刷涂料或油墨之前,通过火焰处理将附着于金属系基材表面的异物燃烧去除。可知:在仅进行火焰处理的情况下,随后的涂膜或印刷油墨的粘附性、润湿性不充分。
因此,本发明人等反复进行了进一步的研究,结果可知:使涂膜或印刷油墨的粘附性、润湿性降低的原因是在火焰处理时产生的结露,这是导热系数高的金属系基材特有的现象。
而且,本发明人等对防止该火焰处理时产生的结露的方法进行了研究,结果发现:通过在进行火焰处理之前将金属系基材的温度预热至40℃以上,会抑制该结露,涂膜或印刷油墨的粘附性或润湿性得以提高。
进而,为了高效地进行涂装或印刷前的处理,本发明人设计了通过一系列的工序连续地进行预热以及火焰处理。
用于解决问题的方案
因此,本发明提供一种对金属系基材表面进行涂装或印刷之前的处理方法,其包括:在用涂料或油墨对选自镀敷钢板、脱脂处理后的普通钢板、不锈钢板、涂装钢板、铝板以及铜板中的、导热系数为10W/mK以上的金属系基材的表面进行涂装或印刷之前,在将该基材预热至40℃以上之后,连续地对该基材表面进行火焰处理。
作为预热的单元的具体例,可列举出:将预热用气体燃烧器设置于预处理线;将输送带式的近红外线炉或中红外线炉设置于预处理线等。
发明效果
在火焰处理中,通用将液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)作为燃料的燃烧器,例如,在液化石油气进行燃烧时,会发生由如下化学式表示的化学反应。
C3H8(LPG)+5O2→3CO2+4H2O+热量
就本发明中使用的导热系数高的金属系基材而言,若不预热就通过燃烧器进行火焰处理,则在火焰与金属系基材接触的瞬间,热量会迅速扩散,此时的温度会下降。因此,火焰中成为水蒸气的水在基材表面被冷却而在金属系基材表面产生结露。该结露水在火焰处理中留在金属系基材表面而妨碍火焰处理。
因此,通过在进行火焰处理时预先将具有特定的导热系数的金属系基材预热至40℃以上,会抑制结露的产生,能够去除附着于金属系基材表面的异物,能够提高涂膜或印刷油墨的粘附性以及润湿性。
进而,在本发明的预处理方法中,能够连续地进行预热以及火焰处理,生产率高且能够高效地处理。
附图说明
图1是从横侧观察使用气体燃烧器作为预热单元的、本发明的一实施方式的构成的图。
图2是从上侧观察使用气体燃烧器作为预热单元的、本发明的一实施方式的构成的图。
图3是从横侧观察使用输送带式的近红外线炉或中红外线炉作为预热单元的、本发明的一实施方式的构成的图。
图4是从上侧观察使用输送带式的近红外线炉或中红外线炉作为预热单元的、本发明的一实施方式的构成的图。
图5是示出了本发明中使用的燃烧器的火焰口的形态的具体例的图。图5(a)是示出了带型的一例的照片,图5(b)是示出了圆孔型的一例的照片。
图6是示出了本发明中可以使用的带型燃烧器的火焰口的一例的图。
图7是示出了在实施例中通过气体燃烧器将各金属系基材预热至100℃时的温度衰减曲线的图。曲线i表示亚克力板,曲线ii表示奥氏体系不锈钢板,曲线iii表示涂装钢板,曲线iv表示铝合金版。涂装钢板的温度衰减曲线iii与铁素体系不锈钢板以及热浸镀Zn-55%Al合金钢板的温度衰减曲线大致相同,因此,省略了这些曲线的记载。该表的纵轴表示基材表面温度(℃),横轴表示经过时间(秒)。
具体实施方式
本发明使用导热系数为10W/mK以上的金属系基材,其用于通过涂料或油墨实施涂装或印刷。优选使用导热系数为15W/mK以上的金属系基材,进一步优选使用导热系数为30W/mK以上的金属系基材,最优选使用导热系数为40W/mK以上的金属系基材。
在导热系数小于10W/mK的情况下,基材的热扩散低,因此,即使火焰中所含的水蒸气与基材接触也不会变成结露,因此,无需预热。
如上所述,本发明的金属系基材的导热系数为10W/mK以上。作为本发明中使用的金属系基材,使用热浸镀Zn-55%Al合金钢板等镀敷钢板、不锈钢板、铝板、铜板以及脱脂处理后的普通钢板。需要说明的是,铝板也包含以铝为主体的铝合金。
由于无需考虑镀敷钢板、不锈钢板、铝板以及铜板在常温下发生氧化而使品质劣化,因此,不涂布防锈油等油类。例如,不锈钢板在生产线中有时涂布有润滑油、轧制油等油,但最终在清洗工序中使表面清洁化。关于镀敷钢板,最终表面经过处理而不易生锈。就铝板而言,表面立即被氧化铝覆盖,进而防止发生氧化,因此,不会因生锈而使其品质劣化。关于铜板,铜不像铁那样容易生锈,其也无需涂布防锈油等油。
另一方面,普通钢板在贮存时容易生锈,因此,涂布有防锈油。在本发明的处理方法中使用普通钢板的情况下,使用脱脂处理后的普通钢板。作为脱脂处理,可以使用碱法处理、溶剂处理等公知的脱脂处理。
另外,当考虑涂装装置或印刷装置时,本发明中使用的金属系基材优选为细长的矩形。
可以对这些金属系基材进行压花加工、拉深成型加工等,来实施瓷砖风格、土砖风格、木纹风格等的凹凸加工。
所述金属系基材可以在其表面形成有化学转化处理皮膜。化学转化处理皮膜形成于基材的整个表面,提高基材的耐腐蚀性。形成化学转化处理皮膜的化学转化处理的种类并不特别限定。在化学转化处理的例子中,包含:铬酸盐处理、无铬处理、磷酸盐处理。化学转化处理皮膜的附着量如果在提高耐腐蚀性的有效范围内就不特别限定。
进而,在所述钢板的一面或两面设有由涂料形成的涂膜的涂装钢板也包含于本发明中使用的金属系基材。
作为本发明的金属系基材的涂装钢板是在上述的钢板任意形成化学转化处理皮膜及/或底涂涂膜之后形成油墨接受层而得到的。
化学转化处理皮膜形成于钢板的整个表面,提高涂膜粘附性以及耐腐蚀性。化学转化处理的例子如上所述。
底涂涂膜形成于钢板或化学转化处理皮膜的表面,提高涂膜粘附性以及耐腐蚀性。底涂涂膜通过如下方式形成:将例如含有树脂的底涂涂料涂布于钢板或化学转化处理皮膜的表面,使其干燥(或固化)。底涂涂料中所含的树脂的种类并不特别限定。在树脂种类的例子中,包含:聚酯、环氧树脂、丙烯酸树脂等。环氧树脂的极性高,并且粘附性良好,因此特别优选。另外,底涂涂膜的膜厚如果能发挥上述的功能就不特别限定。底涂涂膜的膜厚例如为5μm左右。
本发明中使用的涂装钢板的油墨接受层使用含有用于形成基体的树脂和颜料的树脂组合物作为涂料而形成。
作为基体的树脂的种类并不特别限定。在作为基体的树脂的例子中,包含:聚酯、丙烯酸树脂、聚偏氟乙烯、聚氨酯、环氧树脂、聚乙烯醇、酚醛树脂。从与油墨的粘附性的观点考虑,作为基体的树脂优选聚酯、丙烯酸树脂或者聚偏氟乙烯。
在使用用于形成基体的聚酯树脂的情况下,此时的树脂组合物例如具有:聚酯、三聚氰胺树脂、催化剂以及胺。
如果能与三聚氰胺树脂发生交联反应,则聚酯的种类就不特别限定。聚酯的数均分子量并不特别限定,但从加工性的观点考虑,优选为5000以上。另外,聚酯的羟值也不特别限定,但优选为40mgKOH/g以下。聚酯的玻璃化转变温度并不特别限定,但优选在0~70℃的范围内。在玻璃化转变温度低于0℃的情况下,油墨接受层的硬度恐怕会不足。另一方面,在玻璃化转变温度高于70℃的情况下,加工性恐怕会降低。
三聚氰胺树脂是聚酯的交联剂。三聚氰胺树脂并不特别限定,但优选为甲基化三聚氰胺树脂。另外,甲基化三聚氰胺树脂优选甲氧基占分子中的官能团的量为80mol%以上。就三聚氰胺树脂而言,既可以单独使用甲基化三聚氰胺树脂,也可以与其他三聚氰胺树脂并用。三聚氰胺树脂的配合量优选为聚酯:三聚氰胺树脂=70:30(质量比)左右。
催化剂促进三聚氰胺树脂的反应。在催化剂的例子中,包含:十二烷基苯磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸。催化剂的配合量优选相对于树脂固体成分为0.1~8%左右。
胺对催化反应进行中和。在胺的例子中,包含:三乙胺、二甲基乙醇胺、二甲基氨基乙醇、单乙醇胺、异丙醇胺。胺的配合量并不特别限定,但优选相对于酸(催化剂)为当量的50%以上的量。
在用于形成基体的树脂为丙烯酸树脂的情况下,例如使用丙烯酸树脂乳液。该乳液中的丙烯酸树脂的分子量优选在20万~200万的范围内。乳液中的丙烯酸树脂的分子量可以通过凝胶渗透色谱(GPC)进行测定。
在用于形成基体的树脂为聚偏氟乙烯的情况下,例如,可以使用向聚偏氟乙烯中按20/80~50/50的重量比混合热塑性丙烯酸树脂而得的树脂组合物作为涂料。
作为在油墨接受层中使用的颜料,可列举出体质颜料(包含珠(beads))、着色颜料。
体质颜料的种类并不特别限定。在体质颜料的例子中,包含:二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、氢氧化铝、滑石、云母、树脂珠、玻璃珠等。
树脂珠的种类并不特别限定。在树脂珠的例子中,包含:丙烯酸树脂珠、聚丙烯腈珠、聚乙烯珠、聚丙烯珠、聚酯珠、氨基甲酸酯树脂珠、环氧树脂珠等。这些树脂珠既可以使用公知的方法来制造,也可以利用市售品。在市售的丙烯酸树脂珠的例子中,包含:东洋纺株式会社的“Taftic AR650S(平均粒径18μm)”、“Taftic AR650M(平均粒径30μm)”、“TafticAR650MX(平均粒径40μm)”、“Taftic AR650MZ(平均粒径60μm)”、“Taftic AR650ML(平均粒径80μm)”、“Taftic AR650L(平均粒径100μm)”以及“Taftic AR650LL(平均粒径150μm)”。另外,在市售的聚丙烯腈珠的例子中,包含:东洋纺株式会社的“Taftic A-20(平均粒径24μm)”、“Taftic YK-30(平均粒径33μm)”、“Taftic YK-50(平均粒径50μm)”以及“Taftic YK-80(平均粒径80μm)”。
着色颜料的种类并不特别限定。在着色颜料的例子中,包含:炭黑、氧化钛、氧化铁、黄色氧化铁、酞菁蓝、钴蓝。
关于以上的颜料,对于本领域技术人员而言,颜料的种类、粒径或在树脂组合物(涂料)中的含量可以根据印刷的种类、所印刷的油墨的种类进行适当调整。
油墨接受层的膜厚并不特别限定,但通常在3~30μm的范围内。在涂膜过薄的情况下,涂膜的耐久性以及遮盖性恐怕会不充分。另一方面,在涂膜过厚的情况下,制造成本增加,并且在烘烤时恐怕会容易发生起泡(ワキ)。
本发明中的导热系数可以通过依据JIS R1611-2010的方法进行测定(对应国际标准:ISO 18755:2005)。具体而言,可以准备10mm见方的样品并使用京都电子工业株式会社制的激光闪光法热物性测定装置LFA-502进行测定。
在本发明的金属系基材中,优选在对表面未覆盖树脂的热浸镀Zn-55%Al合金钢板等镀敷钢板、不锈钢板、铝板、铜板以及脱脂处理后的普通钢板进行涂装或印刷的几小时前进行预热以及火焰处理。具体而言,优选对金属系基材进行涂装或印刷的4小时以内,更优选2小时以内,更进一步优选30分钟以内,最优选10分钟以内。
当火焰处理到涂装或印刷经过超过4小时的时间时,尘埃等异物会再次附着于基材表面,无法充分地发挥本发明的预处理方法的效果。需要说明的是,涂装钢板等施加有树脂涂层的金属系基材与没有上述树脂涂层的金属系基材相比,不易附着污垢,因此,能够将火焰处理效果维持几个月(例如,6个月左右)。因此,涂装钢板可以在火焰处理后的几个月后进行处理,另外,也可以在火焰处理后,与上述的钢板同样的时间内进行处理。
对本发明的金属系基材表面进行涂装或印刷之前的处理方法是将金属系基材预热至40℃以上。对基材进行预热的单元如果是能在预热后连续地进行火焰处理的单元,就不特别限定,具体而言,可以使用气体燃烧器进行预热,也可以使用输送带式(线式)的加热炉。作为加热炉,优选近红外线炉或中红外线炉。
需要说明的是,本发明的预热的温度是指,即将进行火焰处理之前的温度,不一定与刚预热之后的温度相同。换言之,本发明包含:对通过预热而具有40℃以上的温度的金属系基材进行火焰处理的工序。具体而言,是指在直到火焰处理3秒以内、优选1秒以内、进一步优选0.5秒以内测定出的温度。
另外,由于在更高的温度下进行预热能够降低火焰处理的不均,因此优选,具体而言,优选预热至45℃以上,更优选预热至50℃以上,进一步优选55℃以上,更进一步优选60℃以上。另外,优选的是,越是导热系数高的金属系基材,越在更高的温度下进行预热。例如,在导热系数为100W/mK以上的基材的情况下,优选在60℃以上进行预热,更优选在65℃以上进行预热。
另外,预热温度的上限并不特别限定,但考虑到由金属系基材表面的氧化引起的劣化,优选以金属系基材的温度不高于300℃的方式对金属系基材进行预热,因此,预热温度的上限优选设为低于300℃。
在本发明的火焰处理中,使用气体燃烧器(gas burner)。此处所用的气体燃烧器可以使用通常用于钢板、涂装钢板的表面处理的气体燃烧器。
作为燃料气体,通常使用氢气、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)、乙炔气、丙烷气、或者丁烷等,另外,作为其助燃气体,使用空气或氧气。若考虑到燃烧能量,则优选使用LPG、LNG。
另外,火焰口的形态并不特别限定,但通常可以使用带型或圆孔型的气体燃烧器。将带型的一例示于图5(a),将圆孔型的一例示于图5(b)。在本发明中,从来自气体燃烧器的火焰能够在金属系基材表面的宽度方向均匀地照射并处理的方面考虑,优选使用带型燃烧器作为火焰处理用气体燃烧器。
具有这种构造的燃烧器头的燃烧器市面有售,例如,存在Flynn Burner公司(美国)的产品名F-3000(带型燃烧器:参照图6)、Finecom I&T公司(韩国)的产品名FFP250等。
燃烧器的火焰口的宽度(与金属系基材的宽度方向平行的宽度)需要为火焰照射到整个基材表面的宽度,匹配基材的宽度方向的宽度来选择适当的燃烧器。例如,在金属系基材的宽度方向的宽度为40cm的情况下,选择火焰口的宽度为45~50cm的燃烧器。(例如,在图2中,在W1为40cm的情况下,选择W2为45~50cm的气体燃烧器。)
燃烧器的输出调整为火焰能够烧掉金属系基材表面的尘埃(异物)的程度。例如,将燃烧器的输出调整为每10mm宽的燃烧器的火焰口对应250kJ/小时~12000kJ/小时的输出,优选调整为400kJ/小时~7500kJ/小时的输出,进一步优选调整为600kJ/小时~5000kJ/小时的输出,更进一步优选调整为1200kJ/小时~5000kJ/小时的输出。
可以使用一个或两个以上的气体燃烧器作为火焰处理用气体燃烧器。当火焰处理时的金属系基材的输送速度变快时,伴随金属系基材的输送而产生气流,火焰受到该气流的影响,有时火焰处理的效率变差。因此,在金属系基材的输送速度快时,优选使用两个以上的火焰处理用气体燃烧器。另外,也可以使用三个以上的火焰处理用气体燃烧器进行火焰处理,但当综合地考虑设备投资、生产效率、火焰处理的效果时,在输送速度快的情况下,优选使用两个火焰处理用气体燃烧器。
在对本发明中使用的金属系基材进行涂装的情况下,涂布与上述的油墨接受层中使用的树脂组合物相同的涂料(可以含有颜料,也可以不含有颜料)。涂布的方法可以使用辊涂法、棒涂法等公知的方法。
在对本发明中使用的金属系基材进行印刷的情况下,可以使用公知的印刷方法。在印刷方法的例子中,可列举出凹版印刷、胶版印刷、丝网印刷、以及喷墨印刷等。其中,喷墨印刷能够在短时间内容易地形成复杂的多色图案,是优选的印刷方法。
喷墨印刷所用的油墨可以使用公知的油墨,具体而言,可列举出水性油墨、油性油墨、活性光线固化型油墨。从可显著观察到本发明的效果的方面考虑,优选使用活性光线固化型油墨。在活性光线固化型油墨中,存在自由基聚合型油墨和阳离子聚合型油墨,均可以使用。
活性光线固化型油墨通常包含:单体或低聚物、光聚合引发剂、色材、分散剂、表面活性剂、其他添加剂。在本发明中,使用在该技术领域中通常使用的材料。与自由基聚合型油墨相比,阳离子聚合型油墨的体积收缩率小,即使对提高了交联密度的非渗透性的油墨接受层也能得到高粘附性,因此特别优选。
在此,本发明中的“活性光线”可列举出:电子射线、紫外线、α射线、γ射线、X射线等。在本发明中,当考虑到安全性、操作性时,优选使用电子射线、紫外线,最优选使用紫外线。
在活性光线固化型油墨着落于基材的印刷面之后,通过来自活性光线照射机的活性光线使其固化。通常,在墨滴着落后经过1.0秒以上、优选经过2.0秒以上、进一步优选经过2.2秒以上之后照射活性光线。另外,有时空气中的水分会阻碍油墨的聚合,因此,在油墨着落后30秒以内照射活性光线。
以下,表示本发明的处理方法的一实施方式。在图1中,1表示金属系基材(也称为“基材1”),2表示预热用气体燃烧器,3表示第一火焰处理用气体燃烧器,4表示第二火焰处理用气体燃烧器,5表示喷墨印刷机,6表示活性光线照射机,7表示输送机。
具体而言,首先,将基材1载置于输送机7,向图1的虚线箭头的方向输送。基材1由预热用气体燃烧器预热,在40℃以上的温度下由第一以及第二气体燃烧器实施火焰处理。火焰处理后,通过喷墨印刷机5对基材表面进行印刷。如果是使用了活性固化型油墨的喷墨印刷,则通过活性光线照射机6照射活性光线来使油墨固化。
输送机7对基材1的输送速度根据印刷条件等而不同,但通常为10m/分钟~50m/分钟,优选为20m/分钟~40m/分钟。
如上所述,1为预热用气体燃烧器。该预热用气体燃烧器可以使用与火焰处理用气体燃烧器相同的市售的气体燃烧器。
预热用气体燃烧器的输出是金属系基材1的温度为40℃以上的温度这样的输出即可,可以与上述的用于火焰处理的气体燃烧器的输出相同。具体而言,调整为每10mm宽的燃烧器的火焰口对应250kJ/小时~12000kJ/小时的输出,优选调整为400kJ/小时~7500kJ/小时的输出,进一步优选调整为600kJ/小时~5000kJ/小时的输出,更进一步优选调整为1200kJ/小时~5000kJ/小时的输出。另外,金属系基材1在预热时为40℃以上即可,因此,优选其输出低于火焰处理。具体而言,用于预热的气体燃烧器的输出优选为用于火焰处理的输出的25%~95%,更优选为30%~90%,进一步优选为30%~80%。如此,通过对预热用气体燃烧器的输出进行控制,能够调整为金属系基材的温度不被过度地加热。
由预热用气体燃烧器2处理后到由第一火焰处理用气体燃烧器3处理前,需要空出至少0.5秒以上的时间。这是由于,由预热用气体燃烧器2处理之后不久,在基材1上产生结露,该结露通过基材的预热而立即蒸发,但当在蒸发之前通过第一火焰处理用气体燃烧器3进行火焰处理时,残存的结露会妨碍火焰处理。优选的是,以由预热用气体燃烧器2处理后到由第一火焰处理用气体燃烧器3处理前空出至少1秒以上的时间的方式调整各气体燃烧器的设置位置,更优选的是,以空出2秒以上的时间的方式调整各气体燃烧器的设置位置。
另外,当在对基材1进行预热之后到最初的火焰处理之前花费太多时间时,基材的温度会低于40℃。因此,预先制作出基材1的表面温度的时间衰减曲线,根据该曲线,规定最初的火焰处理时的基材表面的所期望的温度,设定预热处理到最初的火焰处理的时间。
考虑到以上的到结露蒸发之前的时间、和用于将接受最初的火焰处理时的基材1的表面温度设为所期望的温度(至少40℃以上)的时间这两者,最终设定用于预热的火焰处理到最初的火焰处理的时间。
因此,预热用气体燃烧器2与第一火焰处理用气体燃烧器3的距离D1根据上述所设定的时间和输送速度来确定(图2)。
就基材1由第一火焰处理用气体燃烧器处理后到由第二火焰处理用气体燃烧器处理之前的时间而言,以第一火焰处理后基材的温度不会低于40℃的方式进行设定。这也与上述相同,预先制作出基材1的表面温度的时间衰减曲线,根据该曲线,规定第二火焰处理时的基材表面的所期望的温度,设定最初的火焰处理到第二火焰处理的时间。
因此,第一火焰处理用气体燃烧器3与第二火焰处理用气体燃烧器4的距离D2根据上述所设定的时间和输送速度来确定(图2)。
如上所述,在输送速度快的情况下,优选设置两个以上的火焰处理用气体燃烧器。当此时的输送速度为20m/分钟以上时,伴随基材1的输送而产生气流,有时火焰处理的效率会下降。当综合地考虑火焰处理的效果、设备投资等时,优选如图1所述那样设置两个火焰处理用气体燃烧器。
为了能够均匀地处理基材,预热用气体燃烧器2和第一火焰处理用气体燃烧器3的配置优选在相互平行的方向分离地设置。根据同样的理由,在设置有两个以上的火焰处理用气体燃烧器的情况下,各火焰处理用气体燃烧器的配置优选在相互平行的方向分离地设置。进而,为了能够更均匀地使火焰接触到基材,如图2所示,预热用气体燃烧器2和第一火焰处理用气体燃烧器3的配置优选在与输送方向垂直的方向设置。同样,在设置有两个以上的火焰处理用气体燃烧器的情况下,各火焰处理用气体燃烧器优选在与基材1的输送方向垂直的方向分离地配置。
如上所述火焰处理后的基材1通过喷墨印刷机5用活性光线固化型油墨进行印刷,由活性光线照射机6照射,使油墨固化,结束印刷。
接着,表示本发明的处理方法的另一实施方式。在图3中,1表示基材,8表示输送带式的近红外线炉或中红外线炉(以下,称为“预热炉”),3表示第一火焰处理用气体燃烧器,4表示第二火焰处理用气体燃烧器,5表示喷墨印刷机,6表示活性光线照射机,7表示输送机。
具体而言,首先,将基材1载置于输送机7,向图3的虚线箭头的方向输送。基材1由预热炉8预热,在40℃以上的温度下由第一以及第二气体燃烧器实施火焰处理。火焰处理后,通过喷墨印刷机5对基材表面进行印刷。如果是使用了活性固化型油墨的喷墨印刷,则通过活性光线照射机6照射活性光线来使油墨固化。
输送机7对基材的输送速度根据印刷条件等而不同,但通常为10m/分钟~50m/分钟,优选为20m/分钟~40m/分钟。
优选使用近红外线炉或中红外线炉作为预热炉8。在本发明中,近红外线是指,最大能量波长为0.8μm以上且小于1.8μm的电磁波,中红外线是指,最大能量波长位于1.8~3.0μm的电磁波。近红外线的最大能量波长更优选为0.8~1.5μm,中红外线的最大能量波长更优选为2.0~2.7μm。
通过预热炉8,将基材1预热至40℃~300℃,优选预热至50~200℃,进一步优选预热至60~150℃,更进一步优选预热至70~120℃。
预热后的基材1接受最初的火焰处理之前的时间设定为基材1的温度在接受火焰处理之前不低于40℃的时间。对此,制作出基材1的表面温度的时间衰减曲线,根据该曲线,规定接受最初的火焰处理时的基材表面的所期望的温度,设定预热处理到最初的火焰处理的时间。
因此,从预热炉8到第一火焰处理用气体燃烧器3的距离根据通过上述的方法确定的时间和输送速度来确定。
需要说明的是,就预热炉8的预热而言,与通过气体燃烧器进行的预热不同,不会产生结露。
由第一火焰处理用气体燃烧器进行火焰处理后到由第二火焰处理用气体燃烧器进行火焰处理之前的时间的设定如上所述。
另外,如图4所述,第一火焰处理用气体燃烧器和第二火焰处理用气体燃烧器的配置优选在与基材1的输送方向垂直的方向分离地配置。
实施例
以下举出实施例以及试验例,对本发明进行更具体的说明,但本发明并不受此限定。
作为金属系基材,使用了奥氏体系不锈钢板、涂装钢板、铁素体系不锈钢板、热浸镀Zn-55%Al合金钢板、铝合金板,作为参考基材,使用了亚克力板。
1.各种基材的制备
(1)奥氏体系不锈钢板
将日新制钢株式会社制的板厚0.5mm、SUS304BA切成A4尺寸来使用。
(2)涂装钢板
使用了板厚0.5mm、A4尺寸的每一面镀层附着量为90g/m2的热浸镀Zn-55%Al合金钢板。对该镀敷钢板进行碱法脱脂,然后,以干燥膜厚为5μm的方式用辊涂机涂装涂布型铬酸盐(NRC300NS:Nippon Paint株式会社制以Cr计附着量为50mg/m2)、作为底漆层的市售的环氧树脂系底漆涂料(日本Fine Coatings株式会社制700P),然后,以最高到达板温为215℃的方式进行烘烤。
作为用于形成油墨接受层的树脂组合物的涂料的内容如下。作为树脂,使用了数均分子量5000、玻璃化转变温度30℃、羟值28mgKOH/g的高分子聚酯树脂(DIC制)。对于作为交联剂的三聚氰胺树脂,使用了甲氧基90摩尔%的甲基化三聚氰胺树脂(Mitsui Cytec制Cymel303)。聚酯树脂与三聚氰胺树脂的配合比为70/30,作为着色颜料,添加了平均粒径0.28μm的氧化钛(Tayca制JR-603)49质量%、平均粒径10μm的云母(株式会社山口云母制SJ-010)13质量%、平均粒径5.5μm的疏水性二氧化硅(Sylysia 456;Fuji Silysia株式会社)6质量%、平均粒径12μm的疏水性二氧化硅(Fuji Silysia化学株式会社制Sylysia476)2质量%。作为催化剂,加入了相对于树脂固体成分为1质量%的十二烷基苯磺酸。另外,作为胺,加入了相对于十二烷基苯磺酸的酸当量而言胺当量为1.25倍的量的二甲基氨基乙醇。以涂料的干燥膜厚为18μm的方式用辊涂机进行涂装,然后以最高到达板温为225℃的方式进行烘烤。
(3)铁素体系不锈钢板
将日新制钢株式会社制的板厚0.5mm、SUS430BA切成A4尺寸来使用。
(4)热浸镀Zn-55%Al合金钢板
将日新制钢株式会社制的板厚0.5mm的每一面镀层附着量为90g/m2的热浸镀Zn-55%Al合金钢板切成A4尺寸来使用。
(5)铝合金板
将三菱铝株式会社制的板厚0.5mm、JIS 5052的铝合金板切成A4尺寸来使用。
(6)亚克力板(参考例)
将三菱丽阳株式会社制的板厚2.0mm的亚克力板(商品名Acrylite S)切成A4尺寸来使用。
2.导热系数的测定
各种基材的导热系数通过依据JIS R1611-2010(对应国际标准:ISO18755:2005)的方法进行测定。具体而言,准备10mm见方的样品并使用京都电子工业株式会社制的激光闪光法热物性测定装置LFA-502进行测定。
3.各种基材的温度的测定
将热电偶温度计(K型)(日置电机株式会社/温度记录器LR5021)和传感器(安立计器株式会社/带式多用途温度传感器)通过焊接装配于上述各种的基材表面的中央进行测定。
4.各种基材的表面温度的衰减曲线的制作
使用气体燃烧器将各基材加热至100℃,针对各基材求出气温10℃时的表面温度的衰减曲线(图7)。基于该曲线,求出预热用气体燃烧器或中红外线炉与第一火焰处理用气体燃烧器的距离。
5.基材的预热方法
(i)使用了预热用气体燃烧器的预热方法
使用Flynn Burner公司(美国)制的产品名F-3000进行各种基材的预热,该燃烧器头的火焰口的形态为带型。使用LP气作为燃烧气体,针对每10mm宽的燃烧器的火焰口,用气体混合器将0.4L/分钟的LP气、10L/分钟的清洁干燥空气混合后,通过燃烧器使其燃烧而进行用于预热的火焰处理。在燃烧器的火焰口与基材的距离为30mm、处理(输送)速度为20m/分钟的条件下进行预热。
(ii)使用了中红外线炉的预热方法
在本实施例中,使用了株式会社Global制的FHD-601作为中红外线炉。将板面风速设为0.5m/秒,处理(输送)速度为20m/分钟,通过调整红外线加热器的输出,将基材的表面温度设为100℃,将升温时间设为3秒钟。
6.对各种基材的火焰处理方法
使用一台或两台Flynn Burner公司(美国)制的产品名F-3000,对在上述的条件下进行预热后的各种基材进行火焰处理。燃烧器头的形态全部为带型。作为处理条件,针对10mm宽的燃烧器的火焰口,用气体混合器混合1.2L/分钟的LP气、30L/分钟的清洁干燥空气后,通过燃烧器使其燃烧而进行火焰处理。在燃烧器的火焰口与基材的距离为30mm、处理(输送)速度为20m/分钟的条件下进行预热。第一台燃烧器头与第二台燃烧器头的间隔设为30cm。
需要说明的是,火焰处理时的基材表面的温度是使用热电偶温度计(K型)测定出的即将火焰处理之前(0.2秒前)的基材的温度。
6.通过活性光线固化型油墨进行的喷墨印刷
进行火焰处理约2分钟后,使用活性光线固化性喷墨油墨进行喷墨印刷。
作为活性固化型油墨,使用了自由基聚合型紫外线固化性黑色油墨、以及阳离子聚合型紫外线固化性黑色油墨。各油墨的具体组成如下。
(i)自由基聚合型紫外线固化性黑色油墨
通过混合以下的成分来制备出自由基聚合型紫外线固化性黑色油墨。具体组成如下。
颜料分散液1)(颜料量:10质量%)10质量份
反应性低聚物2)25质量份
反应性低聚物3)57质量份
光聚合引发剂4)5质量份
光聚合引发剂5)3质量份
1)颜料:NIPex 35、碳德固赛日本(株)制,分散介质:SR9003、PO改性新戊二醇二丙烯酸酯沙多玛日本(株)制
2)CN985B88、二官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯88质量%与1,6-己二醇二丙烯酸酯12质量%的混合物沙多玛日本(株)制
3)1,6-己二醇二丙烯酸酯
4)Irgacure184、羟基酮类汽巴·日本(株)制
5)Irgacure819、酰基膦氧化物类汽巴·日本(株)制
(ii)阳离子聚合型紫外线固化性油墨
在9质量份高分子分散剂(味之素精细化学公司制PB821)和71质量份氧杂环丁烷化合物(东亚合成公司制OXT211)中,加入20质量份黑色:Pigment Black 7(颜料黑7),与200g直径1mm的氧化锆珠一起放入玻璃瓶并盖严,通过涂料振荡器(Paint shaker)分散处理4小时后,去除氧化锆珠,调整出黑色的颜料分散体。
在14质量份上述分散体中,混合以下的光聚合性化合物、碱性化合物、表面活性剂、相容剂、光产酸剂,制作出阳离子聚合型紫外线固化性喷墨油墨。
[表1]
自由基聚合型紫外线固化油墨的喷墨印刷条件
(a)喷嘴直径:35μm
(b)施加电压:11.5V
(c)脉冲宽度:10.0μs
(d)驱动频率:3483Hz
(e)分辨率:360dpi
(f)油墨液滴的体积:42pl
(g)头加热温度:45℃
(h)油墨涂布量:8.4g/m2
(i)头与记录面的距离:5.0mm
(j)墨滴的初始速度:5.9m/sec
阳离子聚合型紫外线固化油墨的喷墨印刷条件
(a)喷嘴直径:35μm
(b)施加电压:13.2V
(c)脉冲宽度:10.0μs
(d)驱动频率:3483Hz
(e)分辨率:360dpi
(f)油墨液滴的体积:42pl
(g)头加热温度:45℃
(h)油墨涂布量:8.4g/m2
(i)头与记录面的距离:5.0mm
(j)墨滴的初始速度:6.1m/sec
在本实施例中,使用紫外线作为活性光线。喷墨印刷后在以下的条件下进行油墨的紫外线固化。紫外线照射在墨滴着落5秒后进行。
(1)灯的种类:高压汞灯(Fusion UV Systems·日本株式会社制H bulb)
(2)灯的输出:200W/cm
(3)累积光量:600mJ/cm2(使用Orc制作所制的紫外线光量计UV-351-25进行测定)
7.紫外线固化性油墨对基材的粘附性的评价
用紫外线固化性油墨以分辨率为360dpi的方式按照100%(油墨涂布量:8.4g/m2)对各种基材的表面进行印刷。然后,对于印刷材料,实施依据JIS K5600-5-6G 330(对应于ISO 2409)的棋盘格试验。具体而言,以1mm间隔形成100个方格的方式,在印刷材料的表面加上棋盘格状的切割线,将胶带粘贴于该部分。胶带剥离后,观察了涂膜的残存率。将涂膜的剥离面积为0%的情况评价为“○”,将剥离面积大于0%且20%以内的情况评价为“△”,将剥离面积大于20%的情况评价为“×”。另外,将△以上的评价设为合格。
8.水润湿性的评价
使用协和界面科学株式会社制的便携式接触角仪PCA-1,在下述的条件下测定出火焰处理后的基材的水接触角。
水接触角的测定条件
·液滴体积:1.0μl
·从液滴着落后到测定的等待时间:3秒
·水接触角的分析方法:θ/2法
将水接触角小于10度评价为“◎”,将10~19度评价为“○”,将20~29度评价为“△”,将30度以上评价为“×”。另外,将△以上的评价设为合格。
[表2]
表2:使用气体燃烧器进行预热时的结果
[表3]
表3:使用中红外线炉进行预热时的结果
根据上述的表可知:在基材即将进行火焰处理之前的温度低于40℃的情况下,就导热系数高的基材而言,火焰处理后的印刷油墨的润湿性、粘附性变差。需要说明的是,就亚克力板而言,即使即将进行火焰处理之前的温度低于40℃,对印刷油墨的润湿性、粘附性也没有影响。
附图标记说明
1:基材;2:预热用气体燃烧器;3:第一火焰处理用气体燃烧器;4:第二火焰处理用气体燃烧器;5:喷墨印刷机;6:活性光线照射机;7:输送机;8:预热炉。
Claims (17)
1.一种对金属系基材表面进行涂装或印刷之前的处理方法,其包括:
在用涂料或油墨对选自镀敷钢板、不锈钢板、涂装钢板、铝板、铜板以及脱脂处理后的普通钢板中的、导热系数为10W/mK以上的金属系基材的表面进行涂装或印刷之前,在将该基材预热至40℃以上之后,连续地对该基材表面进行火焰处理。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其中,
所述基材选自镀敷钢板、不锈钢板、涂装钢板、铝板以及铜板。
3.根据权利要求1或2所述的处理方法,其中,
用一个或两个以上的气体燃烧器进行所述火焰处理。
4.根据权利要求3所述的处理方法,其中,
用两个气体燃烧器进行所述火焰处理。
5.根据权利要求3或4所述的处理方法,其中,
所述火焰处理的气体燃烧器为带型燃烧器。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的处理方法,其中,
用一个气体燃烧器进行所述预热。
7.根据权利要求6所述的处理方法,其中,
用于预热的气体燃烧器的输出低于火焰处理的气体燃烧器的输出。
8.根据权利要求7所述的处理方法,其中,
用于预热的气体燃烧器的输出为火焰处理的气体燃烧器的输出的25~95%。
9.根据权利要求1~5中任一项所述的处理方法,其中,
通过输送带式的近红外线炉或中红外线炉进行所述预热。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的处理方法,其中,
将所述基材预热至50℃以上。
11.根据权利要求1~9中任一项所述的处理方法,其中,
将所述基材预热至60℃以上。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的处理方法,其中,
以所述基材的温度不高于300℃的方式进行预热。
13.根据权利要求1~12中任一项所述的处理方法,其中,
所述基材为涂装钢板。
14.根据权利要求13所述的处理方法,其中,
对所述涂装钢板的表面进行的印刷为喷墨印刷。
15.根据权利要求14所述的处理方法,其中,
用活性光线固化型油墨进行所述喷墨印刷。
16.根据权利要求13~15中任一项所述的处理方法,其中,
所述涂装钢板为建筑板的材料。
17.根据权利要求1~16中任一项所述的处理方法,其中,
由火焰处理中使用的气体燃烧器的火焰引起的结露的产生得到抑制。
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