mdf粉末涂料的研究與應(yīng)用

mdf粉末涂料的研究與應(yīng)用

0固化粉末涂料中密度纖維板（mdf）是由木材纖維或其他植物纖維加工而成的。通過添加中脂或其他可成膠制備密度為0.5.88g/cm3的板材。中密度纖維板的結(jié)構(gòu)比天然木材均勻,也避免了腐朽、蟲蛀等問題,同時(shí)它脹縮性小,便于加工,且表面平整,易于裝飾,使成品家具更加美觀。耐彎曲、耐沖擊性能均優(yōu)于刨花板。多用于中高檔家具制造、室內(nèi)裝修、音響殼體、樂器、車船內(nèi)裝修、建筑等行業(yè)。目前MDF的涂裝普遍采取的是噴漆或壓膜的工藝,這兩種工藝會(huì)產(chǎn)生大量溶劑的揮發(fā),而且工藝復(fù)雜,對(duì)工件的形狀限制較多。隨著低溫固化和UV固化粉末涂料技術(shù)的發(fā)展,粉末涂料在熱敏性材質(zhì)(如木材,塑料)上的使用越來越廣泛,目前國外已少量使用粉末涂料涂裝MDF。粉末涂料涂裝MDF有7大優(yōu)點(diǎn):①與其他裝飾膜和涂膜相比,粉末涂膜不易被破壞,涂裝后的工件一般不需要補(bǔ)涂,包裝時(shí)不必非常細(xì)心,工件返工率低,節(jié)省包裝成本;②粉末涂料具有優(yōu)異的附著力、硬度、耐沖擊性、耐磨性和耐化學(xué)品性;③粉末涂料為MDF形狀的設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性,粉末涂料非常適合于曲面等不規(guī)則形狀的涂敷,涂裝的產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)邊緣無縫;④粉末涂料在噴涂和烘烤時(shí)都無溶劑產(chǎn)生,降低對(duì)環(huán)境的污染程度;⑤過噴的粉末可以回收利用,工藝操作簡單,利用率高;⑥可以得到不同顏色、光澤、紋路的裝飾效果;⑦涂裝效率高,節(jié)約能源。一般用低溫固化粉末涂料或UV固化粉末涂料涂裝MDF。低溫固化粉末涂料的配方及其固化原理均與傳統(tǒng)粉末涂料相似,同樣是包括樹脂、固化劑、顏填料、助劑等,只是固化的溫度較低,一般在110～150℃,固化時(shí)間為5～20min。采用熱對(duì)流、紅外進(jìn)行加熱,固化過程中粉末顆粒熔融同時(shí)進(jìn)行交聯(lián)固化。對(duì)于涂裝MDF而言,低溫固化粉末涂料需要較長預(yù)熱時(shí)間,且加熱過程可能對(duì)木板表面有所損傷。低溫固化粉末涂料的成本較低,而且涂層外觀的光澤、顏色、紋路的限制較少,但是由于體系黏度變化快,很難得到平整光滑的涂層外觀。紫外固化粉末涂料的配方中多了光引發(fā)劑,它所占的比例很少,作用是吸收UV光并引發(fā)聚合反應(yīng),完成粉末涂料的固化。紫外固化的過程僅需要幾十秒,因此它對(duì)底材的影響是非常微小的,所以紫外固化粉末涂料在熱敏性材質(zhì)涂裝領(lǐng)域使用廣泛。固化過程分為兩步,首先粉末顆粒熔融流平,可使用熱對(duì)流或紅外進(jìn)行加熱,然后紫外光照射固化。紫外光固化的優(yōu)點(diǎn)主要在于溫度低,固化過程短,對(duì)木板表面的影響很小,但是粉末成本很高,而且涂層顏色、光澤等限制較大。1實(shí)驗(yàn)部分1.1靜電噴涂設(shè)備MDF專用粉末涂料:自制,150℃下5min以內(nèi)可以固化。靜電噴涂設(shè)備:型號(hào)為OptiFlexB,瑞士金馬(itwGema);爐溫跟蹤儀:型號(hào)為SMT-7,北京賽維美高科技有限公司。1.2試驗(yàn)線試驗(yàn)線測定粉末涂料噴涂固化線:自行設(shè)計(jì)和建立了一條粉末涂料涂裝MDF的試驗(yàn)線。目前以噴涂低溫固化粉末涂料為主,由中波紅外爐、中波紅外熱風(fēng)加熱混合爐、高紅外爐、噴粉室、噴液室、增濕室等幾部分組成,可以完成最大800mm×600mm工件的涂裝。1.3樣品檢測方法MDF購回放置3天后,裁剪成大小形狀相同的樣板進(jìn)行試驗(yàn),采用稱量法測定,取前后兩次質(zhì)量差值,如式(1)所示。含水率=(m時(shí)間-m初始)/m初始×100%式(1)2結(jié)果與討論2.1靜電噴涂的研究木板本身是絕緣的,含有一定量的水分使得其電阻值大大降低,可以進(jìn)行粉末涂料的靜電噴涂,但是由于MDF含水率較低,一般不超過10%,且受環(huán)境的影響較大,進(jìn)行粉末涂料靜電噴涂時(shí),很難做到均勻與膜厚兼顧,對(duì)此,進(jìn)行了較初步的探索。2.1.1樣品含水率的變化對(duì)流傳熱的方式是目前粉末涂料固化最常用的方式,這種方式爐道設(shè)計(jì)以及溫度控制比較容易,但是熱效率比較低,所使用的對(duì)流傳熱爐道的溫度曲線如圖1所示。對(duì)流加熱時(shí)MDF含水率變化如圖2所示。從圖1能明顯看出,采用對(duì)流傳熱的方式,MDF板材表面溫升緩慢,相同面積MDF板材的質(zhì)量遠(yuǎn)大于一般的鐵鋁工件,且升溫過程為整體升溫,所需熱量較多,所以曲線斜率較小。由圖2可知,水分損失速度開始較快,逐漸變緩,烘烤3h后,MDF樣板達(dá)到恒質(zhì)量,視此時(shí)的含水率為0,未烘烤時(shí)含水率為最高含水率,經(jīng)多塊樣板驗(yàn)證,均在7%～8%之間。但最高含水率是與環(huán)境情況密切相關(guān)的,空氣濕度約60%,氣溫25～31℃間,如何控制MDF板材的最高含水率還需要有恒溫恒濕的條件進(jìn)行試驗(yàn)。2.1.2中波輻照可實(shí)現(xiàn)固化粉末涂料按照示范線已有固化流程的溫度設(shè)定,進(jìn)行試驗(yàn),得到如圖3的曲線。中波紅外輻照下MDF含水率損失如圖4所示。根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,中波紅外輻照8min后MDF板材已不可能正常上粉,故不再延長時(shí)間做含水率試驗(yàn)。從溫升曲線來看,中波輻照可以在5min左右升到140～150℃,可以滿足已有的低溫固化粉末涂料的固化要求,能應(yīng)用于多種美術(shù)型粉末涂料的固化。對(duì)圖2曲線中60min內(nèi)部分和圖4曲線進(jìn)行線性回歸,發(fā)現(xiàn)圖2的斜率(k2=0.7)大于圖4(k4=0.4),而且圖2曲線是在設(shè)定103℃條件下獲得,說明對(duì)于MDF板粉末涂裝采用對(duì)流傳熱的方式時(shí)MDF板材內(nèi)部水分損失的速度快于中波輻照的水分損失,可以做出以下結(jié)論:在MDF板材的預(yù)熱階段,要達(dá)到相同的板面溫度,又需保持含水率,中波紅外輻照優(yōu)于對(duì)流傳熱。2.1.3高紅外輻照下的mdf工件含水率損失n按示范線已確定的高紅外爐設(shè)置,得到溫度曲線(圖5)可看出高紅外的溫升略快于中波紅外,含水率損失如圖6,因高紅外加熱能力較強(qiáng),故取的時(shí)間間隔較短,按線性回歸,k5=0.29,可看出高紅外輻照下MDF板材的含水率損失少于中波紅外和烘箱烘烤,但其表面的溫升快于上述兩種方式,高紅外更適合MDF粉末涂裝時(shí)前部工序,如預(yù)噴、薄噴階段。2.2表面含水率的變化對(duì)不同傳熱方式MDF板材上粉的情況進(jìn)行了對(duì)比,噴粉條件:相同大小的板材,同一種粉末涂料,相同電壓、氣壓,噴涂同樣的時(shí)間。得到圖7、圖8所示的兩條曲線。從圖7和圖8可以看出,烘烤輻照后的MDF板材上粉不是隨著時(shí)間延長水分越來越少上粉量逐漸減少。而是一個(gè)先增長后降低的過程。由于所測試的含水率是按整體質(zhì)量損失計(jì)算,只能反應(yīng)整個(gè)MDF板材整體的含水變化情況,而不能確切地反應(yīng)板材表面含水率變化,而表面含水率的變化直接影響表面電阻,從而影響其上粉量。研究分析,可能是受熱后內(nèi)部的水分向外部運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致一定時(shí)間內(nèi),MDF板材表面含水率呈增長趨勢,達(dá)到某一值后,內(nèi)部水分的運(yùn)動(dòng)不足夠補(bǔ)充表面損失,則表面含水率開始下降。但從試驗(yàn)結(jié)果來看,預(yù)熱后的上粉情況雖然較直接噴涂佳,但仍不是很理想,存在局部上粉不均勻的情況,主要表現(xiàn)在板面的邊緣上粉較多,中心位置上粉少,掛具接觸的地方有明顯的屏蔽現(xiàn)象產(chǎn)生。于是又嘗試了3種增加上粉量并使其均勻的方法:(1)加熱法:將MDF預(yù)熱到粉末熔點(diǎn)以上,然后噴涂。此法操作時(shí)極易在MDF邊緣處產(chǎn)生裂紋,且其深度或?qū)挾纫话?gt;1mm,粉末涂料很難掩蓋,造成不良品。而且該方法受粉末本身軟化點(diǎn)的影響較大,不同配方的軟化點(diǎn)不一樣,工藝參數(shù)難以固定;(2)導(dǎo)電液法:在噴粉前先在MDF表面噴涂一層導(dǎo)電液。經(jīng)多個(gè)導(dǎo)電液配方試驗(yàn),比較好的是乙醇與純凈水的混合物,上粉的情況可以明顯改善,但是需要一個(gè)較長的預(yù)熱揮發(fā)過程,比較適合砂紋粉的涂裝,當(dāng)導(dǎo)電液霧化不良時(shí)極易在固化時(shí)產(chǎn)生氣泡;(3)導(dǎo)電底漆法:可以刷涂一層導(dǎo)電底漆,然后噴涂。該方法效果最明顯,但是此方法增加了工序,降低了MDF粉末涂料涂裝的效率。2.3噴粉室和噴涂綜上所述,高紅外升溫迅速而中波紅外溫度曲線較平緩,根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)出以下MDF粉末涂裝流程:(1)穩(wěn)定MDF的含水率,與環(huán)境溫濕度達(dá)到平衡;(2)邊緣進(jìn)行木工處理,盡可能減少銳利邊角;(3)利用中波紅外加熱爐對(duì)MDF進(jìn)行預(yù)熱;(4)噴粉室采用靜電噴涂,可根據(jù)情況選擇單道噴涂或雙道噴涂;(5)進(jìn)入高紅外加熱爐預(yù)固化,再進(jìn)入恒溫中波紅外爐保溫一段時(shí)間,最終完成固化。2.4檢測結(jié)果分析傳統(tǒng)粉末涂料性能的檢測都是基于鐵板或鋁板等金屬材質(zhì),粉末涂料應(yīng)用于MDF基材時(shí)相關(guān)性能的檢測還無對(duì)應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)實(shí)際情況采用可行的國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)固化后的涂層進(jìn)行了性能檢測,得到表1所示的結(jié)果。從表1可以看出此種粉末涂料應(yīng)用于MDF的涂裝時(shí)其性能可以滿足一般家具使用的要求,由于各種性能檢測方法主要針對(duì)某一特定位置平面的涂層,表現(xiàn)出來的是該涂層本身的性能,不能全面地體現(xiàn)工件整體涂裝的情況。所以需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況,設(shè)計(jì)一套可以檢驗(yàn)工件整體涂裝效果的檢測辦法。擎天已經(jīng)開始在這一方面進(jìn)行研究,主要針對(duì)的是完全涂裝的工件,在特定環(huán)境下(溫度、濕度其他家具使用過程中可能存在的因素)靜置一段時(shí)間后,測量工件吸水率,各方向膨脹比率,涂層表面變化等指標(biāo),如何確定評(píng)判指標(biāo)將是該工作中的難點(diǎn)。4低溫固化粉末涂料MDF的粉末涂料涂裝由于其綜合涂裝成本比噴漆和壓膜低,而且還具有無揮發(fā)性有機(jī)物排放、效率高、涂膜機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn),將成為今后MDF涂裝的主流。我國的MDF年生產(chǎn)能力已居世界首