mdf粉末涂料的研究与应用

mdf粉末涂料的研究与应用

0固化粉末涂料中密度纤维板（mdf）是由木材纤维或其他植物纤维加工而成的。通过添加中脂或其他可成胶制备密度为0.5.88g/cm3的板材。中密度纤维板的结构比天然木材均匀,也避免了腐朽、虫蛀等问题,同时它胀缩性小,便于加工,且表面平整,易于装饰,使成品家具更加美观。耐弯曲、耐冲击性能均优于刨花板。多用于中高档家具制造、室内装修、音响壳体、乐器、车船内装修、建筑等行业。目前MDF的涂装普遍采取的是喷漆或压膜的工艺,这两种工艺会产生大量溶剂的挥发,而且工艺复杂,对工件的形状限制较多。随着低温固化和UV固化粉末涂料技术的发展,粉末涂料在热敏性材质(如木材,塑料)上的使用越来越广泛,目前国外已少量使用粉末涂料涂装MDF。粉末涂料涂装MDF有7大优点:①与其他装饰膜和涂膜相比,粉末涂膜不易被破坏,涂装后的工件一般不需要补涂,包装时不必非常细心,工件返工率低,节省包装成本;②粉末涂料具有优异的附着力、硬度、耐冲击性、耐磨性和耐化学品性;③粉末涂料为MDF形状的设计提供了更大的灵活性,粉末涂料非常适合于曲面等不规则形状的涂敷,涂装的产品可实现边缘无缝;④粉末涂料在喷涂和烘烤时都无溶剂产生,降低对环境的污染程度;⑤过喷的粉末可以回收利用,工艺操作简单,利用率高;⑥可以得到不同颜色、光泽、纹路的装饰效果;⑦涂装效率高,节约能源。一般用低温固化粉末涂料或UV固化粉末涂料涂装MDF。低温固化粉末涂料的配方及其固化原理均与传统粉末涂料相似,同样是包括树脂、固化剂、颜填料、助剂等,只是固化的温度较低,一般在110～150℃,固化时间为5～20min。采用热对流、红外进行加热,固化过程中粉末颗粒熔融同时进行交联固化。对于涂装MDF而言,低温固化粉末涂料需要较长预热时间,且加热过程可能对木板表面有所损伤。低温固化粉末涂料的成本较低,而且涂层外观的光泽、颜色、纹路的限制较少,但是由于体系黏度变化快,很难得到平整光滑的涂层外观。紫外固化粉末涂料的配方中多了光引发剂,它所占的比例很少,作用是吸收UV光并引发聚合反应,完成粉末涂料的固化。紫外固化的过程仅需要几十秒,因此它对底材的影响是非常微小的,所以紫外固化粉末涂料在热敏性材质涂装领域使用广泛。固化过程分为两步,首先粉末颗粒熔融流平,可使用热对流或红外进行加热,然后紫外光照射固化。紫外光固化的优点主要在于温度低,固化过程短,对木板表面的影响很小,但是粉末成本很高,而且涂层颜色、光泽等限制较大。1实验部分1.1静电喷涂设备MDF专用粉末涂料:自制,150℃下5min以内可以固化。静电喷涂设备:型号为OptiFlexB,瑞士金马(itwGema);炉温跟踪仪:型号为SMT-7,北京赛维美高科技有限公司。1.2试验线试验线测定粉末涂料喷涂固化线:自行设计和建立了一条粉末涂料涂装MDF的试验线。目前以喷涂低温固化粉末涂料为主,由中波红外炉、中波红外热风加热混合炉、高红外炉、喷粉室、喷液室、增湿室等几部分组成,可以完成最大800mm×600mm工件的涂装。1.3样品检测方法MDF购回放置3天后,裁剪成大小形状相同的样板进行试验,采用称量法测定,取前后两次质量差值,如式(1)所示。含水率=(m时间-m初始)/m初始×100%式(1)2结果与讨论2.1静电喷涂的研究木板本身是绝缘的,含有一定量的水分使得其电阻值大大降低,可以进行粉末涂料的静电喷涂,但是由于MDF含水率较低,一般不超过10%,且受环境的影响较大,进行粉末涂料静电喷涂时,很难做到均匀与膜厚兼顾,对此,进行了较初步的探索。2.1.1样品含水率的变化对流传热的方式是目前粉末涂料固化最常用的方式,这种方式炉道设计以及温度控制比较容易,但是热效率比较低,所使用的对流传热炉道的温度曲线如图1所示。对流加热时MDF含水率变化如图2所示。从图1能明显看出,采用对流传热的方式,MDF板材表面温升缓慢,相同面积MDF板材的质量远大于一般的铁铝工件,且升温过程为整体升温,所需热量较多,所以曲线斜率较小。由图2可知,水分损失速度开始较快,逐渐变缓,烘烤3h后,MDF样板达到恒质量,视此时的含水率为0,未烘烤时含水率为最高含水率,经多块样板验证,均在7%～8%之间。但最高含水率是与环境情况密切相关的,空气湿度约60%,气温25～31℃间,如何控制MDF板材的最高含水率还需要有恒温恒湿的条件进行试验。2.1.2中波辐照可实现固化粉末涂料按照示范线已有固化流程的温度设定,进行试验,得到如图3的曲线。中波红外辐照下MDF含水率损失如图4所示。根据已有的实验结果,中波红外辐照8min后MDF板材已不可能正常上粉,故不再延长时间做含水率试验。从温升曲线来看,中波辐照可以在5min左右升到140～150℃,可以满足已有的低温固化粉末涂料的固化要求,能应用于多种美术型粉末涂料的固化。对图2曲线中60min内部分和图4曲线进行线性回归,发现图2的斜率(k2=0.7)大于图4(k4=0.4),而且图2曲线是在设定103℃条件下获得,说明对于MDF板粉末涂装采用对流传热的方式时MDF板材内部水分损失的速度快于中波辐照的水分损失,可以做出以下结论:在MDF板材的预热阶段,要达到相同的板面温度,又需保持含水率,中波红外辐照优于对流传热。2.1.3高红外辐照下的mdf工件含水率损失n按示范线已确定的高红外炉设置,得到温度曲线(图5)可看出高红外的温升略快于中波红外,含水率损失如图6,因高红外加热能力较强,故取的时间间隔较短,按线性回归,k5=0.29,可看出高红外辐照下MDF板材的含水率损失少于中波红外和烘箱烘烤,但其表面的温升快于上述两种方式,高红外更适合MDF粉末涂装时前部工序,如预喷、薄喷阶段。2.2表面含水率的变化对不同传热方式MDF板材上粉的情况进行了对比,喷粉条件:相同大小的板材,同一种粉末涂料,相同电压、气压,喷涂同样的时间。得到图7、图8所示的两条曲线。从图7和图8可以看出,烘烤辐照后的MDF板材上粉不是随着时间延长水分越来越少上粉量逐渐减少。而是一个先增长后降低的过程。由于所测试的含水率是按整体质量损失计算,只能反应整个MDF板材整体的含水变化情况,而不能确切地反应板材表面含水率变化,而表面含水率的变化直接影响表面电阻,从而影响其上粉量。研究分析,可能是受热后内部的水分向外部运动,导致一定时间内,MDF板材表面含水率呈增长趋势,达到某一值后,内部水分的运动不足够补充表面损失,则表面含水率开始下降。但从试验结果来看,预热后的上粉情况虽然较直接喷涂佳,但仍不是很理想,存在局部上粉不均匀的情况,主要表现在板面的边缘上粉较多,中心位置上粉少,挂具接触的地方有明显的屏蔽现象产生。于是又尝试了3种增加上粉量并使其均匀的方法:(1)加热法:将MDF预热到粉末熔点以上,然后喷涂。此法操作时极易在MDF边缘处产生裂纹,且其深度或宽度一般>1mm,粉末涂料很难掩盖,造成不良品。而且该方法受粉末本身软化点的影响较大,不同配方的软化点不一样,工艺参数难以固定;(2)导电液法:在喷粉前先在MDF表面喷涂一层导电液。经多个导电液配方试验,比较好的是乙醇与纯净水的混合物,上粉的情况可以明显改善,但是需要一个较长的预热挥发过程,比较适合砂纹粉的涂装,当导电液雾化不良时极易在固化时产生气泡;(3)导电底漆法:可以刷涂一层导电底漆,然后喷涂。该方法效果最明显,但是此方法增加了工序,降低了MDF粉末涂料涂装的效率。2.3喷粉室和喷涂综上所述,高红外升温迅速而中波红外温度曲线较平缓,根据以上实验结果设计出以下MDF粉末涂装流程:(1)稳定MDF的含水率,与环境温湿度达到平衡;(2)边缘进行木工处理,尽可能减少锐利边角;(3)利用中波红外加热炉对MDF进行预热;(4)喷粉室采用静电喷涂,可根据情况选择单道喷涂或双道喷涂;(5)进入高红外加热炉预固化,再进入恒温中波红外炉保温一段时间,最终完成固化。2.4检测结果分析传统粉末涂料性能的检测都是基于铁板或铝板等金属材质,粉末涂料应用于MDF基材时相关性能的检测还无对应的国家标准,根据实际情况采用可行的国家标准对固化后的涂层进行了性能检测,得到表1所示的结果。从表1可以看出此种粉末涂料应用于MDF的涂装时其性能可以满足一般家具使用的要求,由于各种性能检测方法主要针对某一特定位置平面的涂层,表现出来的是该涂层本身的性能,不能全面地体现工件整体涂装的情况。所以需要根据实际应用情况,设计一套可以检验工件整体涂装效果的检测办法。擎天已经开始在这一方面进行研究,主要针对的是完全涂装的工件,在特定环境下(温度、湿度其他家具使用过程中可能存在的因素)静置一段时间后,测量工件吸水率,各方向膨胀比率,涂层表面变化等指标,如何确定评判指标将是该工作中的难点。4低温固化粉末涂料MDF的粉末涂料涂装由于其综合涂装成本比喷漆和压膜低,而且还具有无挥发性有机物排放、效率高、涂膜机械性能好等优点,将成为今后MDF涂装的主流。我国的MDF年生产能力已居世界首