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低溫固化粉末涂料研發

最新環保型人造板表面裝飾層技術

低溫固化粉末涂料研發

                                              程紅華

引言

當前,我國粉末涂料在家電和家具行業最大,競爭也最激烈,粉末涂料行業中已經進入微利時代,這就需要粉末涂料企業開發新領域、新產品,以便更好的發展粉末涂料。由于同質化發展的蔽端,必然導致企業之間在同一客戶中的競爭。對差異化發展,包括品種、營銷、服務、管理、合作研發等多方位的差異化發展,形成自己專有的優勢和特色尚未引起企業的高度重視。無序競爭最終不僅影響利潤空間,還會導致整個行業受損。并隨著整個涂料行業向“五E”方向邁進,即提高涂膜質量(Excellence)、方便施工(Easy of application)、節省資源(Economics)、節省能源(Energy saving)、生態平衡(Ecolohy.隨著粉末涂料有研究發展和深入,在粉末涂料低溫固化技術上的探索,已可在木制品、塑料等市場上增加發展機遇,本文重點論述低溫粉末在制造、儲存及噴涂工藝中板材的標準和工藝控制方面,引用部分數據說明低溫固化粉末涂料在今后的潛在市場。

一、人造板主要類型分類:

按人造板及其表面裝飾處理可分為

MDF中密度纖維板  由原級木纖維、粘合劑在加熱、加壓條件制成.   

PB刨花板         由木刨花、粘合劑在加熱、加壓條件制成.

OSB工程定向板    由條形木片在定向的條件下添加粘合劑在熱壓條件下制成

Plywood膠合板    由上下層(內有粘合劑)垂直排列的原木薄片在熱壓下制成

以上四種類型產品,依據統計在歐洲、亞太地區、美國占用比例都超過60%的是中密度纖維板,它是最有發展前途的材料:優良綜合性能+市場需求旺盛

與傳統人造板相比,新型人造板因其出色的性價比,近幾年來發展迅速,產能發展趨勢西歐維持不變,東歐和中國增加很快,今年中國已成為全球最大的中密度纖維板的供應地區

二、中密度纖維板是應用范圍最廣的人造板

原因              

 產品性能的調節范圍大

 中密度板使用性能與原木非常接近,同時耐熱和尺寸穩定性更好

 加工性能好

 三、應用領域寬

 按用途分:隔熱隔音、 家具、 地板、門、板材、包裝材料

按加工性能分:可深刨型、可上漆型、可三維成型

應用領域的加寬又促使了密度板新品種的誕生

A、  中密度纖維板根據密度不同的分類

密度 (kg/m³)                                  產品名稱 

     

            1000

            900            > 850 kg/m³                    HDF(高密度纖維板)                               

            800

            700

            600            >650 kg/m³                    MDF

            500            >500 kg/m³                    輕質中密度纖維板

            400            >450 kg/m³                    超輕質中密度纖維板

            300

            200            >50 kg/m³  - < 450 kg/m³              纖維板

            100

B、中密度纖維板國家標準

GB/T11718-1999《中密度纖維板》標準

物理力學性能項目

 

密度

450-880kg/m3

板內密度偏差

±7%

含水率

4-13%

吸水厚度膨脹率

12%

內結合強度

0.6Mpa

靜曲強度

22Mpa

彈性模量

2500Mpa

正面握釘力

1000N

側面握釘力

800N

甲醛釋放量

30.0mg/100g

C、典型中密度纖維板的應用領域和性能要求 (底板,上漆型,  地板 )                                                                                      

性能要求                                                                 

性能

密度,平均        o                        o                      o                         

密度,最低        o                        o            o

密度,最高        o                        o                      o          

密度偏差          o                                      o        o

木質要求          o                        o             o

內結合強度        o                        o                      o

表面堅固度        o                        o                      o

吸水厚度膨脹度                             oo                     o

含水率            o                                      o        o

尺寸穩定性                                 oo                     o

熱穩定性          o                        oo          

導電性            ooo

D、 粉末涂料用19 mm厚中密度纖維板

                   2001             2003               2005

 密度         800 kg/m³           800 kg/m³          700-770 kg/m³

導電性       <10á9 W            10á9 W             10á10 W

內結合強度   1.0 MPa              >1.2MPa           >1.2 MPa

膨脹率(24小時)     12%           6%                     12%                             

 熱穩定性         -                                      

內外密度均勻性    -                 -                 越高越好

含水率            -                                     

 

      結論: 隨著經驗的積累,人們對用于粉末涂料噴涂的中密度纖維板認識逐漸提高,同時也需要與中密度板生產商共同研發更適合的中密度纖維板

E、不同中密度纖維板的性能特點

 

MDF 1

MDF 2

MDF 3

MDF 4

HDF

應用范圍

戶外

家具

家具

家具

地板

粘合劑樹脂類型

聚氨酯

胺基脲醛

脲醛1

脲醛2

酚醛

密度 (kg.m-3)

800

770

700

790

900

含水量 (%), 相對濕度

40%

6.5

5.8

5.5

5.4

5.1

65%

9.4

8.4

8.1

7.8

7.8

85%

13

12.5

12.8

12.5

12.7

表面電阻(W),  相對濕度40%

2 1012

4 1013

3 1014

2 1014

2 1011

噴涂性,含水率40%,不預熱

表面

一般

一般

邊角

一般

一般

上粉量(g) , 含水率40%

130

110

88

72

135

 外觀

平面

側面

一般

國內家具涂層標準概述(SG279/83 and GB4893.1-85 家具標準)

性能

性能測試和結果評定方法

要求(低-高)

耐干熱性

熱油平底容器靜置15min,涂膜無變色,鼓泡,無連續圈痕或明顯的間斷圈痕,允許輕微失光

熱油溫度70°-90°C

耐濕熱性

熱油平底容器靜置15min,熱油平底容器靜置15分鐘,涂膜無變色,鼓泡,無連續圈痕或明顯的間斷圈痕,允許輕微失光;相對濕度:98-99%

熱油溫度50°-85°C

高光光澤

60°(%);  GB/T 1732-1993

80-90

附著力

1mm,劃格法(0%-漆膜完全脫落; 100%-漆膜完全委脫落)

>80% - >90%

冷熱循環老化試驗

試件放入恒溫恒濕箱(溫度高于60度,濕度高于98%-99%)1小時

, 再放到低溫冰箱,(溫度低于-40度)1h,作為一個周期; 無鼓泡,裂縫和明顯失光

3 - 6個周期

耐磨性

JM-1型磨耗儀,100g重量,局部明顯露白

400-4000

耐酸性

30% 醋酸溶液; 涂膜無變色,鼓炮,允許輕微失光;環境溫度20±2℃

-2小時

耐堿性

10% 碳酸鈉溶液;涂膜無變色,鼓炮,允許輕微失光; 環境溫度20±2℃

4-6小時

耐水性

涂膜無變色,鼓炮,允許輕微失光; 環境溫度20±2℃

80小時

其它耐化學品、生活品和食品污染點滴試驗

丙酮, 10%檸檬酸, 70%酒精, 咖啡, 茶水, 醬油, 甜煉乳, 豆油, 紅墨水, 碳素墨水, 洗滌劑, 花露水;環境溫度20±2℃,相對濕度為60-70%

測試評定方法:在接觸時間到達后,用清水或乙醇,丙酮溶劑擦洗表面,并用脫脂棉花擦干.在自然光線下,距試件表面約40mm處,從各個角度觀察試件表面情況

10分鐘- 80小時;或據商定

 

四、新型中密度纖維板低溫固化粉末涂料

A、優點

        環境友好型

無溶劑釋放, 可回收使用

        成本降低

單位成本、工時, 工場面積較液體涂料明顯降低

        涂層僅1-2

        預處理、打磨時間大大降低

        產品性能

物化性能優良

工件形狀可自由設計自由

        邊角覆蓋好

外觀美觀

        高流平涂料

        美術型粉末:砂紋、錘紋、金屬或珠光漆

        轉印: 木紋、大理石紋、全息圖片

B、  新型聚酯/環氧型低溫固化粉末涂料特點

-  固化溫度低:130°C/11分鐘(白色高光粉末)

-  光澤極高(94%/100%, 20°/60°)

        流平極好(PCI 7-8)

        機械性能優異(正反沖: 50/50kg.cm, 鋼板)

        附著力良好(1mm劃格,0)

        抗開裂性能好

        硬度接近2H

        耐化學品性極佳

丙酮擦拭100次以上、試板經丙酮擦拭后,隔天恢復原有光澤

參考配方(白色高光)  

原料

重量(g)

聚酯樹脂

350

環氧樹脂

350

流平劑

10

安息香

6

脫氣劑

10

鈦白粉

240

硫酸鋇

40

氣相二氧化硅

2

增電劑

4

 

C、  生產工藝控制過程和貯存所需注意事項

a)       擠出: 螺桿混煉段溫度不高于85(高光粉); 砂紋粉建議用易分散的砂紋劑, 避免基料過分反應, 影響漆膜質量

b)       粉末粒徑可適當調粗,以提高貯存穩定性

c)       貯存穩定性

建議貯存溫度控制在25°C以下

貯存期不超過6個月

D、粉末在噴涂板材注意事項:

1、貯存和生產環境

        恒溫恒濕:以保證批次間溫濕度的恒定性

打磨

        使板面平整、光滑;打磨程度會直接漆膜質量,防止出現磨痕弊病

         去除表面纖維,防止靜電噴涂時纖維立起而引起的顆粒

封邊

        如需噴涂邊角或三維工件必須進行仔細打磨和封邊,防止邊緣外觀不佳,開裂:邊角存在密度有較大的梯度,中間的密度最低

預熱

        去除工件內部水分,減少漆膜表面針孔

        提高漆膜表面的含水率和溫度,提高上粉率

2、噴涂施工工藝

          -    熔融流平段

粉末涂料在中波紅外下熔融,流平

-    固化(工件表面溫度: 130°C/10-15分鐘)、

          平面工件適用

          工件內部溫度低

          烘烤溫度應根據粉末色相不同做出調節

熱風循環

         三維工件適用

         工件內部溫度高

         對粉末涂料色相不同不敏感

E、低溫粉末應用:

        已有十幾條低溫固化粉末涂料涂裝線投入生產

        應用領域: 辦公家具、櫥柜、房門、桌椅、包裝、廚房家具等

        噴涂、固化設備

金馬、諾信

國內已有3-4條低溫固化粉末涂料固化線在試生產、安裝、調試和改進中

五、低溫粉末粉末涂料面臨的挑戰

        粉末的貯存穩定性

化學貯存穩定性

         因反應速度過快, 近一段時間貯存后粉末出現焦化時間變快, 漆膜外觀、物理化學性能變差

物理貯存穩定性

         體系玻璃化穩定低,結塊

        邊緣開裂(環境溫濕度變化)

中密度纖維板縱切面密度分布不均

中密度纖維板內結合強度低

粉末固化溫度過高

        板材變形(環境溫濕度變化)

中密度纖維板密度和組分分布不均

受熱不均勻

粉末固化溫度過高

        漆膜缺陷:針孔、水泡、凹陷、流平不佳

中密度板含水率過高、密度過低或不均

固化方式缺陷

粉末固化溫度過高

六、              結論語:

隨著粉末在人造板中廣泛使用,低溫粉末涂料今后研發方向

        提升粉末的貯存穩定性如貯存溫度時反應而不影響固化條件的助劑提高體系的玻璃溫度,但不影響體系反應速度和體系粘度

        提升產品品質減少漆膜缺陷如針孔、水泡、凹陷、流平差

 

 
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