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低温固化粉末涂料研发

最新环保型人造板表面装饰层技术

低温固化粉末涂料研发

                                              程红华

引言

当前,我国粉末涂料在家电和家具行业最大,竞争也最激烈,粉末涂料行业中已经进入微利时代,这就需要粉末涂料企业开发新领域、新产品,以便更好的发展粉末涂料。由于同质化发展的蔽端,必然导致企业之间在同一客户中的竞争。对差异化发展,包括品种、营销、服务、管理、合作研发等多方位的差异化发展,形成自己专有的优势和特色尚未引起企业的高度重视。无序竞争最终不仅影响利润空间,还会导致整个行业受损。并随着整个涂料行业向“五E”方向迈进,即提高涂膜质量(Excellence)、方便施工(Easy of application)、节省资源(Economics)、节省能源(Energy saving)、生态平衡(Ecolohy.随着粉末涂料有研究发展和深入,在粉末涂料低温固化技术上的探索,已可在木制品、塑料等市场上增加发展机遇,本文重点论述低温粉末在制造、储存及喷涂工艺中板材的标准和工艺控制方面,引用部分数据说明低温固化粉末涂料在今后的潜在市场。

一、人造板主要类型分类:

按人造板及其表面装饰处理可分为

MDF中密度纤维板  由原级木纤维、粘合剂在加热、加压条件制成.   

PB刨花板         由木刨花、粘合剂在加热、加压条件制成.

OSB工程定向板    由条形木片在定向的条件下添加粘合剂在热压条件下制成

Plywood胶合板    由上下层(内有粘合剂)垂直排列的原木薄片在热压下制成

以上四种类型产品,依据统计在欧洲、亚太地区、美国占用比例都超过60%的是中密度纤维板,它是最有发展前途的材料:优良综合性能+市场需求旺盛

与传统人造板相比,新型人造板因其出色的性价比,近几年来发展迅速,产能发展趋势西欧维持不变,东欧和中国增加很快,今年中国已成为全球最大的中密度纤维板的供应地区

二、中密度纤维板是应用范围最广的人造板

原因              

 产品性能的调节范围大

 中密度板使用性能与原木非常接近,同时耐热和尺寸稳定性更好

 加工性能好

 三、应用领域宽

 按用途分:隔热隔音、 家具、 地板、门、板材、包装材料

按加工性能分:可深刨型、可上漆型、可三维成型

应用领域的加宽又促使了密度板新品种的诞生

A、  中密度纤维板根据密度不同的分类

密度 (kg/m³)                                  产品名称 

     

            1000

            900            > 850 kg/m³                    HDF(高密度纤维板)                               

            800

            700

            600            >650 kg/m³                    MDF

            500            >500 kg/m³                    轻质中密度纤维板

            400            >450 kg/m³                    超轻质中密度纤维板

            300

            200            >50 kg/m³  - < 450 kg/m³              纤维板

            100

B、中密度纤维板国家标准

GB/T11718-1999《中密度纤维板》标准

物理力学性能项目

 

密度

450-880kg/m3

板内密度偏差

±7%

含水率

4-13%

吸水厚度膨胀率

12%

内结合强度

0.6Mpa

静曲强度

22Mpa

弹性模量

2500Mpa

正面握钉力

1000N

侧面握钉力

800N

甲醛释放量

30.0mg/100g

C、典型中密度纤维板的应用领域和性能要求 (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

木质要求          o                        o             o

内结合强度        o                        o                      o

表面坚固度        o                        o                      o

吸水厚度膨胀度                             oo                     o

含水率            o                                      o        o

尺寸稳定性                                 oo                     o

热稳定性          o                        oo          

导电性            ooo

D、 粉末涂料用19 mm厚中密度纤维板

                   2001             2003               2005

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

导电性       <10á9 W            10á9 W             10á10 W

内结合强度   1.0 MPa              >1.2MPa           >1.2 MPa

膨胀率(24小时)     12%           6%                     12%                             

 热稳定性         -                                      

内外密度均匀性    -                 -                 越高越好

含水率            -                                     

 

      结论: 随着经验的积累,人们对用于粉末涂料喷涂的中密度纤维板认识逐渐提高,同时也需要与中密度板生产商共同研发更适合的中密度纤维板

E、不同中密度纤维板的性能特点

 

MDF 1

MDF 2

MDF 3

MDF 4

HDF

应用范围

户外

家具

家具

家具

地板

粘合剂树脂类型

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 (%), 相对湿度

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

表面电阻(W),  相对湿度40%

2 1012

4 1013

3 1014

2 1014

2 1011

喷涂性,含水率40%,不预热

表面

一般

一般

边角

一般

一般

上粉量(g) , 含水率40%

130

110

88

72

135

 外观

平面

侧面

一般

国内家具涂层标准概述(SG279/83 and GB4893.1-85 家具标准)

性能

性能测试和结果评定方法

要求(低-高)

耐干热性

热油平底容器静置15min,涂膜无变色,鼓泡,无连续圈痕或明显的间断圈痕,允许轻微失光

热油温度70°-90°C

耐湿热性

热油平底容器静置15min,热油平底容器静置15分钟,涂膜无变色,鼓泡,无连续圈痕或明显的间断圈痕,允许轻微失光;相对湿度:98-99%

热油温度50°-85°C

高光光泽

60°(%);  GB/T 1732-1993

80-90

附着力

1mm,划格法(0%-漆膜完全脱落; 100%-漆膜完全委脱落)

>80% - >90%

冷热循环老化试验

试件放入恒温恒湿箱(温度高于60度,湿度高于98%-99%)1小时

, 再放到低温冰箱,(温度低于-40度)1h,作为一个周期; 无鼓泡,裂缝和明显失光

3 - 6个周期

耐磨性

JM-1型磨耗仪,100g重量,局部明显露白

400-4000

耐酸性

30% 醋酸溶液; 涂膜无变色,鼓炮,允许轻微失光;环境温度20±2℃

-2小时

耐碱性

10% 碳酸钠溶液;涂膜无变色,鼓炮,允许轻微失光; 环境温度20±2℃

4-6小时

耐水性

涂膜无变色,鼓炮,允许轻微失光; 环境温度20±2℃

80小时

其它耐化学品、生活品和食品污染点滴试验

丙酮, 10%柠檬酸, 70%酒精, 咖啡, 茶水, 酱油, 甜炼乳, 豆油, 红墨水, 碳素墨水, 洗涤剂, 花露水;环境温度20±2℃,相对湿度为60-70%

测试评定方法:在接触时间到达后,用清水或乙醇,丙酮溶剂擦洗表面,并用脱脂棉花擦干.在自然光线下,距试件表面约40mm处,从各个角度观察试件表面情况

10分钟- 80小时;或据商定

 

四、新型中密度纤维板低温固化粉末涂料

A、优点

        环境友好型

无溶剂释放, 可回收使用

        成本降低

单位成本、工时, 工场面积较液体涂料明显降低

        涂层仅1-2

        预处理、打磨时间大大降低

        产品性能

物化性能优良

工件形状可自由设计自由

        边角覆盖好

外观美观

        高流平涂料

        美术型粉末:砂纹、锤纹、金属或珠光漆

        转印: 木纹、大理石纹、全息图片

B、  新型聚酯/环氧型低温固化粉末涂料特点

-  固化温度低:130°C/11分钟(白色高光粉末)

-  光泽极高(94%/100% 20°/60°)

        流平极好(PCI 7-8)

        机械性能优异(正反冲: 50/50kg.cm, 钢板)

        附着力良好(1mm划格,0)

        抗开裂性能好

        硬度接近2H

        耐化学品性极佳

丙酮擦拭100次以上、试板经丙酮擦拭后,隔天恢复原有光泽

参考配方(白色高光)  

原料

重量(g)

聚酯树脂

350

环氧树脂

350

流平剂

10

安息香

6

脱气剂

10

钛白粉

240

硫酸钡

40

气相二氧化硅

2

增电剂

4

 

C、  生产工艺控制过程和贮存所需注意事项

a)       挤出: 螺杆混炼段温度不高于85(高光粉); 砂纹粉建议用易分散的砂纹剂, 避免基料过分反应, 影响漆膜质量

b)       粉末粒径可适当调粗,以提高贮存稳定性

c)       贮存稳定性

建议贮存温度控制在25°C以下

贮存期不超过6个月

D、粉末在喷涂板材注意事项:

1、贮存和生产环境

        恒温恒湿:以保证批次间温湿度的恒定性

打磨

        使板面平整、光滑;打磨程度会直接漆膜质量,防止出现磨痕弊病

         去除表面纤维,防止静电喷涂时纤维立起而引起的颗粒

封边

        如需喷涂边角或三维工件必须进行仔细打磨和封边,防止边缘外观不佳,开裂:边角存在密度有较大的梯度,中间的密度最低

预热

        去除工件内部水分,减少漆膜表面针孔

        提高漆膜表面的含水率和温度,提高上粉率

2、喷涂施工工艺

          -    熔融流平段

粉末涂料在中波红外下熔融,流平

-    固化(工件表面温度: 130°C/10-15分钟)

          平面工件适用

          工件内部温度低

          烘烤温度应根据粉末色相不同做出调节

热风循环

         三维工件适用

         工件内部温度高

         对粉末涂料色相不同不敏感

E、低温粉末应用:

        已有十几条低温固化粉末涂料涂装线投入生产

        应用领域: 办公家具、橱柜、房门、桌椅、包装、厨房家具等

        喷涂、固化设备

金马、诺信

国内已有3-4条低温固化粉末涂料固化线在试生产、安装、调试和改进中

五、低温粉末粉末涂料面临的挑战

        粉末的贮存稳定性

化学贮存稳定性

         因反应速度过快, 近一段时间贮存后粉末出现焦化时间变快, 漆膜外观、物理化学性能变差

物理贮存稳定性

         体系玻璃化稳定低,结块

        边缘开裂(环境温湿度变化)

中密度纤维板纵切面密度分布不均

中密度纤维板内结合强度低

粉末固化温度过高

        板材变形(环境温湿度变化)

中密度纤维板密度和组分分布不均

受热不均匀

粉末固化温度过高

        漆膜缺陷:针孔、水泡、凹陷、流平不佳

中密度板含水率过高、密度过低或不均

固化方式缺陷

粉末固化温度过高

六、              结论语:

随着粉末在人造板中广泛使用,低温粉末涂料今后研发方向

        提升粉末的贮存稳定性如贮存温度时反应而不影响固化条件的助剂提高体系的玻璃温度,但不影响体系反应速度和体系粘度

        提升产品品质减少漆膜缺陷如针孔、水泡、凹陷、流平差

 

 
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