MDF木制家具用粉末涂料開發及應用

導讀:
近年來,由于粉末涂料具有接近零VOC排放的優點,是涂裝、涂料行業快速發展的領域,在當前國家綠色環保、可持續發展的背景下更驅動了它的快速發展。

1引言  

中密度纖維板(MDF)是以木制纖維或其他植物纖維素為原料,施加脲醛樹脂或其他膠粘劑經高溫熱壓后制成的密度在0.5-0.8g/cm³范圍內的人造板材。MDF板材內部結構均勻,密度適中,尺寸穩定性好,形變量小,內部粘結強度大,握釘力好,具有優異的力學性能,使其更適于制作各種復雜的木制家具產品,是室內木制家具應用最廣泛的材料

目前MDF板材的裝飾工藝主要有低/高壓三聚氰胺貼面、塑料膜貼面、單板貼面、油漆紙貼面、油漆噴涂,因貼面樹脂存在游離甲醛,MDF孔隙率較大,用油漆涂裝后,木纖維毛細孔影響,家具成型后在使用的過程中也會有甲醛的釋放,給居住和工作環境帶來較大的危害,國際癌癥機構將甲醛定義為一級致癌物。鑒于相關法律、法規對VOC排放日趨嚴格,人們環保意識提高及對健康居住環境的渴望,對MDF家具環保施工的渴望越來越強烈。

近年來,由于粉末涂料具有接近零VOC排放的優點,是涂裝、涂料行業快速發展的領域,在當前國家綠色環保、可持續發展的背景下更驅動了它的快速發展,但普通熱固性粉末涂料的建議施工溫度多在160-200℃,若將此類粉末涂料直接應用熱敏基材如MDF、塑料、電氣元件上,高溫烘烤會對基材造成難以修復的損傷。如當溫度超過140℃,MDF內部材料就會受損開裂,這也勢必限制了粉末涂料的應用推廣。近年來,隨著低溫固化(120-140℃)粉末涂料的研制成功,IR固化方式的革新,MDF用粉末涂料正處于產品生命周期的快速發展階段。

2.MDF板材的選擇  

粉末涂料應用在傳統金屬基材的施工工藝已經非常成熟,具有優異的工藝控制水平,與金屬基材相比,MDF有很大的差異。我們在對MDF粉末靜電噴涂之前應全面了解其特性,如導熱性、導電性、含水量,另外還要關注板材的密度、厚度、粘合強度、纖維種類、批次穩定性。

2.1 MDF板材的導熱性

表1是MDF和其他材料的導熱系數對比,MDF與金屬基材最大的差異在于熱導率,只有0.07 W/m·K,與石棉相當,我們知道石棉是優異的隔熱材料,是熱的不良導體。若用傳統的熱風循環方式對MDF加熱,要達到粉末要求的固化溫度,需要花費相當長的時間,極低的傳熱系數導致在加熱過程中,板材內部存在較大的溫度梯度,中心溫度和表面溫度差異很大,受熱不均,極易造成MDF變形、膨脹、開裂。

不同材料的熱導率對比

MDF木制家具用粉末涂料開發及應用

2.2 MDF板材的含水量和導電性

電阻<105Ω為導體,>1010Ω為絕緣體,MDF的導電性和含水量相關聯,在室溫下,濕MDF板表面電阻<(102-105)Ω為導體,導電性好;干MDF板材表面電阻>1012Ω為絕緣體,不導電,所以MDF處于絕緣體和導體之間。要實現MDF板靜電噴涂,對板材做帶電性處理是關鍵。經試驗得出,若板材含水率過高>10%,水分揮發量過大易造成涂層固化時出現針孔、起泡和開裂等現象;含水率過低<4%,木材表面電阻過大,上粉差,而且板材易變性。MDF板材含水率應控制在6%-9%,表面電阻為(105-108)Ω。

3.固化方式及IR匹配  

傳統的熱風循環加熱方式是通過熱空氣對流緩慢均勻的加熱爐體內部,并逐漸傳遞能量給工件,使工件均勻、緩慢的提高溫度來完成粉末固化過程,而紅外輻射技術是穿透粉末的表層同步加熱粉末內層,均勻快速的內外層同步加熱粉末,可有效縮短固化時間。MDF的低熱導率特性決定了傳統的熱風加熱方式并不適用于粉末涂料的固化。

根據紅外波長功能分析,長波紅外對粉末涂層表面加熱;短波紅外可穿透粉末涂層到達MDF基材,不僅會導致MDF內部水分受熱從涂層表面逸出,影響涂層外觀,而且還會導致板材開裂;中波紅外可提供粉末固化所需要的能量,且不會損傷底材,與粉末匹配。

根據粉末涂料的紅外吸收光譜圖4看,在波數為4000-400cm-1區間處有有機基團都有較明顯的紅外吸收峰。當該波數內的紅外輻射光能量與吸收波長相等時,各基團將吸收紅外輻射能,發生共振,共振使分子內能迅速聚集,特別是粉末涂料中的環氧基和聚酯中的羧基,對紅外吸收較強,所以環氧基斷裂開環后與聚酯產生交聯。

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