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摘要：為了開發(fā)應(yīng)用于戶外的MDF粉末涂料，對比了六種支持低溫固化的聚酯并優(yōu)選出其中一種，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了促進(jìn)劑添加量對于低溫固化粉末涂料及涂膜性能的影響，并測試了涂膜的耐人工氣候老化性能，研究結(jié)果表明：隨著促進(jìn)劑用量的增加，粉末涂料起始固化溫度降低，反應(yīng)速度增加，擠出時物料粘度明顯加大并且物料溫度隨之升高，后綜合實驗結(jié)果選擇合適的促進(jìn)劑添加量為0.4%，最終制得具有一定耐人工老化性能的適用于MDF噴涂的戶外用粉末涂料。

0 引言

粉末涂料被廣泛應(yīng)用在多個領(lǐng)域，如汽車零部件、家電和電子產(chǎn)品、管道和管件、木制品及家具等等。其中，中密度纖維板(MDF)是目前木制家具市場應(yīng)用最為廣泛的材料。目前MDF的裝飾工藝主要有低/高壓三聚氰胺貼面、塑料膜貼面、單板貼面涂料噴涂。但貼面樹脂存在游離甲醛，且MDF板材本身孔隙率較大，用涂料涂覆后木纖維毛細(xì)孔會受影響，家具成型后在使用過程中也會有甲醛的釋放?；趪噎h(huán)保政策的相繼出臺，人們對于MDF家具環(huán)保施工的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，MDF粉末噴涂也迎來了新的機(jī)遇。MDF是由木纖維和樹脂粘合劑制成的板材，材料本身的熱導(dǎo)率僅有0.07W/(m·K)，相比于粉末涂料傳統(tǒng)應(yīng)用的金屬基材，熱導(dǎo)率非常低，傳熱性能很差，且MDF的制造過程中使用的樹脂粘合劑通常是熱敏性的，在高溫下會發(fā)生分解或軟化，木質(zhì)纖維中的纖維素和半纖維素分解產(chǎn)生的熱解產(chǎn)物會導(dǎo)致板材的理化性質(zhì)改變，加之板材內(nèi)部有較多的孔隙，當(dāng)高溫作用于MDF時，空隙中的空氣會膨脹產(chǎn)生壓力。導(dǎo)致板材內(nèi)部的應(yīng)力集中，破壞板材的結(jié)構(gòu)和性能，由于以上因素的限制，MDF噴涂用粉需要在130~140 ℃之間較低溫條件下完成固化。近年來，隨著節(jié)能減排趨勢的推進(jìn)，低溫固化粉末涂料有明顯發(fā)展，粉末固化溫度由原來的160℃降低到120~140 ℃，但多為工程機(jī)械等金屬基材，應(yīng)用到MDF板上的粉末涂料并不多，且目前研發(fā)的MDF粉末主要均為聚酯/環(huán)氧體系，涂層的光老化性能較差、故本研究以開發(fā)MDF用低溫固化純聚酯粉末涂料為目標(biāo)，首先對比了幾種支持低溫固化的聚酯樹脂并優(yōu)選出其中的一種，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了促進(jìn)劑添加量對于低溫固化粉末涂料及涂膜性能的影響，并測試了涂膜的耐人工氣候老化性能，以期將該粉末涂料應(yīng)用在MDF上并具有一定的耐光老化性能，使得噴涂后的MDF可以良好的應(yīng)用于戶外休閑家具等領(lǐng)域。

1 實驗配方設(shè)計

1.1 固化劑的選擇由于環(huán)氧樹脂不能夠長期地耐受紫外線照射，戶外用粉末涂料多采用聚酯與其他交聯(lián)固化劑反應(yīng)來增加涂膜對紫外線的耐受性，常用的固化劑主要有3種類型：異氰尿酸三縮水甘油酯(TGIC)、β-羥烷基酰胺(HAA)、異氰酸酯類。β-羥烷基酰胺(HAA)與聚酯樹脂的羧基發(fā)生的是縮合反應(yīng)，固化時有水分子產(chǎn)生易出現(xiàn)縮孔，且體系抗黃變性能較差，而且目前暫無有效的固化促進(jìn)劑，體系固化速率不易調(diào)整；異氰酸酯類固化劑由己內(nèi)酰胺封閉，解封溫度為160-170℃，當(dāng)施工溫度超過140℃極大可能導(dǎo)致中密度纖維板中的合成樹脂軟化甚至分解，板材板材發(fā)生變形和膨脹，失去原有的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度；因此本文選擇TGIC作為固化劑。

1.2 樹脂的選擇中密度纖維板不同于此前粉末噴涂較多的金屬基材，是一種木質(zhì)纖維復(fù)合材料，其主要成分是細(xì)木纖維和合成脂肪胺膠粘劑，板材在高溫下容易受損，因此噴涂于中密度纖維板上的粉末需要在(130-150)℃之間完成固化，我們選擇了6種支持低溫固化的聚酯按照表1的基礎(chǔ)配方對比了純聚酯1#到純聚酯6#制備的粉末涂料及其性能，結(jié)果如表2所示。

結(jié)合表2和圖1(DSC曲線)的數(shù)據(jù)可知，純聚酯3#和6#制備的粉末涂料固化反應(yīng)峰值溫度分別為162.8℃和163.8℃，固化需要的溫度偏高：純聚酯1#、3#、5#、6#制備的粉末涂料150℃下的膠化時間均大于400s，反應(yīng)速度偏慢；將6種純聚酯制得的粉末涂料噴涂于實驗板后，在(130-140)℃/(3-5)min 條件烘烤固化，取涂層進(jìn)行DSC測試，計算后得到涂層固化度，純聚酯2#和6#制備的粉末涂料固化都達(dá)到55%以上，綜上實驗結(jié)果及配方成本考慮，選擇純聚酯2#作為下一步實驗的聚酯。

2 實驗部分

2.1 實驗主要儀器擠出機(jī)：SLJ-32，山東海陽靜電設(shè)備有限公司：差示掃描量熱儀：DSC214，德國耐馳；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG-914385-Ⅲ，上海新苗實業(yè)有限公司

2.2 粉末涂料及涂層的制備按表3配方制備純聚酯粉末涂料，基本工藝流程為：配料、預(yù)混、擠出、壓片、粉碎、過篩。制得的粉末采用靜電噴涂方式進(jìn)行噴涂，在(3-5)min@(130-140)℃ 條件下固化得到粉末涂層，并檢測相關(guān)性能。

2.3 性能檢測

3 結(jié)果分析

3.1 促進(jìn)劑對于固化溫度的影響

在體系中添加促進(jìn)劑能夠有效的降低涂膜固化反應(yīng)的溫度，但具體添加量還需要通過具體的測試確定，基于表2篩選出的純聚酯2# ，延申三組配方探究促進(jìn)劑添加量對于戶外用MDF粉末性能的影響。表5為不同添加量促進(jìn)劑制得粉末噴涂后在130℃*(3-5)min固化后涂層的性能。由表5數(shù)據(jù)可得，隨著促進(jìn)劑量的增加，粉末固化反應(yīng)峰值溫度(T p)明顯降低，由139.8℃降為122℃，這一實驗結(jié)果表明添加固化促進(jìn)劑可有效地提高該體系的反應(yīng)速度且能夠有效地降低交聯(lián)反應(yīng)的起始溫度。此外，固化促進(jìn)劑的加入還會使得體系的反應(yīng)熱增加，促進(jìn)劑加越大，體系膠化時間越短。從涂層光澤來看，促進(jìn)劑用量增加時，涂層光澤受到明顯影響，這是因為粉末涂料在受熱固化成膜過程中有幾個階段。第一階段是粉末開始熔融，體系黏度降低；第二階段是當(dāng)外界溫度超過其反應(yīng)活化能時，聚酯與固化劑開始發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，熔融黏度持續(xù)增大；第三階段是當(dāng)固化反應(yīng)達(dá)到一定程度后，涂膜無法流動，進(jìn)入膠化狀態(tài)，直至固化反應(yīng)完全，形成致密的涂膜。隨著促進(jìn)劑用量的增加，粉末涂料起始固化溫度降低，反應(yīng)速度增加，由于聚酯材料本身的物理性質(zhì)，粉末開始熔融的溫度不變，這導(dǎo)致了粉末涂料從開始熔融到完全不能流動的時間減短，再加上砂紋劑對于涂層表面張力的作用，使得涂層表面更加粗糙，光澤變低。在擠出工藝上，實驗發(fā)現(xiàn)，同等擠出條件下，促進(jìn)劑加量越大，擠出時物料粘度明顯加大并且物料溫度隨之升高，而低溫粉體的反應(yīng)活性較常規(guī)粉末很高，體系粘度過高對于低溫體系粉體的生產(chǎn)是比較不利的因素，綜合以上考慮，最終選擇促進(jìn)劑加量在0.4%的配方更為適宜。

3.3 戶外用中密度纖維板粉末涂料的綜合性能分析綜合以上實驗，采用2#聚酯和TGIC固化，配方中加入0.4%的促進(jìn)劑，制備了戶外用MDF低溫固化粉末涂料，將該低溫固化粉末涂料噴涂在前處理后MDF板上進(jìn)行中波紅外固化，對噴涂后的樣板進(jìn)行光老化測試，測試結(jié)果如表6所示。測試結(jié)果表明，當(dāng)前實驗研發(fā)的戶外用MDF粉末涂料對于板材具有一定的防護(hù)性能，在原有戶內(nèi)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，豐富了耐人工氣候老化的性能，滿足實驗預(yù)期的結(jié)果，由于粉末噴涂后的中密度纖維板的耐候性能與板材前處理、噴涂工藝、固化程度以及具體使用環(huán)境等因素相關(guān)，距離粉末噴涂中纖板廣泛應(yīng)用于商業(yè)市場還有待推進(jìn)。

4 結(jié)語

在政策上，國家連續(xù)兩個五年計劃均對于化工行業(yè)提出了揮發(fā)性有機(jī)物的減排要求，對于木器適用的三種常規(guī)涂膜，粉末涂料具有絕對優(yōu)勢，可以做到基本無揮發(fā)物排放，基于國家環(huán)保政策驅(qū)動及行業(yè)多年培育和拓展，MDF粉末噴涂領(lǐng)域出現(xiàn)了井噴增長態(tài)勢，通過以上對于原有MDF粉配方體系的調(diào)整及促進(jìn)劑用量的調(diào)整，階段性的研發(fā)出了適用于戶外環(huán)境MDF材料噴涂的粉末涂料，增強(qiáng)了原有涂層的耐光老化性能，推進(jìn)了粉末涂料在MDF家具上的應(yīng)用，有效提高了產(chǎn)品市場競爭力。

來源：粉末涂料與涂裝 2024會刊

文 / 劉雅杰 / 劉際平 (萬安實業(yè)集團(tuán)有限公司)

參考文獻(xiàn)：[1]王慧麗，袁輝強(qiáng)，董億政，許偉坤，范萍等 中密度板(MDF)用聚酯_環(huán)氧粉末涂料的制備與應(yīng)用，涂料工業(yè)2021，51(3).[2] 吳正慧，巴旭民，王愛成 中密度纖維板(MDF)粉末涂料低溫固化技術(shù)研究 涂料工業(yè)2022