三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板工藝研究

潘亞?wèn)|，李春風(fēng)

(北華大學(xué) 林學(xué)院，吉林 132013)

三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板工藝研究

潘亞?wèn)|，李春風(fēng)*

(北華大學(xué) 林學(xué)院，吉林 132013)

以薄木飾面板為基材，涂飾三聚氰胺改性樹脂，經(jīng)熱壓后在薄木飾面板表層形成一定厚度的樹脂膠膜，并利用正交實(shí)驗(yàn)法研究裝飾工藝中熱壓溫度、熱壓時(shí)間、涂膠量和預(yù)固化時(shí)間4個(gè)因素，對(duì)三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板的表面粗糙度、附著力和耐磨性等性能的影響，確定出最佳的固化工藝參數(shù)，優(yōu)化裝飾工藝，改善傳統(tǒng)裝飾板耐磨性差、易翹曲和工藝復(fù)雜的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膠膜附著力等級(jí)均達(dá)到2級(jí)及以上，耐磨性均達(dá)到了優(yōu)等和一等。對(duì)三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板的性能影響大小為：熱壓溫度>熱壓時(shí)間>涂膠量>預(yù)固化時(shí)間。最佳的固化工藝為：涂膠量 450 g/m2，預(yù)固化時(shí)間15 min，熱壓溫度160 ℃，熱壓時(shí)間為120 s。

涂飾；三聚氰胺改性樹脂；工藝研究；薄木飾面板

0 引言

人造板廣泛應(yīng)用于櫥柜、家具、地板、鑲板、建筑等工業(yè)產(chǎn)品中，多利用油漆、層壓塑料或者樹脂浸漬紙做為表面裝飾材料[1]，浸漬薄木飾面人造板由于采用珍貴樹種木材的薄木飾面，其保持了珍貴木材特有的紋理和色調(diào)，具有實(shí)木感強(qiáng)、美觀和手感好等優(yōu)點(diǎn)[2]，但利用薄木裝飾人造板往往會(huì)出現(xiàn)板面透膠變色、表面裂紋、翹曲、膠層龜裂等問(wèn)題[3]。三聚氰胺樹脂具有耐水性、耐磨性、耐候性和透明性好等優(yōu)點(diǎn)，常用于人造板的表面裝飾材料[4，5]。但純?nèi)矍璋窐渲袒竽z層脆性高，表面易開裂，需要進(jìn)行增韌改性。無(wú)機(jī)納米材料添加到三聚氰胺樹脂中，不僅能增加樹脂的柔韌性，同時(shí)熱壓到人造板表面，還能夠減少人造板中游離甲醛和VOCs的排放，提高表面耐磨性[6-8]。

本實(shí)驗(yàn)利用聚乙二醇處理納米二氧化硅，在三聚氰胺樹脂縮聚反應(yīng)前期加入，得到性能優(yōu)良的高韌性三聚氰胺樹脂。利用合成好的三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板，以改進(jìn)傳統(tǒng)薄木飾面裝飾板易翹曲、開裂和耐磨性不高等問(wèn)題。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

三聚氰胺，純度>99.8%，河南金大地化工有限責(zé)任公司；甲醛，含量<37%；尿素，含氮量>42.6%，黑化股份有限公司；聚乙烯醇，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司；聚乙二醇-200，天津市永大化學(xué)試劑有限公司；納米二氧化硅(SS-200)，赤峰盛森硅業(yè)科技發(fā)展有限公司；薄木飾面板自制；熱風(fēng)循環(huán)烘箱(CT-C0)，常州中貝干燥設(shè)備有限公司；漆膜磨耗儀(JM-I型)，上海涂料工業(yè)機(jī)械廠；平板硫化機(jī)(XLB-D)，湖州順力模膠機(jī)械有限公司；脫模劑；滲透劑；固化劑。

1.2 三聚氰胺改性樹脂的制備

先將納米二氧化硅配成5%的水溶液，然后再緩慢加到在高速攪拌下的聚乙二醇中混合10 min，聚乙二醇用量為樹脂總量6%。在裝有攪拌器、溫度計(jì)的三口燒瓶?jī)?nèi)，加入一定量的甲醛，用30%的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH在9～10，依次加入聚乙烯醇0.3%、三聚氰胺、尿素，升溫到40 ℃加入聚乙二醇二氧化硅混合液，升溫到78 ℃保持pH值在8.5以上，保溫一段時(shí)間后，采用渾濁實(shí)驗(yàn)法[9]確定反應(yīng)終點(diǎn)，若達(dá)到要求，快速降溫，即得到淺黃色的三聚氰胺樹脂液。甲醛與三聚氰胺的摩爾比為3.5，三聚氰胺與尿素的質(zhì)量比為1.5。

1.3 三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板工藝

以納米二氧化硅作為改性劑增韌三聚氰胺樹脂，同時(shí)樹脂耐磨性也有所提高[10]，加入滲透劑0.3%、脫模劑0.3%和固化劑0.6%攪拌均勻，將調(diào)制好的三聚氰胺改性樹脂按一定的涂膠量刷涂到薄木飾面板表面，將涂飾好的薄木飾面板陳放在熱風(fēng)循環(huán)烘箱中，在80 ℃條件下預(yù)固化一段時(shí)間后熱壓，熱壓壓力為1 MPa。

實(shí)驗(yàn)選取影響三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板性能的涂膠量、預(yù)固化時(shí)間、熱壓溫度和熱壓時(shí)間4個(gè)指標(biāo)作為試驗(yàn)因素，每個(gè)試驗(yàn)因素選取3個(gè)水平，各因素水平見表1。采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每一試驗(yàn)條件重復(fù)3次，確定出三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板的最佳工藝條件。

1.4 性能檢測(cè)

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)要求，在不同試驗(yàn)條件下制作出的薄木飾面板，對(duì)其進(jìn)行表面粗糙度、附著力和耐磨性檢測(cè)。表面粗糙度采用表面粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量飾面板表面的微觀不平度十點(diǎn)高度Rz值；附著力按國(guó)標(biāo)GB 4893.4-85家具表面漆膜附著力交叉切割測(cè)定法進(jìn)行，評(píng)級(jí)方法根據(jù)文獻(xiàn)[11]所述判定；耐磨性按國(guó)標(biāo)GB 4893.8-84家具表面漆膜耐磨性測(cè)定法檢測(cè)。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Tab.1 Table of various factor levels of orthogonal experiment

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 附著力分析

表2 膠膜附著力等級(jí)表Tab.2 The classing table of film adhesion

表2是在正交試驗(yàn)中附著力的測(cè)定結(jié)果。從表2可知，三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板的附著力均達(dá)到2級(jí)及以上，使用三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板對(duì)飾面板的附著力沒有不利影響。預(yù)固化時(shí)間、熱壓溫度和熱壓時(shí)間對(duì)飾面板的附著力都有影響，而涂膠量對(duì)附著力沒有影響。試件1的實(shí)驗(yàn)水平都是最低的，三聚氰胺樹脂未完全浸透，熱壓時(shí)間也太短，可能是樹脂固化不完全引起的；試件9是由于涂膠量太大，而熱壓時(shí)間短，樹脂固化不完全引起的。在只考慮附著力指標(biāo)的前提下，三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板的最佳固化工藝為：涂膠量250 g/m2，預(yù)固化時(shí)間15 min，熱壓溫度150 ℃，熱壓時(shí)間120 s。

2.2 粗糙度分析

由表3粗糙度直觀分析表中極值R的大小可以看出，各因素對(duì)三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板粗糙度影響程度的大?。簾釅簻囟?涂膠量>預(yù)固化時(shí)間>熱壓時(shí)間。根據(jù)表4的粗糙度方差分析得出各因素對(duì)三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板的粗糙度都沒有顯著性影響。

表3 粗糙度直觀分析表Tab.3 The analysis of extreme differences of the roughness

表4 粗糙度方差分析表Tab.4 The analysis of standard square differences of the roughness

從表3可以看出各因素對(duì)三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板粗糙度的影響情況，由均值K大小的變化可以明顯的看出涂膠量和預(yù)固化時(shí)間值逐漸增大，粗糙度Rz值均呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明涂膠量越大、預(yù)固化時(shí)間越長(zhǎng)，飾面板的粗糙度Rz值就越小，板面越平整。而熱壓溫度從140 ℃升高到160 ℃時(shí)，粗糙度Rz值先增加后減??；熱壓時(shí)間從120 s升高到160 s時(shí)，粗糙度Rz值先減小后又增大。在只考慮粗糙度指標(biāo)的前提下，裝飾的最佳工藝為：涂膠量450 g/m2，預(yù)固化時(shí)間25 min，熱壓溫度160 ℃，熱壓時(shí)間140 s。

2.3 耐磨性分析

耐磨性是指漆膜表面抵抗磨損的程度，以漆膜磨耗的質(zhì)量(精確到0.001g)大小來(lái)表示其耐磨性的優(yōu)劣[12]。根據(jù)GB/T18103-2000的規(guī)定，磨耗100轉(zhuǎn)后，漆膜耐磨磨耗值小于0.15 g/100r且漆膜未磨透為合格，耐磨磨耗值小于0.08 g/100r且漆膜未磨透為優(yōu)等和一等。

表5 耐磨性試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 The result of abrasion resistance

表5是三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板在磨耗100轉(zhuǎn)后的失重結(jié)果，磨耗值最低為0.058 g/100r，磨耗值最大為0.066 g/100r，均達(dá)到了優(yōu)等和一等。熱壓溫度和熱壓時(shí)間對(duì)耐磨性的影響較大，與附著力測(cè)定結(jié)果相一致，這是因?yàn)闊釅簳r(shí)的熱壓溫度和時(shí)間對(duì)三聚氰胺樹脂膠膜的固化程度和表層硬度、密度等的影響較大[13]，其次是涂膠量，預(yù)固化時(shí)間對(duì)三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板耐磨性影響最小。

各影響因素的直觀分析圖如圖1所示。由圖1可以看出，隨著涂膠量的增加，膠膜磨耗值呈直線下降，耐磨性增加，這是由于涂膠量增加膠膜涂層厚度增大，耐磨性在一定程度上有所提高[14-15]；預(yù)固化時(shí)間從15 min變化到20 min，膠膜磨耗值不變，在到25 min時(shí)磨耗值增大，耐磨性降低，這是預(yù)固化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致樹脂液流失板面缺膠引起的；熱壓溫度從140 ℃到150 ℃，膠膜磨耗值增加，熱壓溫度在變化到160 ℃，膠膜磨耗值快速下降，耐磨性增大，這是因?yàn)樵?60 ℃下樹脂固化較充分，膠層硬度增加；熱壓時(shí)間從120 s變化到160 s，膠膜磨耗值呈直線增大，耐磨性下降，這是由于熱壓時(shí)間延長(zhǎng)，樹脂固化過(guò)度，膠層產(chǎn)生裂紋或表層脆性增加引起的。在只考慮耐磨性指標(biāo)時(shí)，最佳的固化工藝為：涂膠量450 g/m2，預(yù)固化時(shí)間15 min，熱壓溫度160 ℃，熱壓時(shí)間120 s。

3 結(jié)論

(1)經(jīng)過(guò)改性后的三聚氰胺樹脂韌性顯著提高，涂飾到薄木飾面板上的樹脂膠膜附著力均達(dá)到2級(jí)及以上，磨耗值在0.058～0.066g/100r，耐磨性均達(dá)到了優(yōu)等和一等，使用三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板可以有效提高飾面板的性能。

(2)通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)分析，熱壓溫度、熱壓時(shí)間、涂膠量對(duì)飾面板附著力有較大影響，而預(yù)固化時(shí)間無(wú)影響；熱壓溫度和熱壓時(shí)間對(duì)粗糙度的影響較大，涂膠量次之預(yù)固化時(shí)間最??；熱壓溫度對(duì)耐磨性的影響最大，涂膠量排第二，預(yù)固化時(shí)間排第三，熱壓時(shí)間的影響最少。綜合分析得，影響三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板性能大小的因素為：熱壓溫度>熱壓時(shí)間>涂膠量>預(yù)固化時(shí)間。

圖1 耐磨性直觀分析圖Fig.1 Analyzable figure of the abrasion resistance 【參 考 文 獻(xiàn)】

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Technical Study on Veneer Decorative Panels Paintedusing Melamine Modified Resin

Pan Yadong，Li Chunfeng

(Forestry College of Beihua University，Jilin 132013)

Veneer decorative board was used as the basic material and painted using the melamine modified resin.A certain thickness of resin film was formed on the surface of veneer decorative board after hot pressing.Effects of hot pressing temperature，hot pressing time，glue spreading content and pre-curing time on the surface roughness，adhesion and resistance of surface coatings were investigated by using orthogonal test method.The best curing process parameters were determined and the surface quality of the veneer decorative board was improved.The results showed that the film adhesion level was above level two and abrasion resistance were up to the superior and class one.The results of range analysis demonstrated that the order of various factors from the most to the least was hot pressing temperature，hot pressing time，glue spread content and pre-curing time.The optimal process parameters were glue spread content of 450 g·m-2，pre-curing time of 15min，hot pressing temperature of 160℃ and the hot pressing time of 120 s，respectively.

painting；melamine modified resin；technical study；veneer decorative board

2016-11-25

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31400503)

潘亞?wèn)|，碩士研究生。研究方向：林業(yè)工程。

*通信作者：李春風(fēng)，博士，副教授。研究方向：膠粘劑及木材改性。E-mail：lichunfeng17@163.com

潘亞?wèn)|，李春風(fēng).三聚氰胺改性樹脂涂飾薄木飾面板工藝研究[J].森林工程，2017，33(3)：44-47.

S 781

A

1001-005X(2017)03-0044-04