CN115318597A - 一种木质基材表面涂装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涂装加工技术领域，具体涉及一种木质基材表面涂装方法。本发明的木质基材表面涂装方法，包括如下步骤：对基材进行封闭处理，在封闭处理后的基材表面静电喷涂粉末涂料，使所述粉末涂料熔融固化形成涂层；所述封闭处理使用的是光固化涂料和水性涂料。本发明的加工温度低(≤130℃)，可以实现普通家具基材的粉末涂装，基材无开裂、变形翘曲现象，不仅能够应用于常规造型的基材还能应用于异形基材，不再受限于基材形状。本发明制备的板材成品效果接近溶剂型涂料施工成品的效果，涂层硬度达到2H，耐黄变、耐干热、耐湿热、冷热循环等性能优良。
Description
技术领域
本发明属于涂装加工技术领域，具体涉及一种木质基材表面涂装方法。
背景技术
目前应用在木质基材的变色涂料多为油漆涂料，具有较高VOCs释放量，造成环境污染，而粉末涂料是以固体树脂、颜料、填料及助剂等组成的固体粉末状合成树脂涂料，与普通溶剂型涂料及水性涂料不同，它的分散介质不是溶剂和水，而是空气。它具有无溶剂污染，100％成膜，能耗低的特点。粉末涂料具有无毒、喷涂效率高、节省资源和环保的特点，被广泛应用于各行业中，而静电喷涂是将粉末涂料涂抹在物件表面的主要方式。
静电喷涂是指利用电晕放电原理使雾化涂料在高压直流电场作用下荷负电，并吸附于荷正电基底表面放电的涂装方法。静电喷涂设备由喷枪、喷杯以及静电喷涂高压电源等组成。静电喷涂使粉末涂料吸附在基材表面，后经过熔融固化得到交联固化漆膜。但是，粉末涂料熔融固化温度较高，一般在200℃左右，实木板、人造板等基材在如此高温下容易变形开裂，导致基材各项性能明显下降；而且目前能够应用静电喷涂工艺的基材均为平板，在异形板材基材(如圆弧造型板材)的应用较少，静电喷涂得到的异形板材基材表面才出现上粉率低，漆膜厚度小，不均匀、出现透底等问题。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种木质基材表面涂装方法，工艺温度低(≤120℃)，制备的产品无变形、无开裂。
本发明还提出上述方法在制备木质器具中的应用。
根据本发明的第一个方面，提出了一种木质基材表面涂装方法，包括如下步骤：对基材进行封闭处理，在封闭处理后的基材表面静电喷涂粉末涂料，使所述粉末涂料熔融固化形成涂层；所述封闭处理使用的是光固化涂料和水性涂料。
根据本发明的第一方面，至少具有如下的有益效果：
本发明使用光固化(UV)涂料可以对基材表面进行填充和封闭，达到光滑效果；利用水性涂料平衡基材表面含水量，保证后期静电喷涂步骤中基材各部分能够均匀上粉，本发明同时使用UV涂料和水性涂料进行封闭处理后基材能够实现封闭效果的同时，保证较高的含水量，增加导电性，有利于后续的静电喷涂。
优选地，所述封闭处理包括使用UV涂料对基材表面进行填充和封闭，再对经过UV涂料处理的基材喷涂水性涂料。
优选地，所述UV涂料的涂布量为10～20g/m2，更优选15～20g/m2。
优选地，所述水性涂料的涂布量为30～100g/m2，进一步优选50～80g/m2。
优选地，所述木质基材表面涂装方法，包括如下步骤：
S1，基材封闭处理：使用UV涂料对基材表面进行填充和封闭，对经过UV涂料处理的基材喷涂水性涂料；
S2，基材预热：将步骤S1处理后的基材进行预热；
S3，静电喷涂：在封闭处理后的基材表面静电喷涂粉末涂料；
S4，熔融固化：使喷涂在基材表面的粉末涂料熔融流平，交联固化形成涂层。
优选地，所述基材封闭处理前还包括打磨处理，具体为将基材打磨，去除毛刺，使基材光滑。
优选地，所述打磨处理采用的砂纸的目数为200～500目，更优选240～400目，如240目、320目、400目。
优选地，所述打磨处理采用不同目数的砂纸配合使用，具体为依次使用200～240目、300～320目、400～450目的砂纸进行打磨。
优选地，所述步骤S1中使用UV涂料对基材表面进行填充和封闭处理是在室内温度20～40℃，相对湿度50～80％下进行；更优选室内温度20℃左右，湿度为60％左右下进行。
优选地，所述步骤S1中的UV涂料，包括如下重量份的组分：
优选地，所述UV涂料可选用市售的行业内常用的UV涂料，更优选型号为ZU46102的UV涂料。
优选地，所述UV涂料交联固化使用的光源的波长范围为320～420nm；固化能量为UVA：450～600mJ/cm2，UVV：1500～1800mJ/cm2。
优选地，所述步骤S1的水性涂料，包括如下重量份的组分：
优选地，水性涂料固化温度为20～40℃，相对湿度为40％～70％；固化时间为1～5小时。
优选地，所述水性涂料可选用市售的行业内常用的水性涂料，更优选型号为ZU22006的水性涂料。
优选地，所述基材为木质基材，包括常规造型基材、异形基材中至少一种。所述常规造型基材为外表面均为平面的基材，如平板；所述异形基材为除常规造型基材外，含有不规则外表面形状的基材。所述异形基材包括圆弧造型的板材。采用本发明表面涂装方法制备的异形基材的表面粉末涂料上分均匀，交联固化后具有良好的硬度、耐黄变形、附着力等。
优选地，所述基材选用板材时，所述封闭处理前还包括对板材边缘的封边处理，平板直边可采用UV涂料辊涂或PUR(聚氨酯)胶水纸封边带进行封边，保证边部平整度和抗拉强度；平板异形边带有造型(如平板边为圆弧的)时首先使用UV涂料打底填充，再使用水性涂料进行封闭。
优选地，所述步骤S2中的预热处理的基材表面温度为40～100℃，更优选40～80℃；预热处理的时间为50～100s，更优选60～80s；预热处理的能量密度为10～30kW/m2，更优选15～20kW/m2。对基材进行预热处理，使基材内部水分蒸发到表层，增加导电性，有利于后续静电喷涂的进行。
优选地，所述步骤S3静电喷涂过程中，控制基材表面温度为30～100℃，更优选40～80℃。
优选地，所述步骤S3中静电喷涂的粉末涂料的涂布量为150～250g/m2，更优选180～210g/m2(双面)。
优选地，固化后粉末涂料的厚度为50～120μm，更优选60～110μm。
优选地，所述粉末涂料为随视角变色粉末涂料，包括如下重量份的组分：
所述颜填料包括珠光填料，所述珠光填料的重量份为5～25份。
优选地，所述随视角变色粉末涂料，包括如下重量份的组分：
所述颜填料包括珠光填料，所述珠光填料的重量份为6～20份。
优选地，所述珠光颜料包括螺旋状半透明云母片，所述云母片涂覆有金属氧化物，如二氧化钛。
优选地，所述珠光颜料的粒径为5～60μm，更优选10～50μm。珠光颜料可用于粉末低温固化体系，同时具有良好的分散性，能够实现与液态涂料接近的变色效果和表面流平效果。
优选地，所述聚酯树脂包括酚醛改性环氧树脂。
优选地，所述环氧树脂为高官能度环氧树脂，所述环氧树脂的环氧值为0.10～0.2eq/100g，更优选0.1～0.15eq/100g，进一步优选0.11～0.13eq/100g。
优选地，所述环氧树脂包括E-12环氧树脂。
优选地，所述颜填料还包括钛白粉、沉淀硫酸钡等。
优选地，所述助剂包括安息香、润湿剂、流平剂、增电剂中的至少一种。
优选地，所述润湿剂包括陶氏500W。
优选地，所述流平剂包括922流平剂。
优选地，所述增电剂包括SA2485增电剂。
优选地，所述随视角变色粉末涂料包括型号为315S9A003的粉末涂料和珠光颜料，所述型号为315S9A003的粉末涂料与珠光颜料的质量比为5～8：1，更优选6～7：1。
优选地，所述步骤S3的熔融固化包括快速熔融段和流平固化段，所述快速熔融段采用电加热方式，能量密度在25～40kW/m2，使基材在30～50s内快速升温至80～130℃。
优选地，所述流平固化段采用燃气燃烧的加热方式，能量密度为15～20kW/m2，基材表面温度保持在80～100℃，持续1～3min。所述燃气包括天然气、人工燃气、液化石油气、沼气、煤制气中的至少一种。本发明前段采用电加热方式能够实现快速升温，后段使用燃气燃烧的加热方式能够维持基材表面温度保持在80～100℃，降低能耗和成本。本发明采用电气混合加热方式，能够有效降低能耗和成本，仅为全段采用电红外加热方式的能耗的一半左右。
优选地，所述步骤S4熔融固化还包括熔融固化炉内部热风循环控制。增加内部热风循环控制步骤能够使基材的表面温度更均匀，更有利于粉末涂料的交联固化。
本发明的第二方面，提出了所述木质圆弧造型基材表面涂装方法在制备木质器具中的应用。
与现有技术相比，本发明至少具有如下的有益效果：
1、本发明的工艺加工温度低(≤130℃)，可以实现普通家具基材的粉末涂装，基材无开裂、变形翘曲，不仅能够应用于常规造型的基材还能应用于异形基材，如圆弧造型板材，不再受限于基材形状。
2、本发明采用UV涂料和水性涂料复合工艺进行封闭处理，能够实现基材、特别是异形基材的良好上粉，克服了异形基材上粉不均匀，涂膜性能差的问题，适合大批量的工业生产；同时避免了单独使用水性涂料处理会出现的边部强度低，容易开裂，高湿环境下固化缓慢，严重影响加工周期；和单独使用UV涂料，含水量不足，导电性差，影响后续静电喷涂的上粉情况，从而影响成品表面效果等问题。
3、本发明熔融固化步骤采用电气混合加热方式结合对基材表面风速的控制，有效地减少基材表面温度的差异，有利于粉末涂料的熔融固化。
4、相较于溶剂型变色涂料，本发明的随视角变色粉末涂料不含溶剂，零VOCs排放，且可以通过大旋风回收装置重复回收利用，利用率达到90％以上。
5、利用本发明表面涂装方法得到的木质器具成品的效果能够达到与溶剂型涂料施工成品效果相同的水平，涂层硬度达到2H，耐黄变、耐干热、耐湿热、冷热循环等性能优良。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明测试外观性能的标准图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
需要说明的是，如无特殊说明，具体实施方式中使用的基材均为圆弧造型的木质板材。
实施例1
本实施例制备了一种表面喷涂随视角变色粉末涂料的圆弧造型的木质板材成品，具体过程为：
步骤1，板材素板打磨：依次使用240#、320#、400#砂纸将异形面打磨光滑、无毛刺；
步骤2，板材封闭：使用UV涂料对圆弧造型的木质板材表面进行填充和封闭，涂布量控制在15g/m2左右，经过能量为UVA：500mJ/cm2(精确到百位)，UVV：1700mJ/cm2(精确到百位)的照射固化后经过砂光达到平滑效果。对经过UV涂料处理的板材喷涂水性涂料，水性涂料涂布量80g/m2，固化温度为35℃，在相对湿度为60％，固化时间2小时，提高板材表面含水率；
步骤3，板材预热：预热段采用催化燃烧天然气的方式对板材预热烘烤65s，能量密度为18kW/m2，表面温度达到90℃左右，板材内部水分蒸发到表层，增加导电性；
步骤4，静电喷涂：静电喷涂粉末涂料，喷涂210g/m2；
步骤5，熔融固化：使粉末涂料熔融流平、交联固化。快速熔融段采用电加热方式，能量密度在35kW/m2，使板材在45s内可快速升温至130℃，粉末涂料开始熔融交联反应；流平固化段采用催化天然气加热的方式，能量密度在18kW/m2，板面温度保持在100℃，持续3min。
其中，步骤4中静电喷涂使用的粉末涂料为随视角变色粉末涂料，包括如下质量百分比的组分：
315S9A003粉末涂料 87％；
珠光颜料 13％。
其中珠光颜料为粒径在35μm，材质为表面涂有二氧化钛及其它金属氧化物的螺旋状半透明云母片。
步骤1中使用的UV涂料为ZU46102；水性涂料的为ZW22006。
实施例2
本实施例制备了一种表面喷涂随视角变色粉末涂料的圆弧造型的木质板材成品，具体过程为：
步骤1，板材素板打磨：依次使用240#、320#、400#砂纸将异形面打磨光滑、无毛刺；
步骤2，板材封闭：使用UV涂料对圆弧造型的木质板材表面进行填充和封闭，涂布量控制在15g/m2左右，经过能量为UVA：600mJ/cm2(精确到百位)，UVV：1700mJ/cm2(精确到百位)的照射固化后经过砂光达到平滑效果。对经过UV涂料处理的板材喷涂水性涂料，水性涂料涂布量80g/m2，固化温度为35℃，在相对湿度为70％，固化时间2小时；
步骤3，板材预热：预热段采用催化燃烧天然气的方式对板材预热烘烤35s，能量密度为18kW/m2，表面温度达到50℃左右；
步骤4，静电喷涂：静电喷涂粉末涂料，喷涂180g/m2；
步骤5，熔融固化：使粉末涂料熔融流平、交联固化。快速熔融段采用电加热方式，能量密度在35kW/m2，使板材在50s内可快速升温至120℃，粉末涂料开始熔融交联反应；流平固化段采用催化天然气加热的方式，能量密度在18kW/m2，板面温度保持在100℃，持续3min。
其中，步骤4中静电喷涂使用的粉末涂料为随视角变色粉末涂料，包括如下质量百分比的组分：
315S9A003粉末涂料 87％；
珠光颜料 13％
其中珠光颜料为粒径在35μm，材质为表面涂有二氧化钛及其它金属氧化物的螺旋状半透明云母片。
步骤1中使用的UV涂料为ZU46102；水性涂料为ZW22006。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于步骤2中封闭处理仅使用UV涂料，步骤2中的封闭处理具体过程为：使用UV涂料对圆弧造型的木质板材表面进行填充和封闭，涂布量控制在15g/m2左右，经过能量为UVA：500mJ/cm2(精确到百位)，UVV：1600mJ/cm2(精确到百位)的照射固化后经过砂光达到平滑效果。重复以上步骤，再次涂覆UV涂料；其他步骤的操作与实施例1相似。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于步骤2中封闭处理仅使用水性涂料，步骤2中的封闭处理具体过程为：对打磨砂光后的板件进行喷涂处理，水性涂料涂布量80g/m2左右，固化温度为40℃，相对湿度为50％左右，待干固化时间为4小时。打磨板件，重复喷涂作业并待干4小时以上；其他步骤的操作与实施例1相似。
试验例
本试验例测试了实施例和对比例制备的圆弧造型的木质板材的相关性能：
(1)板材外观：
板材外观的测试方法为企业内部标准，图1为部分条目的检验方法和标准。本发明实施例1制备的圆弧造型的木质板材的上粉均匀，粉末涂料均匀包裹在板材表面，单次喷涂的膜厚为70μm，板材各部分膜厚均一，无透底现象；涂层表面光滑，无颗粒、凹点、划痕、压痕等缺陷，外观质量均能达图1中的标准。对比例1单独使用UV涂料进行封闭处理的制备的圆弧造型的木质板材表面上粉率偏低，相同条件下，涂层膜厚偏低，且厚度不均一，单次成膜约为40μm左右，部分位置达到60μm，还有部分位置存在轻微透底，产品外观不佳，表面效果(砂纹)也不一致。对比例2单独使用水性涂料进行封闭处理，制备的圆弧造型的木质板材表面上粉率比实施例1稍差，单次成膜厚度达60μm左右，而且边角位置出现较多气泡。受制于圆弧造型的木质板材热压的工艺，对比例2的板材边部在高温固化时会出现不同程度的开裂现象，出现开裂现象的板材数量占比约为40％，而实施例1和对比例1的开裂占比仅为1％。
(2)板材表面性能
表1板材表面性能的测试方法、标准和测试结果
本试验例测试了实施例1和对比例1～3制备的圆弧造型的木质板材表面性能，性能测试方法、标准，以及测试结果如表1。由表1可知，本发明实施例1制备的圆弧造型板材具有良好的耐湿热、耐干热、耐黄变、耐冷热温差等性能；单次成膜的漆膜厚度可到70μm，硬度可达2H，附着力1级。对比例1漆膜厚度不均匀，影响产品外观。对比例2单次成膜厚度也稍有下降，耐湿热性能变差。
(3)板材防水耐潮性能：
防水耐潮性能的测试方法为取实施例1、对比例1、对比例2圆弧造型板材成品各20件，测试初始边部厚度；然后将圆弧造型板材置于同一水槽内，随机选取圆弧板件的一个造型边使其处于水面以下约3cm(距离圆弧造型板材底部约3cm)，静置，每隔1小时观察、量取边部厚度数值。
表2板材防水耐潮性能列表
由表2可知，本发明实施例1制备的圆弧造型的木质板材浸泡12h内没有出现明显的厚度变化或开裂现象，厚度变化仅为0.11mm左右，具有良好的防水耐潮性能。对比例1使用UV涂料封闭处理，防水耐潮性能与本发明相当。对比例2(使用水性涂料进行封闭处理)制备的20件圆弧造型的木质板材中有14件(70％)在5h内出现明显的发涨、开裂现象，而且在实际生产中，仅使用水性涂料封闭处理的板材(对比例2)还需要延长待干时间长，导致生产周期长、生产效率低。
可见，本发明公开的表面涂装方法得到的圆弧造型的板材表面涂层硬度、耐黄变、耐干热、耐湿热以及冷热循环等各项性能优良，且防水耐潮性能突出，12小时浸泡没有出现明显的变化。
Claims (10)
1.木质基材表面涂装方法，其特征在于，包括如下步骤：对基材进行封闭处理，在封闭处理后的基材表面静电喷涂粉末涂料，使所述粉末涂料熔融固化形成涂层；所述封闭处理使用的是光固化涂料和水性涂料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述封闭处理包括使用光固化涂料对基材表面进行填充和封闭，再对经过光固化涂料处理的基材喷涂水性涂料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光固化涂料的涂布量为10～20g/m2。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水性涂料的涂布量为30～100g/m2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材为木质基材，包括常规造型基材、异形基材中至少一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，基材封闭处理：使用光固化涂料对基材表面进行填充和封闭，对经过光固化涂料处理的基材喷涂水性涂料；
S2，基材预热：将步骤S1处理后的基材进行预热；
S3，静电喷涂：在封闭处理后的基材表面静电喷涂粉末涂料；
S4，熔融固化：使喷涂在基材表面的粉末涂料熔融流平，交联固化形成涂层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的预热处理的板材表面温度为40～100℃。
8.根据权利要求1-7任一项所述方法，其特征在于，所述粉末涂料为随视角变色粉末涂料，包括如下重量份的组分：
所述颜填料包括珠光填料，所述珠光填料的重量份为5～25份。
9.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述步骤S3的熔融固化包括快速熔融段和流平固化段，所述快速熔融段采用电加热方式，所述流平固化段采用燃气燃烧的加热方式。
10.权利要求1～9任一项所述方法在制备木质器具中的应用。
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