摘要：本文從表面電阻、含水率、傳熱效率等角度闡述了MDF與傳統(tǒng)金屬基材的差異，并對紅外IR和熱風(fēng)循環(huán)兩種預(yù)熱方式做了差異對比。試驗(yàn)表明，中波紅外波長可與粉末涂料的反應(yīng)基團(tuán)相匹配，華佳研制的低溫固化粉末可以在MDF板上實(shí)現(xiàn)IR 130℃/5min快速固化，涂層性能滿足國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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(jīng)高溫?zé)釅汉笾瞥傻拿芏仍?.5-0.8cm3范圍內(nèi)的人造板材。MDF板材內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，密度適中，尺寸穩(wěn)定性好，形變量小，內(nèi)部粘結(jié)強(qiáng)度大，握釘力好，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，使其更適于制作各種復(fù)雜的木制家具產(chǎn)品，是室內(nèi)木制家具應(yīng)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(xì)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(huán)境帶來較大的危害，國際癌癥機(jī)構(gòu)將甲醛定義為一級致癌物。鑒于相關(guān)法律、法規(guī)對VOC排放日趨嚴(yán)格，人們環(huán)保意識提高及對健康居住環(huán)境的渴望，對MDF家具環(huán)保施工的渴望越來越強(qiáng)烈。

近年來，由于粉末涂料具有接近零VOC排放的優(yōu)點(diǎn)，是涂裝、涂料行業(yè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，在當(dāng)前國家綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的背景下更驅(qū)動了它的快速發(fā)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(yīng)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(fù)的損傷。如當(dāng)溫度超過140℃，MDF內(nèi)部材料就會受損開裂，這也勢必限制了粉末涂料的應(yīng)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(chǎn)品生命周期的快速發(fā)展階段。

2 MDF板材的選擇

粉末涂料應(yīng)用在傳統(tǒng)金屬基材的施工工藝已經(jīng)非常成熟，具有優(yōu)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(yīng)全面了解其特性，如導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、含水量，另外還要關(guān)注板材的密度、厚度、粘合強(qiáng)度、纖維種類、批次穩(wěn)定性。具體見下圖1：

2.1 MDF板材的導(dǎo)熱性

表1是MDF和其他材料的導(dǎo)熱系數(shù)對比，MDF與金屬基材最大的差異在于熱導(dǎo)率，只有0.07W/m?K，與石棉相當(dāng)，我們知道石棉是優(yōu)異的隔熱材料，是熱的不良導(dǎo)體。若用傳統(tǒng)的熱風(fēng)循環(huán)方式對MDF加熱，要達(dá)到粉末要求的固化溫度，需要花費(fèi)相當(dāng)長的時間，極低的傳熱系數(shù)導(dǎo)致在加熱過程中，板材內(nèi)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。

2.2 MDF板材的含水量和導(dǎo)電性

電阻<105Ω為導(dǎo)體，>1010Ω為絕緣體，MDF的導(dǎo)電性和含水量相關(guān)聯(lián)，在室溫下，濕MDF板表面電阻<102~105Ω為導(dǎo)體，導(dǎo)電性好；干MDF板材表面電阻>1012Ω為絕緣體，不導(dǎo)電，所以MDF處于絕緣體和導(dǎo)體之間。要實(shí)現(xiàn)MDF板靜電噴涂，對板材做帶電性處理是關(guān)鍵。經(jīng)試驗(yàn)得出，若板材含水率過高>10％，水分揮發(fā)量過大易造成涂層固化時出現(xiàn)針孔、起泡和開裂等現(xiàn)象；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(yīng)控制在6％-9％，表面電阻為105~108Ω。

3 固化方式及IR匹配

傳統(tǒng)的熱風(fēng)循環(huán)加熱方式是通過熱空氣對流緩慢均勻的加熱爐體內(nèi)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(shù)是穿透粉末的表層同步加熱粉末內(nèi)層，均勻快速的內(nèi)外層同步加熱粉末，可有效縮短固化時間。MDF的低熱導(dǎo)率特性決定了傳統(tǒng)的熱風(fēng)加熱方式并不適用于粉末涂料的固化。

紅外（IR）是光譜波長大于可見光的一段，分為近紅外、中波紅外、遠(yuǎn)紅外3個波段，根據(jù)IEC60050（84）劃分如表2。

根據(jù)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(dá)MDF基材，不僅會導(dǎo)致MDF內(nèi)部水分受熱從涂層表面逸出，影響涂層外觀，而且還會導(dǎo)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(jù)粉末涂料的紅外吸收光譜圖4看，在波數(shù)為4000-400cm-1區(qū)間處有有機(jī)基團(tuán)都有較明顯的紅外吸收峰。當(dāng)該波數(shù)內(nèi)的紅外輻射光能量與吸收波長相等時，各基團(tuán)將吸收紅外輻射能，發(fā)生共振，共振使分子內(nèi)能迅速聚集，特別是粉末涂料中的環(huán)氧基和聚酯中的羧基，對紅外吸收較強(qiáng)，所以環(huán)氧基斷裂開環(huán)后與聚酯產(chǎn)生交聯(lián)。表3是常見基團(tuán)的吸收波長。

4 施工工藝

粉末涂料在MDF板材上的施工工藝大致如圖5，在帶電性處理之前應(yīng)對板材進(jìn)行處理，木材的前處理有別與對金屬基材進(jìn)行的如磷化、鈍化等化學(xué)處理，應(yīng)選擇合適目數(shù)的砂紙對MDF板材的表面、邊緣進(jìn)行打磨，再用氣槍吹凈，確保板材表面無沙粒、纖維殘留，并重點(diǎn)關(guān)注板材邊緣，將銳利邊角磨圓，增加粉末對邊緣部位的上粉。

據(jù)參考文獻(xiàn)，對MDF板進(jìn)行預(yù)熱處理內(nèi)部水分將蒸發(fā)到板材表面，使板材表面電阻降低，進(jìn)而增加板材的導(dǎo)電性，使粉末更易于噴涂，圖6、圖7是以表面電阻、表面溫度、含水率為指標(biāo)，對板材分別進(jìn)行IR預(yù)熱100℃/2min和熱風(fēng)循環(huán)預(yù)熱100℃/2min對比，其中0~2min為預(yù)熱階段，2~12min為冷卻階段。

從以上試驗(yàn)結(jié)果看出，IR預(yù)熱的熱傳遞更快，樣板表面在2min之內(nèi)就達(dá)到了100℃；兩種預(yù)熱方式條件下，MDF表面的含水率均無明顯的改變，表面電阻最低在1010Ω，噴粉測試，在掛鉤和邊角區(qū)域膜厚較薄，存在明顯的屏蔽不上粉現(xiàn)象，另外預(yù)熱電性處理還會對板材造成損傷，不建議使用。

5 MDF粉末涂層性能檢測

MDF經(jīng)水性導(dǎo)電液處理后，表面電阻達(dá)到106Ω，用華佳研發(fā)的低溫固化粉末涂料，經(jīng)中波IR130℃/5min固化，波長2.5~4μm,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對涂膜性能進(jìn)行檢測，性能指標(biāo)如表4，綜合性能和油漆基本一致。

6 結(jié)語

與液體涂料或三聚氰胺貼面紙相比，對MDF板進(jìn)行粉末涂料靜電噴涂，可以有效解決家具涂裝、成品使用過程中VOC及甲醛的釋放，是一種真正環(huán)保型的涂裝方式。IR中波紅外線波長與粉末涂料相匹配，可以在不損傷基材的同時達(dá)到粉末涂層的完全固化。合理的板材前處理對板材進(jìn)行含水率和電性控制是必要的。MDF粉末噴涂能否商業(yè)化生產(chǎn)，粉末涂料的性能只是其中很少的一部分，在MDF靜電粉末噴涂廣闊的市場前景上，華佳希望可以和板材供應(yīng)商、噴涂設(shè)備供應(yīng)商、家具制作終端企業(yè)強(qiáng)、強(qiáng)聯(lián)合，推進(jìn)家具涂裝的健康發(fā)展。

文/方俊，潘向東

艾仕得華佳涂料（黃山）有限公司

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