蔡瑩瑩，魏長智，韋雙穎

(東北林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

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水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)對PP、PE木塑材表面裝飾

蔡瑩瑩，魏長智，韋雙穎*

(東北林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

為了使木塑復(fù)合材獲得更好的表面裝飾效果和良好的附著力，對木塑復(fù)合材表面分別噴涂熱塑丙烯酸樹脂漆和硝基漆兩種裝飾漆料，再經(jīng)水披覆轉(zhuǎn)印裝飾后比較木塑復(fù)合材表面的裝飾效果和附著力情況，得出水披覆轉(zhuǎn)印的上膜溫度在30～40℃、膜干溫度在50～70℃內(nèi)為宜，轉(zhuǎn)印效果最佳；硝基漆裝飾木塑復(fù)合材表面附著力情況比熱塑丙烯酸樹脂漆裝飾情況要好，硝基漆在2次裝飾時表面附著力可達(dá)0級，熱塑丙烯酸樹脂漆需3次裝飾，附著力才可達(dá)到0級標(biāo)準(zhǔn)；木塑復(fù)合材表面經(jīng)水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)處理后，其裝飾效果提高，增加附加值。水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)適用于裝飾木塑復(fù)合材料表面。

木塑復(fù)合材；水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)；表面裝飾；附著力

0　引　言

木塑復(fù)合材料(WPC)是利用熱塑性塑料，包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)，以及它們的共聚物等作為基體材料，用木粉、稻殼和秸稈等廢棄生物質(zhì)纖維作為增強(qiáng)相，通過一定的加工工藝生產(chǎn)的復(fù)合材料，在包裝、倉儲、城建以及建筑裝飾等行業(yè)用途十分廣泛[1-6]。WPC是一種高性能、高附加值的綠色環(huán)保復(fù)合材料，具有廣闊的市場前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

木塑復(fù)合材料是后期合成的，沒有年輪，大多木塑產(chǎn)品的顏色單一，沒有木質(zhì)感，外觀效果較差，產(chǎn)品強(qiáng)度和色牢度都不好，產(chǎn)品的室外受用壽命較短，實(shí)際生產(chǎn)和使用中達(dá)不到理想的裝飾效果，影響了產(chǎn)品的外觀形象和市場銷售，造成價格低落；經(jīng)擠出工藝得到的木塑基材色彩不豐富，表面還存在白點(diǎn)、條紋和劃痕等缺陷，滿足不了人們的審美需求。針對以上問題，采用水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)對木塑材料進(jìn)行表面裝飾，即在不規(guī)則復(fù)雜外型的木塑產(chǎn)品上進(jìn)行整體披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)，經(jīng)轉(zhuǎn)印形成一層無接縫的仿實(shí)木天然紋理的表面，其附著效果不受產(chǎn)品材質(zhì)的影響，減少木塑基材表面存在的缺陷，提高裝飾效果[7-9]。經(jīng)近幾年的研究學(xué)者調(diào)查：把藝術(shù)造型部件由木材更換為PE、PP等木塑復(fù)合材，其表面經(jīng)過各種高檔木紋的水披覆轉(zhuǎn)印處理后，圖案效果逼真，同原木質(zhì)部件相差無幾，獲得了國內(nèi)外消費(fèi)者的認(rèn)可與青睞[10]。

本文探討了一種新的PP和PE木塑材表面裝飾的方法，工藝路線為：基材處理→PP處理劑→等離子處理→噴涂底漆→水轉(zhuǎn)印→水洗→干燥→噴涂面漆→干燥。對實(shí)驗(yàn)中所用轉(zhuǎn)印膜進(jìn)行性能檢測，使木塑材達(dá)到最佳裝飾效果。研究應(yīng)用等離子清洗機(jī)處理木塑基材，提高表面活性[11-13]，水披覆轉(zhuǎn)印后從而提高產(chǎn)品表面的附著力；討論了熱塑丙烯酸樹脂漆和硝基漆兩種裝飾涂料對基材進(jìn)行處理，二者的裝飾效果和產(chǎn)品表面附著力情況。

PP、PE木塑材料可用于地板、窗框和門套等裝飾用品[14]，經(jīng)過水披覆轉(zhuǎn)印后木塑復(fù)合材料產(chǎn)品表面木紋清晰、逼真，在實(shí)際應(yīng)用中不光滿足了產(chǎn)品美觀的裝飾效果要求，在附著力、柔韌性和耐沖擊性等方面均有良好性能。

1　實(shí)驗(yàn)材料與工藝

1.1實(shí)驗(yàn)材料

材料：木塑復(fù)合材試件(PE、PP)、水披覆轉(zhuǎn)印薄膜、活化劑(二甲苯、甲基異丁基甲酮等)、有機(jī)硅活性劑(PP處理劑)、熱塑丙烯酸樹脂、硝基漆、達(dá)因筆。

設(shè)備：恒溫水轉(zhuǎn)印上膜槽(潤翔水轉(zhuǎn)印材料有限公司，SC120×80×60)、等離子清洗機(jī)(東信高科自動化設(shè)備有限公司，TS-P10)、噴槍(嘉歐機(jī)電有限公司，W-71)、干燥箱(泰斯特儀器有限公司，101-0AB)。

1.2工藝流程

水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)主要包括3個方面：木塑基材預(yù)處理、水轉(zhuǎn)印及后處理。

木塑基材的預(yù)處理是用砂紙打磨木塑試件表面，獲得光滑表面，打磨后噴涂PP處理劑，并放入等離子清洗機(jī)處理，使木塑試件表面活性提高，有利于表面附著力的提高。噴涂底漆后進(jìn)行水披覆轉(zhuǎn)印，把所需的木紋圖案在恒溫水槽中轉(zhuǎn)印到木塑試件的表面，然后水洗，整理轉(zhuǎn)印后的產(chǎn)品表面。后處理即對轉(zhuǎn)印后的產(chǎn)品表面噴涂面漆、干燥，以保護(hù)、美觀產(chǎn)品表面。水披覆轉(zhuǎn)印裝飾木塑復(fù)合材工藝流程如圖1所示。

圖1　水轉(zhuǎn)印裝飾木塑復(fù)合材工藝流程圖Fig.1 Flow chart of water transfer decorative wood plastic composite materials

1.3試驗(yàn)方法1.3.1試材制備

所用PP、PE木塑內(nèi)含木粉比例均為60%。

1.3.2表面活性

用砂紙打磨PP和PE木塑試件表面，用PP處理劑噴涂在兩種試件表面，待全干后，與木塑放入等離子清洗機(jī)處理，處理后用達(dá)因筆測試3種試材的表面活性。

1.3.3表面裝飾

將PP、PE表面用細(xì)砂紙打磨光滑后，噴涂PP處理劑，用熱塑丙烯酸漆和硝基漆做裝飾漆料對3種試材進(jìn)行表面裝飾，將兩種漆分別作1次、2次、3次裝飾，觀察裝飾效果和附著力情況[15]。

1.3.4性能測試

(1)將轉(zhuǎn)印膜裁成10 mm×10 mm大小，恒溫水轉(zhuǎn)印上膜槽加熱溫度在26～48℃范圍，對已裁好的轉(zhuǎn)印膜進(jìn)行溶解時間的測定，每4℃的變化進(jìn)行記錄，篩選最佳轉(zhuǎn)印溫度[16]。

(2)轉(zhuǎn)印完成后，對試件進(jìn)行水洗，成不滴水狀態(tài)放入鼓風(fēng)干燥箱，進(jìn)行干燥，干燥箱溫度設(shè)定在40～80℃范圍，觀察轉(zhuǎn)印后膜的干燥情況與溫度的關(guān)系[17]。

(3)用劃格法測試漆膜和轉(zhuǎn)印膜在試材表面的附著力，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T9286-1998在3種試材表面進(jìn)行附著力測試，0級最好，5級最差。

(4)采用達(dá)因筆對PP、PE表面和轉(zhuǎn)印膜圖層面測試表面活性，并比較PP處理劑噴涂前后PP木塑、PE木塑表面活性提高情況；等離子處理前后PP、PE木塑表面活性變化情況。

2　結(jié)果分析

2.1水溫對轉(zhuǎn)印薄膜溶解性能的影響

對PVA薄膜做水溫溶解性的測試，結(jié)果表明相同厚度的PVA薄膜隨著溶解溫度的升高，在水中的溶解時間會相應(yīng)減小。轉(zhuǎn)印槽中的水溫度越高越有利于高分子鏈在水中的伸展，加快溶解。水溫不宜過低，水溫越低，溶解時間越長，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，且油墨層上會殘留未溶解完全的聚乙烯醇，對轉(zhuǎn)印和后期水洗帶來不便；而水溫過高，雖然溶解快，但油墨層的布朗運(yùn)動較劇烈，容易造成圖案變形，而且水溫過高時在后續(xù)的噴涂活化劑的過程中，會導(dǎo)致薄膜破損或游離態(tài)油墨出現(xiàn)變形的情況。所以水溫一般控制在30～40℃范圍內(nèi)為宜，轉(zhuǎn)印效果最佳。水溫與PVA膜溶解性能的關(guān)系如圖2所示。

圖2　水溫與PVA膜溶解性能的關(guān)系Fig.2 Relationship between water temperature and PVA membrane dissolved

2.2干燥溫度對轉(zhuǎn)印膜的影響

將PE、PP試件分為涂有底漆和無底漆兩組，在恒溫控制轉(zhuǎn)印上膜槽中進(jìn)行水披覆轉(zhuǎn)印，轉(zhuǎn)印完成后PE、PP試件表面附有一層轉(zhuǎn)印薄膜，進(jìn)行水洗，水洗時間不宜過長，觀察轉(zhuǎn)印膜與試件之間沒有氣泡、轉(zhuǎn)印膜平整附著在試件表面即可。水洗后的試件靜置直到拿起不滴水即可放入鼓風(fēng)干燥箱對轉(zhuǎn)印后的試件進(jìn)行干燥，干燥溫度測試范圍在40～80℃，每10℃的變化計量干燥時間，對有底漆和無底漆兩組PP、PE試件分別計時轉(zhuǎn)印膜的干燥時間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3　干燥溫度對轉(zhuǎn)印膜的影響Fig.3 The influence of drying temperature on the transfer printing film

隨鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)溫度的升高，轉(zhuǎn)印膜所需的干燥時間減少，最佳干燥溫度在50～70℃，在干燥箱40℃時時間較長，需25 min；在80℃時膜干只需2 min，但溫度過高會引起粘合劑表面結(jié)皮而發(fā)生起泡現(xiàn)象，所以應(yīng)低與80℃的干燥溫度。木塑底材進(jìn)行有無底漆處理進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)膜干用時大致相同，可見底漆的噴涂與否不影響膜干情況，但比較產(chǎn)品轉(zhuǎn)印后的表面狀態(tài)，噴涂底漆的試件表面更為光滑平整，轉(zhuǎn)印膜干燥后色澤飽滿，亮度較高。

2.3裝飾次數(shù)與附著力

本實(shí)驗(yàn)主要是在木塑基材表面進(jìn)行預(yù)處理后，用熱塑丙烯酸樹脂漆和硝基漆做底漆和面漆，再進(jìn)行轉(zhuǎn)印工藝。不噴涂面漆，轉(zhuǎn)印膜直接做產(chǎn)品表面，附著力很差，尤其PP木塑表面附著力為5級，噴涂面漆是必須的程序，既保護(hù)轉(zhuǎn)印膜，也可提高產(chǎn)品表面附著力。兩種漆料裝飾后的PE、PP木塑復(fù)合材表面的附著力隨裝飾次數(shù)的增加而增加，并且硝基漆裝飾的產(chǎn)品附著力要高于熱塑丙烯酸樹脂漆。在用熱塑丙烯酸樹脂漆1次裝飾時，PE木塑表面附著力是2級，PP木塑表面附著力為3級，要低于硝基漆1次裝飾后表面的附著力，在2次裝飾時，硝基漆裝飾表面可達(dá)0級，已是最佳狀態(tài)，而熱塑丙烯酸樹脂漆需3次裝飾才可達(dá)到0級標(biāo)準(zhǔn)，用熱塑丙烯酸樹脂漆和硝基漆裝飾后，PP木塑表面附著力要低于PE木塑表面的附著力，可見在裝飾圖層漆膜附著力方面硝基漆比熱塑丙烯酸樹脂漆要高些。木塑材料表面裝飾次數(shù)與附著力關(guān)系見表1。

表1　木塑材料表面裝飾次數(shù)與附著力關(guān)系

2.4表面活性對附著力的影響

用達(dá)因筆測試PP、PE木塑基材表面不同處理情況下的表面活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)未處理直接轉(zhuǎn)印的試材表面活性較低，附著力不高；經(jīng)過等離子清洗機(jī)處理后，表面活性增加，轉(zhuǎn)印后的產(chǎn)品附著力可達(dá)到0級。PP和PE木塑基材表面活性分別是30 mN/m和32 mN/m，涂有底漆的試件表面測表面活性數(shù)值為32 mN/m，轉(zhuǎn)印膜的表面活性為38 mN/m，基材表面活性低于轉(zhuǎn)印膜的活性，不噴涂底漆直接轉(zhuǎn)印的話，轉(zhuǎn)印膜表面活性大于基材表面活性，達(dá)不到粘結(jié)要求；基材噴涂底漆后表面活性為32 mN/m，依舊是低于轉(zhuǎn)印膜表面活性；針對PP、PE木塑試件在基本處理后表面噴涂PP水，PP水有提高表面活性的作用，待全干后測PP、PE木塑試件表面活性分別為32、34 mN/m，表面活性仍需提高。在PP、PE木塑試件噴涂底漆前，將試件放入等離子清洗機(jī)處理，既可清潔也可大大提高試件的表面張力和潤濕性，以達(dá)到清洗、涂覆目的。木塑基材等離子處理前后的表面活性見表2。

表2　木塑基材等離子處理前后的表面活性

比較經(jīng)等離子清洗機(jī)處理前后，測試木塑產(chǎn)品表面附著力，未處理表面附著力明顯低于用等離子處理后的表面附著力。附著力等級為0級最佳，5級最差。等離子清洗機(jī)的真空腔體里，通過射頻電源在一定的壓力情況下產(chǎn)生高能量的無序的等離子體，通過等離子體處理被清洗產(chǎn)品表面，導(dǎo)致木塑基材表面活性增加，噴漆及水披覆轉(zhuǎn)印提高粘結(jié)性，產(chǎn)品表面的附著力也會大大提高。木塑基材等離子處理前后的附著力見表3。

表3　木塑基材等離子處理前后的附著力

3　結(jié)　論

(1)從實(shí)驗(yàn)中可以得出，轉(zhuǎn)印過程中的溫度控制上，水溫一般控制在30～40℃范圍內(nèi)，膜干溫度在50～70℃，轉(zhuǎn)印效果最佳，有利于轉(zhuǎn)印膜充分溶解、舒展和基材表面的裝飾效果；對于PP、PE木塑表面裝飾，比較于熱塑丙烯酸樹脂漆，硝基漆裝飾后附著力效果較好，且裝飾次數(shù)的增加，附著力也會隨之增加，硝基漆裝飾2次，熱塑丙烯酸樹脂漆裝飾次數(shù)在3次為最佳裝飾效果；用等離子清洗機(jī)處理木塑基材表面，使其表面活性提高利于粘結(jié)，從而增加表面轉(zhuǎn)印膜與漆膜的附著力，經(jīng)等離子處理的木塑表面附著力可達(dá)0級。

(2)產(chǎn)品表面紋理色彩豐富、形象逼真，可以假亂真，經(jīng)曲面披覆加工后，可大大提高木塑產(chǎn)品的附加值，增加經(jīng)濟(jì)效益。因此，水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)應(yīng)用于木塑材料表面具有適用性、合理性和經(jīng)濟(jì)性。采用水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)對木塑復(fù)合材料進(jìn)行表面裝飾，水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)操作簡單，生產(chǎn)效率高，綠色環(huán)保，是一項(xiàng)應(yīng)用范圍廣泛、具有良好發(fā)展前景的實(shí)用技術(shù)，搭配同樣具有環(huán)保性的木塑復(fù)合材料，對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)及資源的合理利用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[16-17]。

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Surface Decoration of PP，PE Wood-plastic Composites Usingthe Water Transfer Printing Technology

Cai Yingying，Wei Changzhi，Wei Shuangying*

(College of Material Science and Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

In order to obtain better surface decorative effect and good adhesion of wood-plastic composite material，two kinds of decorative paints of thermoplastic acrylic resin paint and lacquer were sprayed on wood-plastic composites surface.The surface decorative effect and adhesion of wood-plastic composite materials were compared between two kinds of decorative paints after water transfer printing.It was concluded that transfer printing effect was better when temperature ranged from 30 to 40℃ for the water transfer printing and from 50 to 70℃ for film drying.Compared with thermoplastic acrylic resin paint，lacquer was better in terms of surface adhesion.Adhesion can reach the standard level 0 when lacquer decorated twice or thermoplastic acrylic resin paint decorated three times.The surface decorative effect of wood-plastic composites was improved after water transfer printing treatment and added value was also enhanced.The water transfer printing technology was proved to be suitable for wood-plastic composites surface decoration in this study.

wood-plastic composites；water transfer printing technology；surface decoration；adhesion

2016-03-28

黑龍江省青年科學(xué)基金項(xiàng)目(QC2013C034)

蔡瑩瑩，碩士研究生。研究方向：木塑復(fù)合材表面裝飾。

韋雙穎，博士，副教授。研究方向：木塑復(fù)合材表面裝飾。Email：dephnewsy@163.com

蔡瑩瑩，魏長智，韋雙穎.水披覆轉(zhuǎn)印技術(shù)對PP、PE木塑材表面裝飾[J].森林工程，2016，32(5)：40-43.

TS 805

A

1001-005X(2016)05-0040-04