李雪濤，張文標(biāo)，張曉春，楊 勛，詹先旭，盛時雄

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江臨安 311300；2.德華兔寶寶裝飾新材股份有限公司，浙江德清 313200）

定向刨花板(Oriented Strand Board,OSB)是由一定形狀和厚度的木質(zhì)大片刨花施膠后定向鋪裝，再經(jīng)熱壓制成的多層結(jié)構(gòu)板材，其表層刨花沿板材的長度或?qū)挾确较蚨ㄏ蚺帕衃1]。OSB具有原料來源廣、抗沖擊及抗彎強度高、線膨脹系數(shù)小、握釘力強、穩(wěn)定性好、環(huán)保、價格適中等諸多優(yōu)勢，使之在建材方面與膠合板、普通刨花板、纖維板相比,具有明顯的競爭力，是一種綠色環(huán)保材料[2-3]。過去國外OSB主要考慮其力學(xué)性能，常應(yīng)用于建筑裝修業(yè)上如水泥模板、屋頂板、室內(nèi)隔墻板、護墻板、門窗板、木地板和樓梯板等，而今由于受市場沖擊的影響，以及人們生活觀念的轉(zhuǎn)變，考慮室內(nèi)裝修市場的需求，需要對OSB進行表面涂飾處理，這不僅可保護板材、覆蓋粗糙表面，而且具有立體感強、美觀大方的裝飾效果[4-7]。

傳統(tǒng)的OSB表面涂飾有印刷裝飾紙貼面涂飾、三聚氰胺樹脂浸漬紙貼面涂飾、透明和不透明油漆涂飾等。如液體油漆、浸漬紙貼面，它們的生產(chǎn)工藝產(chǎn)生游離甲醛、VOC等污染環(huán)境并且浪費原料、工序復(fù)雜、成本高，因此尋求一種環(huán)保、低成本、高效的OSB表面涂飾技術(shù)是未來發(fā)展的方向[8-9]。

粉末涂料是一種不含溶劑、100%為固體粉末狀的涂料。它具有顏色多樣、環(huán)保、安全和涂膜性能好等特點，目前在金屬材料及其制品領(lǐng)域應(yīng)用最普遍[10-11]。粉末涂料在熱敏性材料上的應(yīng)用是近幾年研究的熱門課題，采用低溫快固化粉末靜電涂裝技術(shù)在中密度纖維板（MDF）上得到很大的應(yīng)用[12-14]，但在膠合板、竹板材、普通刨花板、人造板等領(lǐng)域也相繼開展了研究[15-19]。

本課題開展OSB靜電粉末噴涂、涂膜固化研究，并對涂膜性能進行測試分析，以期獲得OSB表面粉末靜電噴涂工藝參數(shù)，為產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)，拓寬OSB在室內(nèi)裝修領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 試驗材料與設(shè)備

1.1 試驗材料

定向刨花板(德華兔寶寶裝飾新材料股份有限公司提供，來自加拿大Ainsworth公司），含水率8.5%~9%，規(guī)格為2440mm×1220mm×18mm，鋸割成尺寸為100mm×100mm×18mm的試件。

環(huán)氧聚酯粉末涂料〔老虎粉末涂料制造（太倉）有限公司提供〕，粒度200目，樹脂Tg≥50℃，紅外燈下理論固化條件150℃/3～5min。

其他材料：水性木器透明膩子（上海星莊園化工有限公司）；240號砂紙；丙酮（分析純）；咖啡；雙面膠等。

1.2 試驗設(shè)備

GUYI旋轉(zhuǎn)翼式靜電粉體噴房（蘇州固藝涂裝設(shè)備有限公司）；101-5A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海愛斯佩克環(huán)境設(shè)備有限公司）；ZNLD-800w自制紅外燈固化裝置；WJD-2000型靜電高壓發(fā)生器（杭州萬佳涂裝設(shè)備有限公司）；NICOLE T6700型傅立葉紅外光譜儀(賽默飛世爾科技分子光譜部)；QHZ型人造板劃痕實驗機(濟南時代試金儀器有限公司)；JM-IV型滾動磨損試驗機 (濟南時代試金儀器有限公司)；MJ6132B型馬氏鋸機(晉江市神功機械制造有限公司)；Z512-2型臺式鉆床（中國杭州西湖臺鉆有限公司）；JA5003型電子天平(精確度千分之一)；AR872A型紅外測溫儀(北京華運安特科技有限責(zé)任公司)等。

2 試驗方法

2.1 OSB基材處理工藝

OSB表面粗糙，有凹凸溝槽。表面粗糙度過大，對粉末涂料的吸收越大，會導(dǎo)致噴涂不均勻。傳統(tǒng)涂飾工藝中不透明涂飾是用加油著色劑顏料的不透明色漆涂飾OSB表面，以遮蓋OSB基材粗糙的表面，得到單色的涂飾效果。其工藝如下[9]：

基材OSB→砂光→打光敏膩子→紫外線干燥→砂光→涂封閉底漆與砂磨底漆→砂光→涂面漆→干燥。

此工藝相對工序繁多，耗費時間長且不環(huán)保。為使工序簡單、環(huán)保，本試驗選用水性透明膩子，只需要在OSB基材表面進行簡單的水性膩子填平，低溫干燥后直接進行靜電粉末噴涂后固化，就能得到性能優(yōu)異的表面涂飾。其工藝如下：

基材OSB→涂抹水性膩子→低溫干燥→板材預(yù)熱→靜電粉末噴涂→紅外固化。

2.2 基材OSB表面粉末靜電噴涂

根據(jù)預(yù)備試驗結(jié)果，將靜電噴涂裝置的靜電高壓調(diào)為90 kv，供粉桶流化壓力為0.05Mpa，噴槍口到試件表面距離為150～200mm[20]。在噴涂過程中，遵循自上而下、從左到右的操作原則，確保工件上粉均勻。噴涂前后分別稱量OSB基材的質(zhì)量，計算其單位面積的上粉量，計算公式見（1）式。

單位面積上粉量（F）的計算公式為[21]：

其中：M0為噴涂前質(zhì)量（g），M1為噴涂后質(zhì)量（g），S為OSB基材表面積（cm2）。

2.3 粉末涂層固化工藝

金屬的粉末涂飾一般可采用普通烘箱進行固化，而熱敏性的板材不能長時間處在高溫環(huán)境中，容易變形和表面碳黑。因此，實驗選用紅外固化設(shè)備，使板材表面溫度快速升高到粉末熔融、涂層固化，而使板材內(nèi)部溫度仍比較低，不會造成板材的變形。結(jié)合環(huán)氧聚酯透明粉末涂料的固化條件要求，本實驗設(shè)定固化溫度和時間為150℃/5min。

2.4 涂膜性能檢測

本試驗根據(jù)基材處理與涂膜性能的相關(guān)情況，涂膜附著力、耐沖擊性、鉛筆硬度、耐丙酮、耐水蒸氣、耐污染、耐干熱檢測參照GB/T17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》；耐鹽酸、耐堿性檢測參照GB/T9274-88；涂膜耐磨性檢測參照GB/T4893.8-85。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 上粉量對涂膜質(zhì)量的影響

將涂抹水性膩子后的15塊OSB試樣進行粉末靜電噴涂試驗，結(jié)果見表1。

表1 上粉量對涂膜性能和外觀的影響

由表1可知：上粉量在2.0~3.0 g時，試件涂膜表面光澤度一般，附著力能達到1級，耐磨性不夠好為4級，涂膜外觀有漏底、表面有輕微縮孔；上粉量在3.5~4.5 g時，試件表面光澤度很好，附著力因為上粉量的增加降到2級，耐磨性得到提升為2級，涂膜外觀針孔較多；上粉量為3.0~3.5 g時，涂膜光澤度好，附著力、耐磨性以及涂膜外觀均良好（無漏底、針孔等）。所以，從上述附著力、光澤度、耐磨性、外觀質(zhì)量以及成本考慮，最佳上粉量為3.0~3.5 g；通過公式1得到其單位面積上粉量為144.79~168.92 g/m2。上粉量過小，會導(dǎo)致表面光澤度不夠，基材漏底，而且涂膜覆蓋率不高，表層出現(xiàn)輕微縮孔；上粉量過大，外層粉末顆粒與板材間的距離增大，板材對粉末的靜電引力變得越來越小，同時，每一個帶負(fù)電荷的粉末顆粒開始相互排斥，粉末顆粒之間的孔隙進一步增大，從而導(dǎo)致被空氣帶到板材表面的粉末顆粒幾乎得不到板材的吸引，反而被粉層疊加起來的負(fù)電場排斥，難以附著，導(dǎo)致附著力的等級降低，被涂樣品四周有絮狀涂料。

3.2 性能測試結(jié)果

上粉量為3.0~3.5 g時，OSB基材的涂膜性能測試結(jié)果見表2。

表2 涂膜性能測試結(jié)果

從表2可以看出，以單位面積上粉量為144.79~168.92 g/m2將環(huán)氧聚酯粉末涂料用在OSB的涂裝時，其性能可以滿足一般家具使用的要求。涂膜附著力達到1，無脫膜和開裂，鉛筆硬度達到2H，耐水性蒸氣好，耐丙酮擦試漆膜基本沒有變化，略有失光澤，耐酸堿及污染性能達到木質(zhì)裝飾材料國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求。從涂膜外觀質(zhì)量上看，涂膜無氣孔、針孔、裂紋等缺陷，表面質(zhì)量好是由于OSB表面是個凹凸不平表面，基材水分含量較高時容易產(chǎn)生縮孔、氣泡和針孔等缺陷。涂水性透明膩子填入這些縫隙中，固化后將之封閉，使粉末涂料在固化時有很好的流平性，因此能獲得良好的涂膜。

3.3 粉末涂料固化前后的紅外光譜分析

圖1 粉末涂料固化前的紅外光譜圖

由圖1可知，粉末涂料固化前，3410 cm-1左右的強而寬的吸收峰為粉末涂料中—OH的特征峰；1720 cm-1處有強度最大的吸收峰羰基(CO)的存在；在3300～2500 cm-1范圍內(nèi)有寬而散的吸收峰，說明粉末涂料有羧基(—COOH)；2982 cm-1和2928 cm-1處為—CH3和—CH2中C—H鍵的伸縮振動峰,且1650～1350 cm-1處的吸收峰也說明粉末涂料中含有—CH3、—CH2；1269 cm-1處為C—O—C的特征吸收峰，即為環(huán)氧樹脂的主要基團吸收特征。

圖2 粉末涂料固化后的紅外光譜圖

由圖2可知，粉末涂料固化后，3410 cm-1左右的強而寬的吸收峰—OH仍存在；3300～2500 cm-1范圍內(nèi)吸收峰明顯減少，說明羧基參與了反應(yīng)；1720 cm-1處的吸收峰羰基（CO）強度變??；1650～1350 cm-1處的吸收峰強度減弱，表明粉末涂料在固化過程中發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)，基團發(fā)生了變化。

3.4 OSB粉末涂飾樣品

圖3 OSB涂飾樣品

不同顏色涂料涂飾的OSB樣品見圖3。

由圖3可見，粉末涂飾的OSB同OSB基材相比具有良好的光澤度，既保護了基材表面，又保留了板的天然紋理，使其涂膜效果有立體感，加之不同顏色的粉末涂料涂飾后顯得更加美觀，能滿足不同設(shè)計者的需求，適合個性化家裝的需要。

4 結(jié)語

OSB表面涂水性透明膩子填補凹凸的溝槽，在恒溫恒濕箱中控制一定的含水率，以單位面積上粉量為144.79~168.92 g/m2進行靜電粉末噴涂，在溫度150℃和時間4min條件下進行紅外固化，制得試樣的涂膜附著力、耐沖擊性、鉛筆硬度、耐丙酮、耐水蒸氣、耐污染、耐干熱和耐堿性等理化性能都達到了木漆涂飾相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

OSB作為一種綠色建材，其力學(xué)性能優(yōu)異，經(jīng)環(huán)氧聚酯粉末涂飾，其表面錯落有質(zhì)感，還保留OSB表面的立體感，美觀且具有藝術(shù)效果，產(chǎn)品綠色環(huán)保，可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)建筑裝修領(lǐng)域，同時可實現(xiàn)機械化連續(xù)化生產(chǎn)，易于推廣應(yīng)用。

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