高光油漆饰面板产生橘皮现象的原因分析_杨梓淇.pdf

China Forest Products Industry林产工业，2023，60（04）：63-68森林在木材等方面发挥着重要作用，是人造板原料的重要来源1-2。我国饰面人造板产品种类丰富，分为浸渍胶膜纸饰面人造板、油漆饰面人造板、聚氯乙烯薄膜饰面人造板（PET）、热固性树脂浸渍纸高压装饰基层板（HPL）等。其中，浸渍胶膜纸饰面人造板与油漆饰面人造板使用范围较广，在国内市场占比最多，可达全国饰面人造板总量的90%左右3。随着人们生活水平的提高和社会的发展进步，人们对家具的审美也逐渐发生了变化，特别是对板材表面饰面提出了更高的要求。近几年，高光油漆饰面人造板备受消费者青睐。高光油漆饰面人造板是以纤维板、刨花板等人造板为基材，采用压贴浸渍胶膜纸后辊涂、淋涂高光固化油漆制备的板材。与普通浸渍纸装饰人造板相比，高光油漆饰面人造板不仅款式新颖、颜色多样、纹理逼真，还拥有光泽靓丽的表面，可以反射成像，加强了饰面人造高光油漆饰面板产生橘皮现象的原因分析杨梓淇1 杜洪双1*赵丛华2（1.吉林省木质材料科学与工程重点实验室，北华大学，吉林省吉林市 132013；2.金华市海日家具用品有限公司，浙江 金华 321000）摘要：随着科学技术的发展，以刨花板、纤维板为基材的高光油漆饰面板生产工艺日益成熟，因其出色的装饰性能深受消费者喜爱，市场需求逐渐增加。然而，高光饰面板经过长时间使用后表面光泽度会降低，发生橘皮现象，影响美观。因此，探究此现象产生的原因对于改善高光饰面板的表面装饰性能具有现实意义。简述了高光饰面人造板的生产工艺，从基材表面、浸渍胶膜纸装饰层和热压工艺三方面进行分析，分别阐述其对高光饰面板表面性能的影响。最后,讨论当前高光饰面板存在的问题,并提出建议,为未来高光饰面板的研究与应用提供参考。关键词：高光饰面板；光泽度；橘皮；生产工艺；表面性能中图分类号：TS653 文献标识码：A 文章编号：1001-5299（2023）04-0063-06DOI:10.19531/j.issn1001-5299.202304011Causes Analysis of the Orange Peel Phenomenon of the High Gloss Paint Decorative Panel YANG Zi-qi1 DU Hong-shuang1 ZHAO Cong-hua2(1.Jilin Provincial Key Laboratory of Wooden Materials Science and Engineering,Beihua University,Jilin 132013,Jilin,P.R.China;2.Jinhua Haiti Furnishings Co.,Ltd.,Jinhua 321000,Zhejiang,P.R.Chinaa)Abstract:With the development of science and technology,the production technology of high gloss paint decorative panel based on particleboard and fiberboard is becoming more and more mature.The high gloss decorative panel is popular with consumers because of its excellent decorative performance,and the market demand is gradually increasing.However,after a long time of use,the surface gloss of the high gloss decorative panel will be reduced,and the orange peel phenomenon will occur,which will affect the appearance.Therefore,it is of practical significance to explore the causes of this phenomenon for the surface decoration performance of high gloss decorative panels.The production process of high gloss veneer wood-based panel was briefly described,the surface of the substrate,the decorative layer of impregnated adhesive film paper,and the hot pressing process was analyzed,and its influence on the surface performance of high gloss veneer panel was expounded.Finally,the problems existing in the current high gloss panel were discussed,and reasonable suggestions were put forward to provide reference for the research and application of high gloss decorative panel in the future.Key words:High gloss decorative panel;Gloss;Orange peel;Production process;Surface properties基金项目：中央财政林业科技推广示范资金资助（JLT201713号）；吉林省木质材料科学与工程重点实验室开放基金资助作者简介：杨梓淇，男，研究方向为生物质复合材料高效利用E-mail:*通讯作者：杜洪双，男，博士，教授，研究方向为生物质复合材料高效利用，E-mail:收稿日期：2022-08-24林 产 工 业64第60卷板的装饰性能4-6。主要应用于木家具、强化木地板、装饰墙板、柜台、橱柜、衣柜等7。然而，新产品也存在较多质量问题，特别是表面出现湿花、干花等缺陷。近几年，板面橘皮现象尤为突出，这种现象是指高光油漆饰面人造板表面反射成像不够清晰或表面凹凸不平。这些缺陷严重影响板材高光效果，使产品装饰性能大打折扣，同时也降低了产品的价值8。解决这些问题将是提升企业技术实力的关键所在。本文就影响这些缺陷的因素进行整理和分析，以期为高光饰面板的研究与应用提供参考。1 表面橘皮现象产生原因高光饰面板是使用浸渍胶膜纸刨花板经过辊涂、淋涂高光固化油漆，形成密闭光滑的漆膜表面来达到高光效果。在人造板基材、装饰纸生产过程或经过长时间的使用，高光饰面板可能会出现表面模糊、光泽度差或成像不清晰现象，这些表现称为“倒光”9。而漆膜表面在成膜后失去光泽度或光泽不足的现象称为“失光”10。倒光和失光统称为橘皮现象，其产生的主要原因是人造板基材吸收空气中的水分导致表面颗粒膨胀，使表面凸凹不平，从而引起漫反射。同时，粗糙表面比光滑表面更容易使入射光发生漫反射，进而降低表面光泽度11。此外，刨花板基材表面上浸渍纸的平整度也会对漫反射现象产生影响。最后，如果涂饰在浸渍纸表面的涂料与树脂混合不充分，颜料在溶液中分散不均匀，也会使形成的漆膜不光滑，弱化镜面反射效果，导致光泽度降低12。因此，影响高光饰面板发生倒光、失光现象的原因主要有基材的理化性能、基材表面、浸渍纸饰面层和油漆固化成膜后的光滑度。2 基材表面基材表面的颗粒凸凹不平是引起倒光、失光的因素之一，主要由基材表面颗粒吸收空气中的水分，从而发生膨胀所致。2.1 刨花板基材刨花板是由刨花与胶黏剂充分结合后，经过热压方式压制而成，因此刨花的尺寸、形态和排列状况对刨花板的稳定性和物理性能有一定的影响。当刨花宽度一定时，随着刨花长度的增加，刨花之间可以更加充分的搭接，增强板材理化性能13。如果刨花板含水率过高，会导致板材吸水膨胀，发生变形，影响板材尺寸稳定性。光滑的板材表面有利于涂层材料的应用，而粗糙表面对涂层的吸附、润湿和附着力有一定的影响14。对基材表面进行砂光处理可以降低刨花板表面粗糙度15。打磨基材表面的目的是为了提高涂层与基材的表面胶合强度，同时达到合适的尺寸与精度16。经砂光处理后，刨花板表面的光滑度增加，但会去除其表面的保护性疏水蜡层和树脂，从而增加刨花板吸水性17。有学者使用甲基三甲基硅烷水解溶液对刨花进行浸渍处理，通过浸泡试验发现，改性后的刨花板表面形成了涂层，减少了刨花板的吸水性，提高了尺寸稳定性18。目前，刨花板大部分为三层刨花板，使用细刨花有利于形成致密表层，芯层选用粗刨花可增加刨花板静曲强度，密度越高，刨花板的表面强度和可加工性就越好19。使用高密度木材生产的刨花板，其表面密度较高且硬度大，吸水后膨胀率较小20。2.2 纤维板基材除纤维板的热压工艺和使用树脂的量及类型外，纤维质量（纤维尺寸和形态）也是影响板面性能的重要因素21。在相同密度和施胶量的条件下，使用40100目纤维制备的纤维板，其物理性能最佳。如果纤维含水率过高，则生产的纤维板尺寸稳定性较差，板材的内结合强度较低，抗压性能差。若纤维含水率过低，则会发生表面松软现象，影响纤维板的正常使用。研究表明，当纤维含水率为6%左右时，所生产的纤维板理化性能较好22。3 饰面层高光油漆饰面人造板对表面光滑质量要求很高，浸渍纸的表面质量与油漆固化形成的漆膜表面，会共同影响高光浸渍纸饰面板高光性能。3.1 饰面层生产工艺高光油漆饰面人造板的饰面层生产工艺流程如图1所示。首先将基材与浸渍胶膜纸组坯，再进行热压贴面，经裁边、冷却、检验合格后，对其表面进行砂光处理，便于使油漆更好的附着在其表面。然后，采用辊涂法涂上色漆，再涂饰一层清漆，检验合格后进行烘干和砂光处理，最后淋涂UV漆并使用紫外线灯照射固化，达到高光效果。杨梓淇，等：高光油漆饰面板产生橘皮现象的原因分析65第4期3.2 原纸打浆浓度人造板在生产后表面可能会有疤痕，影响其装饰效果。增加原纸的打浆浓度可以增加原纸的不透明度，有效提高纸张的遮盖能力，进而降低基材表面颗粒因吸水膨胀造成的影响，也能改善钛白粉与纤维的结合方式，提高纸张的光学性能。随着打浆浓度的提高，遮盖性能和光学性能都有所提升。这主要是因为，随着浓度的提高，纸张内纤维的宽度、扭结指数、帚化率都有所提高，并且纤维与钛白粉的分布更加均匀，与纤维的结合状态更好23。3.3 原纸吸液性与渗透性浸渍纸的吸液性和浸渍树脂的速度会影响浸渍纸的质量，从而导致倒光和失光现象。吸液性指原纸可以吸收容纳树脂量多少的能力。如果原纸的渗透性和吸液性较差，则会导致原纸表面剩余的树脂过多。若原纸具有优良的吸液性时，则可以保证纸张在浸胶过程中吸胶均匀。纸张的紧度越大，吸水性越低，原纸在浸渍树脂的过程中吸胶量也就越低，纸的透明性下降24，进而增加倒光和失光的程度。3.4 pH值浸渍胶膜纸常用的树脂为三聚氰胺树脂，在pH值为7.58.0时浸渍效果最佳，并有较好的胶合作用。在碱性条件时，原纸的吸水强度最大，在酸性条件下吸水性能下降。此外，pH值较低时，纸质容易泛黄并且脆弱。pH值不均衡也会影响树脂的预固化程度，因此，pH值为中性或偏碱性时，浸渍胶膜纸性能更好25。3.5 原纸耐光性随着时间的推移，原纸会发生褪色变黄现象，进而对饰面板造成倒光和失光的影响。钛白粉在装饰纸体系中具有重要的耐光作用，能够吸收紫外线，提高装饰板的耐用性26。3.6 原纸浸胶量原纸通过浸胶后可以提高板材的表面性能，增加耐划、耐磨性能，并对表面光泽度有较大影响。增加浸胶量有利于降低饰面层吸湿性，提高饰面板尺寸稳定性和表面光泽度。高光泽饰面板所用胶膜纸的浸胶量控制在120%140%,能起到防护层作用，并提高图案清晰度27。在利用树脂对装饰原纸进行浸渍时，单独使用三聚氰胺树脂浸渍纸容易在纸张表面留下气孔。因此，在三聚氰胺树脂中通常会加入脲醛树脂。此外，三聚氰胺树脂和脲醛树脂有很好的互补性，脲醛树脂具有深色的性质，可以增加浸渍纸的遮盖力。涂料中树脂的增加能使浸渍纸表面更加光滑，树脂的相对分子量越小时，浸渍纸表面的光泽度越高，且树脂含量也有较大影响28。3.7 原纸预固化度预固化度是指浸渍胶膜纸在干燥的过程中，树脂发生聚合反应的程度。预固化度过高，会导致树脂的流展性变差，表面光泽度降低，也会使树脂粉化脱离胶膜纸，造成树脂浪费。严重时还会导致板材表面龟裂，出现干花和孔隙。预固化度过低时，则会导致板材表面产生湿花现象，增加孔隙度，且降低板材的耐水蒸气、耐污染、耐干热性等29。3.8 涂料粒度涂料中颜料的颗粒大小是影响高光浸渍纸饰面板失光倒光的关键因素。在一定的范围内，颜料粒度越细，在基料中的分散性越好，有助于形成平整光滑的漆膜。油漆中的颜基比对漆膜光泽也有影响。由于漆膜中颜料颗粒弱化了镜面反射，致使光泽度降低，颜基比一定时，颜料的吸油量越大，光泽越低。不同颜料颗粒的形状、粒径分布也影响着涂料的性能，并且装饰原纸经过涂布后，涂料能够填充纸张表面的孔隙30。图1 饰面层生产工艺Fig.1 Production process of finishing layer林 产 工 业66第60卷3.9 颜料与胶黏剂比例漆膜形成的原理是溶剂挥发时在漆膜内部形成上下对流，颜料随着对流被带到表层，因表层溶剂挥发造成局部增稠而流速降低，从而滞留在表层。油漆中选用的溶剂种类直接影响了挥发速度，而速度过快和过慢都会影响漆膜的平整度，产生凹陷或突起，降低漆膜光泽。Zhang等31使用二氧化硅、苯乙烯-丙烯酸溶液（SAE）和阳离子淀粉制备颜料施胶溶液，因为SAE较好的成膜能力，印刷效果良好，与没有颜料掺杂的原纸相比，其表面粗糙度降低了16.81%。同时，施胶液中添加适量的颜料可以填充纸张表面的孔隙，降低印刷表面粗糙度。然而，随着施胶液中颜料含量的增加，纸张的吸水高度越来越大。当胶黏剂与颜料的比例为7030时，纸张的吸水高度增加到25.5 mm。这是因为颜料颗粒之间细密均匀的孔隙结构可以产生更多的毛细吸力。4 热压工艺4.1 饰面人造板生产工艺 图2 饰面人造板生产工艺Fig.2 Production process of decorative wood-based panel如图2所示，饰面人造板的生产工艺包括对纤维板或刨花板施胶，热压组坯，冷却、砂光，热压浸渍胶膜纸（底部平衡纸、装饰纸和表层耐磨纸），冷却、砂光、修边，检验等32。4.2 浸渍胶膜纸生产工艺如图3所示，生产浸渍胶膜纸，首先将原纸进行预增湿处理，然后放入浸胶槽进行第一道浸渍，浸渍后刮掉多余树脂后送入干燥箱进行第一次干燥处理，处理后进行冷却。再进行二道浸渍处理，则将冷却后的浸渍纸进行辊涂或喷涂处理，处理后进行干燥冷却，最后进行定量剪切处理，剪切后检查浸渍纸质量，将符合要求的浸渍纸按要求进行堆垛和包装，最后送入仓库存放33。图3 浸渍胶膜纸生产工艺Fig.3 Production process of impregnated adhesive film paper4.3 热压工艺人造板热压工艺包含热压压力、温度和时间三个重要因素，三者互相影响、互相弥补，对板材的物理性能和表面质量影响至关重要。4.3.1 热压压力热压压力主要影响了板材的密度分布。随着热压压力的增大，板材的密度逐渐增大且分布均匀，提高了板材的静曲强度、弹性模量、耐脏耐污性能和内结合强度等。压力过高时，会破坏板材的结构；压力过低时，会影响树脂的流动，导致内结合强度变低34。采用脲醛树脂制备的刨花板，热压压力在20 30 MPa，增加压力能显著改善板材的理化性能。这是由于减少了面板厚度、增加了面板密度。增加面板密度和面板层的紧密挤压会使结构更加紧凑。由于压力增加而产生的高密度，则会提高板材的机械性能，并有效降低其吸水性35。4.3.2 热压温度热压温度主要影响板材内的水分烘干和板材胶黏剂的塑性和流展性，增加装饰纸与板材的表面胶合强度。选择合适的热压温度尤为重要，如果热压温度过高，板材会出现干花、翘曲，浸渍纸固化较快等缺陷。如果热压温度过低，板材则会出现湿花、胶膜纸固化速度杨梓淇，等：高光油漆饰面板产生橘皮现象的原因分析67第4期慢、树脂流展性差、表面光泽度低等缺陷。在热压温度160180 区间内制备纤维板，随着热压温度的升高，树脂的流动性增加，并在纤维中分布得更加均匀，使纤维更易粘合，纤维板的内结合强度升高，表面更加光滑平整。如果温度超过180，则会导致树脂降解和含水率降低，板材强度就会下降36。4.3.3 热压时间热压时间的长短取决于所用胶黏剂的固化速度。如果时间过长，会导致板材弹性模量降低，因为板内应力作用会造成表面裂纹。如果时间过短，树脂固化不充分则会造成粘板，影响板材表面的理化性能。当热压时间由10 s增加到30 s时，板材表面质量逐渐变好，并且板面的耐灼烧性能和耐磨性能也逐渐提高。在满足一定热压时间后，树脂能均匀铺满基材表面，形成致密胶膜，从而降低板材吸水厚度膨胀率37。4.4 人造板施胶量施胶量是影响人造板质量和生产成本的重要因素。树脂胶黏剂会在刨花、纤维中直接生成胶结点，从而增加板材胶结性能。施胶量过低会影响人造板物理性能，导致产品不符合国家质量要求。施胶量过高则会导致板材含水率增加，影响板材内结合强度和表面质量，还会造成甲醛释放量过高。采用2%6%的施胶量制备刨花板，随着施胶量增多，板材内结合强度、静曲强度、弹性模量等均有所提高。当施胶量低于2%时，刨花板性能则不符合国家标准38。采用10%14%的施胶量制备纤维板，随着施胶量增加，纤维板物理性能也随之改善39。4.5 封边工艺在板材表面贴饰完成后，侧边会露出各种材料的拼接空隙40。封边加工可以提高装饰性，防止纤维板、刨花板裸露的侧边因为粗糙隐藏污垢，便于后期清 理25，也可以加固板材，提高板材结构稳定性，起到保护板材的作用，也可有效避免因开胶或磕碰磨损引起的损坏。最重要是可以阻断刨花或纤维与空气中的水分接触，防止板材因吸收空气中的水分而使基材表面颗粒吸湿膨胀。5 解决倒光、失光方案解决高光油漆饰面人造板表面倒光、失光的方法包括：1）选择表面颗粒直径小、颗粒大小均匀、密度均匀、颗粒被胶液包裹的基材；2）对基材表面进行砂光处理，保证基材表面粗糙度很低；3）对砂光处理后的基材表面进行颗粒封闭处理，比如采用疏水性树脂进行处理，防止基材表面与空气接触；4）浸渍纸制作过程需符合工艺要求，使光泽度及遮盖能力达到标准要求；5）热压工艺及热压设备符合工艺要求。6 结语高光油漆饰面人造板产生橘皮现象的原因有很多，其中影响较大的因素是制备板材的原料，因而选择合适的树种制备基材可以大大减少橘皮现象发生。对基材表面光滑程度影响较大的是含水率和热压压力。对浸渍纸表面光滑程度影响较大的是涂料中的施胶量。为保证良品率，应调整涂装工艺条件，在基材刷涂之前，打磨要彻底，并清理表面灰尘。其次，要注重木材存放环境，尽量保持干燥，降低含水率。在工艺方面，要注重热压时间和热压压力。在涂料方面，应将颜料研磨到一定细度，再选择合适的助剂。如果一次涂膜效果不好，可以进行二次涂膜，以保证人造板的高光性能。参考文献1 李梓雯.森林防火现状问题与防火体系建设对策研究以河南省新乡市为例J.森林防火,2022,40(01):6-9+14.2 陈新杰,孟旭,常印,等.数字化转型背景下森林防火能力提升研究J.森林防火,2022,40(01):51-54+57.3 李昭.纳米复合饰面人造板的制备与性能研究D.哈尔滨:东北林业大学,2018.4 王蕊,田飞宇,徐德良,等.含水率对三聚氰胺甲醛树脂浸渍薄木贴面性能的影响J.西北农林科技大学学报(自然科学版),2020,48(12):64-71+80.5 刘旭.高光金属漆用丙烯酸乳胶的制备与应用研究D.南昌:江西科技师范大学,2021.6 王武生.水性聚氨酯涂料光泽控制理论与实践J.涂料工业,2018,48(06):75-82+87.7 郑祎峰,王世伟.人造板在现代家具设计与制造中的应用趋势J.林产工业,2021,58(09):91-93.8 陈龙现.基于深度学习的刨花板表面缺陷实时检测系统研究D.济南:山东建筑大学,2020.9 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