水披覆轉印技術對PP、PE木塑材表面裝飾

蔡瑩瑩，魏長智，韋雙穎

(東北林業大學 材料科學與工程學院，哈爾濱 150040)

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水披覆轉印技術對PP、PE木塑材表面裝飾

蔡瑩瑩，魏長智，韋雙穎*

(東北林業大學 材料科學與工程學院，哈爾濱 150040)

為了使木塑復合材獲得更好的表面裝飾效果和良好的附著力，對木塑復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，再經水披覆轉印裝飾后比較木塑復合材表面的裝飾效果和附著力情況，得出水披覆轉印的上膜溫度在30～40℃、膜干溫度在50～70℃內為宜，轉印效果最佳；硝基漆裝飾木塑復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0級，熱塑丙烯酸樹脂漆需3次裝飾，附著力才可達到0級標準；木塑復合材表面經水披覆轉印技術處理后，其裝飾效果提高，增加附加值。水披覆轉印技術適用于裝飾木塑復合材料表面。

木塑復合材；水披覆轉印技術；表面裝飾；附著力

0　引　言

木塑復合材料(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纖維作為增強相，通過一定的加工工藝生產的復合材料，在包裝、倉儲、城建以及建筑裝飾等行業用途十分廣泛[1-6]。WPC是一種高性能、高附加值的綠色環保復合材料，具有廣闊的市場前景和良好的經濟效益和社會效益。

木塑復合材料是后期合成的，沒有年輪，大多木塑產品的顏色單一，沒有木質感，外觀效果較差，產品強度和色牢度都不好，產品的室外受用壽命較短，實際生產和使用中達不到理想的裝飾效果，影響了產品的外觀形象和市場銷售，造成價格低落；經擠出工藝得到的木塑基材色彩不豐富，表面還存在白點、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，采用水披覆轉印技術對木塑材料進行表面裝飾，即在不規則復雜外型的木塑產品上進行整體披覆轉印技術，經轉印形成一層無接縫的仿實木天然紋理的表面，其附著效果不受產品材質的影響，減少木塑基材表面存在的缺陷，提高裝飾效果[7-9]。經近幾年的研究學者調查：把藝術造型部件由木材更換為PE、PP等木塑復合材，其表面經過各種高檔木紋的水披覆轉印處理后，圖案效果逼真，同原木質部件相差無幾，獲得了國內外消費者的認可與青睞[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→水轉印→水洗→干燥→噴涂面漆→干燥。對實驗中所用轉印膜進行性能檢測，使木塑材達到最佳裝飾效果。研究應用等離子清洗機處理木塑基材，提高表面活性[11-13]，水披覆轉印后從而提高產品表面的附著力；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行處理，二者的裝飾效果和產品表面附著力情況。

PP、PE木塑材料可用于地板、窗框和門套等裝飾用品[14]，經過水披覆轉印后木塑復合材料產品表面木紋清晰、逼真，在實際應用中不光滿足了產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　實驗材料與工藝

1.1實驗材料

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

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

1.2工藝流程

水披覆轉印技術主要包括3個方面：木塑基材預處理、水轉印及后處理。

木塑基材的預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。噴涂底漆后進行水披覆轉印，把所需的木紋圖案在恒溫水槽中轉印到木塑試件的表面，然后水洗，整理轉印后的產品表面。后處理即對轉印后的產品表面噴涂面漆、干燥，以保護、美觀產品表面。水披覆轉印裝飾木塑復合材工藝流程如圖1所示。

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

1.3試驗方法1.3.1試材制備

所用PP、PE木塑內含木粉比例均為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處理，處理后用達因筆測試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)將轉印膜裁成10 mm×10 mm大小，恒溫水轉印上膜槽加熱溫度在26～48℃范圍，對已裁好的轉印膜進行溶解時間的測定，每4℃的變化進行記錄，篩選最佳轉印溫度[16]。

(2)轉印完成后，對試件進行水洗，成不滴水狀態放入鼓風干燥箱，進行干燥，干燥箱溫度設定在40～80℃范圍，觀察轉印后膜的干燥情況與溫度的關系[17]。

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

(4)采用達因筆對PP、PE表面和轉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　結果分析

2.1水溫對轉印薄膜溶解性能的影響

對PVA薄膜做水溫溶解性的測試，結果表明相同厚度的PVA薄膜隨著溶解溫度的升高，在水中的溶解時間會相應減小。轉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，導致生產效率低，且油墨層上會殘留未溶解完全的聚乙烯醇，對轉印和后期水洗帶來不便；而水溫過高，雖然溶解快，但油墨層的布朗運動較劇烈，容易造成圖案變形，而且水溫過高時在后續的噴涂活化劑的過程中，會導致薄膜破損或游離態油墨出現變形的情況。所以水溫一般控制在30～40℃范圍內為宜，轉印效果最佳。水溫與PVA膜溶解性能的關系如圖2所示。

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

2.2干燥溫度對轉印膜的影響

將PE、PP試件分為涂有底漆和無底漆兩組，在恒溫控制轉印上膜槽中進行水披覆轉印，轉印完成后PE、PP試件表面附有一層轉印薄膜，進行水洗，水洗時間不宜過長，觀察轉印膜與試件之間沒有氣泡、轉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干燥箱對轉印后的試件進行干燥，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試件分別計時轉印膜的干燥時間，實驗結果如圖3所示。

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

隨鼓風干燥箱內溫度的升高，轉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皮而發生起泡現象，所以應低與80℃的干燥溫度。木塑底材進行有無底漆處理進行比較，發現膜干用時大致相同，可見底漆的噴涂與否不影響膜干情況，但比較產品轉印后的表面狀態，噴涂底漆的試件表面更為光滑平整，轉印膜干燥后色澤飽滿，亮度較高。

2.3裝飾次數與附著力

本實驗主要是在木塑基材表面進行預處理后，用熱塑丙烯酸樹脂漆和硝基漆做底漆和面漆，再進行轉印工藝。不噴涂面漆，轉印膜直接做產品表面，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，既保護轉印膜，也可提高產品表面附著力。兩種漆料裝飾后的PE、PP木塑復合材表面的附著力隨裝飾次數的增加而增加，并且硝基漆裝飾的產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0級，已是最佳狀態，而熱塑丙烯酸樹脂漆需3次裝飾才可達到0級標準，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與附著力關系見表1。

表1　木塑材料表面裝飾次數與附著力關系

2.4表面活性對附著力的影響

用達因筆測試PP、PE木塑基材表面不同處理情況下的表面活性，結果發現未處理直接轉印的試材表面活性較低，附著力不高；經過等離子清洗機處理后，表面活性增加，轉印后的產品附著力可達到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值為32 mN/m，轉印膜的表面活性為38 mN/m，基材表面活性低于轉印膜的活性，不噴涂底漆直接轉印的話，轉印膜表面活性大于基材表面活性，達不到粘結要求；基材噴涂底漆后表面活性為32 mN/m，依舊是低于轉印膜表面活性；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

比較經等離子清洗機處理前后，測試木塑產品表面附著力，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。等離子清洗機的真空腔體里，通過射頻電源在一定的壓力情況下產生高能量的無序的等離子體，通過等離子體處理被清洗產品表面，導致木塑基材表面活性增加，噴漆及水披覆轉印提高粘結性，產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　論

(1)從實驗中可以得出，轉印過程中的溫度控制上，水溫一般控制在30～40℃范圍內，膜干溫度在50～70℃，轉印效果最佳，有利于轉印膜充分溶解、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在3次為最佳裝飾效果；用等離子清洗機處理木塑基材表面，使其表面活性提高利于粘結，從而增加表面轉印膜與漆膜的附著力，經等離子處理的木塑表面附著力可達0級。

(2)產品表面紋理色彩豐富、形象逼真，可以假亂真，經曲面披覆加工后，可大大提高木塑產品的附加值，增加經濟效益。因此，水披覆轉印技術應用于木塑材料表面具有適用性、合理性和經濟性。采用水披覆轉印技術對木塑復合材料進行表面裝飾，水披覆轉印技術操作簡單，生產效率高，綠色環保，是一項應用范圍廣泛、具有良好發展前景的實用技術，搭配同樣具有環保性的木塑復合材料，對我國的經濟發展、環境保護及資源的合理利用具有十分重要的現實意義[16-17]。

[1]沈凡成，賈潤禮.木塑復合材料的研究進展與發展前景[J].塑料助劑，2010，79(1)：5-9.

[2]H’ng P S，Lee A N，Hang C M，et al.Biological durability of injection moulded wood plastic composite boards[J].Journal of Applied Sciences，2011，11：384-338.

[3]Guo J，Tang Y ，Xu Z.Performance and thermal behavior of wood plastic composite produced by nonmetals of pulverized waste printed circuit boards[J].Journal of Hazardous Materials，2010，179(1)：203-207.

[4]劉濤，何慧，洪浩群，等.木塑復合材料研究進展[J].絕緣材料，2008，41(2)：31-42.

[5]李光哲.木塑復合材料的研究熱點及發展趨[J].木材加工機械，2010，3(2)：41-44.

[6]Isa A，Minamino J，Kojima Y，et al.The influence of dry-milled wood flour on the physical properties of wood flour/polypropylene comp composites[J].Journal of Wood Chemistry and Technology，2016，36(2)：105-113.

[7]張瑞娟，趙俊成.水轉印技術[J].網印工業，2008(4)：34-37.

[8]付翠霞，郝喜海.水披覆轉印的研究進展[J].包裝學報，2012.4(3)：21-34.

[9]董彥博，李培金.淀粉對水轉印用PVA模的改性研究[J].應用化工，2007，36(4)：376-379.

[10]王緒建.水披覆轉印工藝[J].電鍍與涂飾，2007，26(4)：21-34.

[11]Wolkenhauer A，Avramidis G，Hauswald E.Plasma treatment of wood-plastic composites to enhance their adhesion properties[J].Journal of Adhesion Science and Technology，2008，22(16)：2025-2037.

[12]Kotal V，Stopka P，Sajdl P.Thin surface layer of plasma treated polyethylene[J].Strength of Materials，2008，40(1)：86-89.

[13]Choi H S，Shikova T G，Titov V A.Surface oxidation of polythylene using an atmospheric pressure glow discharge wish liquid electrolyte cathode[J].Journal of Colloid and Interface Science，2006，300(2)：640-647.

[14]王桂英，任象玉，邱繼風.硅藻土/PVC木塑復合材料涂飾技術[J].長春工業大學學報(自然科學版)，2012，33(3)：337-3 43.

[15]姚愛瑩，宋魁彥.木塑復合材料表面裝飾研究[J].安徽農業科學，2015，43(3)：226-229.

[16]劉凡.噴墨印刷水轉印技術的研究[D].北京：北京化工大學，2006.

[17]張艷，安柏靜.木塑、塑料、金屬制品披覆水轉印工藝：中國，200810146554.7[P].2009-04-09.

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

黑龍江省青年科學基金項目(QC2013C034)

蔡瑩瑩，碩士研究生。研究方向：木塑復合材表面裝飾。

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

蔡瑩瑩，魏長智，韋雙穎.水披覆轉印技術對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