環(huán)保型裝飾裝修一體化輕質(zhì)板材開發(fā)＊

文/中關(guān)村人居環(huán)境工程與材料研究院 馮小江 王弘書 趙金平

馮小江，中關(guān)村人居環(huán)境工程與材料研究院院長助理，工程師

王弘書，中關(guān)村人居環(huán)境工程與材料研究院研發(fā)工程師

趙金平，中關(guān)村人居環(huán)境工程與材料研究院院長，教授級高級工程師

1 研究背景

隨著我國城鎮(zhèn)化和城市現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快，建筑工業(yè)化作為我國建筑業(yè)發(fā)展的必由之路，顯得越來越重要[1]。在建筑工業(yè)中，建筑內(nèi)墻裝飾材料是十分重要的組成部分，存在巨大的市場發(fā)展空間。然而，目前建筑內(nèi)裝墻材存在污染室內(nèi)環(huán)境和裝飾裝修集成度差兩大問題，已成為阻礙建筑工業(yè)化發(fā)展的瓶頸。因此，開發(fā)環(huán)保型裝飾裝修一體化輕質(zhì)板材成為建筑內(nèi)墻裝飾材料發(fā)展的必然趨勢。

我國目前應(yīng)用比較廣泛的建筑內(nèi)裝墻材主要有3類：涂飾材料、柔性貼面材料和硬質(zhì)飾面材料。涂飾材料和柔性貼面材料必須以基層墻體或其他基材為基礎(chǔ)，現(xiàn)場施工，并且施工過程中會導(dǎo)致甲醛、VOC等有害物質(zhì)的揮發(fā)，污染室內(nèi)環(huán)境，對人體健康造成危害[2]，因此不可能做成裝飾裝修一體化產(chǎn)品。硬質(zhì)飾面材料由于本身具有結(jié)構(gòu)支撐作用，如果解決面層裝飾問題，即可做成裝飾裝修一體化材料，但一些硬質(zhì)飾材存在的缺陷限制其優(yōu)化成為裝飾裝修一體化材料，如：大理石、微晶玻璃等高檔材料價(jià)格昂貴，且存在放射性超標(biāo)的安全風(fēng)險(xiǎn)；瓷磚存在尺寸受限、鋪貼工藝復(fù)雜等缺陷；纖維水泥裝飾板雖然可以做成大幅面尺寸，但板材比重大，需采用錨掛工藝，增加了施工難度和復(fù)雜性。

相比以上材料，紙面石膏板是一種良好的室內(nèi)裝飾裝修用板材。如果以紙面石膏板作為基材，開發(fā)裝飾裝修一體化飾面板就能避免上述諸多缺陷，極大簡化施工工藝，現(xiàn)場施工效率可提高50倍以上。這種建筑內(nèi)裝墻材的部品化和一體化，對建筑工業(yè)化而言，是最基本的保證。

2 研究現(xiàn)狀與難點(diǎn)

2.1 國外研究現(xiàn)狀

國外利用紫外光（UV）固化技術(shù)已有幾十年的歷史，隨著建筑裝飾材料制造行業(yè)對環(huán)保和產(chǎn)品性能要求的提高，UV固化技術(shù)在建筑板材應(yīng)用方面的研究也引起了越來越多的重視。

不同的基質(zhì)材料，UV輻射工藝和產(chǎn)品性能都不相同。荷蘭的千思板屬于有機(jī)膠粘劑黏結(jié)的人造板，采用整體輻射固化工藝，將耐候的各色表面涂層同時(shí)固化，涂層質(zhì)量極高，不僅表面硬度高，而且耐候、耐化學(xué)腐蝕性能也很強(qiáng)；比利時(shí)埃特尼特公司的“佳秀板”“GLASAL板”，其板基為加壓硅酸鈣板類，在表面涂裝無機(jī)涂層后，可使板材的應(yīng)用領(lǐng)域從內(nèi)墻擴(kuò)展到外墻；日本三井木材工業(yè)株式會社的三井外裝別墅板，板基為無機(jī)膠粘劑黏結(jié)的人造板，對板材表面加工后做成磚紋、石紋、金屬光澤面等各種效果的裝飾板，用于別墅外墻。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國對光固化涂料的應(yīng)用研究始于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)發(fā)展比較緩慢，主要原因是原材料價(jià)格較高。20世紀(jì)80年代，原材料問題逐步解決，同時(shí)涂料供應(yīng)商為了滿足家具公司對于板式家具涂料的需求，開始生產(chǎn)UV固化涂料和設(shè)備，廣泛應(yīng)用UV固化技術(shù)。20世紀(jì)90年代，室內(nèi)裝飾行業(yè)的迅速發(fā)展帶動了UV固化技術(shù)的發(fā)展，工藝技術(shù)和裝備質(zhì)量得到很大提高。目前我國UV固化技術(shù)已得到快速發(fā)展，并開始應(yīng)用于建筑裝飾裝修材料制造行業(yè)。

路則光等[3]探究了在實(shí)木復(fù)合地板涂飾過程中，涂飾表面產(chǎn)生裂紋的原因，通過試驗(yàn)研究UV強(qiáng)度對涂膜質(zhì)量的影響，得出最優(yōu)工藝參數(shù)組合；陸全濟(jì)[4]研究了基材為軟木時(shí)，以UV輻射固化技術(shù)進(jìn)行飾面制造最佳產(chǎn)品性能的工藝組合，并得出軟木地板涂飾前后產(chǎn)生的色差主要與涂飾材料的光學(xué)特性有關(guān)，該研究為木質(zhì)板材的飾面工藝與可能影響飾面性能和效果的因素提供了參考；夏衛(wèi)民[5]通過單因素試驗(yàn)研究了以紙張為基材時(shí)，固化溫度和輻照時(shí)間對涂層耐磨性、光澤度的影響；朱慧等[6]研究了以紙張為基材時(shí)，固化速度和溫度對涂層光澤度的影響，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到涂層性能最優(yōu)時(shí)固化速度和溫度的參數(shù)組合；陸瑤等[7]實(shí)現(xiàn)了UV清漆在塑料基材方面的應(yīng)用，為UV涂料的應(yīng)用提供了參考；譚頭文等[8]討

論了UV固化涂料在幾種常用塑料上的應(yīng)用，并分析了UV涂料在塑料基材應(yīng)用方面的前景。

2.3 研究難點(diǎn)

紫外光（UV）固化技術(shù)在木材和塑料上已經(jīng)有了比較廣泛的應(yīng)用，但在無機(jī)非金屬領(lǐng)域尚屬起步階段，具體到紙面石膏板還沒有應(yīng)用的先例。

因此，對于以紙面石膏板為基材的環(huán)保型裝飾裝修一體化輕質(zhì)板材的開發(fā)研究，目前仍存在諸多難點(diǎn)，如：針對紙面石膏板基材的水性UV涂料的開發(fā)與性能優(yōu)化、紙面石膏板基材處理、飾面過程中涂層厚度與UV固化中各個(gè)參數(shù)的控制等，均需進(jìn)行大量研究予以解決。

3 研究內(nèi)容

3.1 水性UV涂料的開發(fā)與性能優(yōu)化

針對現(xiàn)有水性UV涂料在固化過程中，交聯(lián)密度不夠、硬度和耐熱性能不理想、膠膜容易產(chǎn)生氣泡和針眼、機(jī)械性能欠佳及耐水性差等特點(diǎn)，開發(fā)水性UV聚氨酯丙烯酸酯涂料并進(jìn)行優(yōu)化，選擇適用于石膏板基材特性的配方，保證涂料與基材之間的附著性能及涂裝效果。

3.2 基材處理

以現(xiàn)有紙面石膏板作為基材，存在石膏板紙面層易滲透，不易分散，抗壓強(qiáng)度小，楔形邊無法輥涂、轉(zhuǎn)印等缺陷，針對以上問題，研究開發(fā)適宜的紙面石膏板。石膏板表面通常具有較強(qiáng)附著力，但其表面平整度和潔凈度等因素也會對涂料附著和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，所以在涂裝前，要對石膏板表面進(jìn)行砂光處理，必要時(shí)還需進(jìn)行修補(bǔ)、砂磨等表面處理，使石膏板表面光潔、平整、無污染，以提高涂料附著力。

3.3 參數(shù)控制與工藝優(yōu)化

在UV固化飾面板的過程中，涂層厚度、輻照時(shí)間和輻照強(qiáng)度都會對產(chǎn)品性能產(chǎn)生一定影響：①當(dāng)涂層較薄時(shí)，可能會導(dǎo)致產(chǎn)品表面抗劃傷性、硬度、耐溶劑性等性能較差，較厚則可能導(dǎo)致涂層與基材界面處固化不完全等問題；②當(dāng)輻照時(shí)間過長且體系溫度較高時(shí)，將導(dǎo)致基材的熱收縮率增大而發(fā)生變形，過短則涂料無法完全固化；③涂料固化程度、漆膜質(zhì)量好壞在很大程度上都與輻照強(qiáng)度有關(guān)，UV光源線功率過小、反光罩選擇不當(dāng)?shù)榷伎赡軐?dǎo)致涂料固化不完全，同時(shí)，過度輻照可能會導(dǎo)致交聯(lián)固化速度太快，使有些來不及反應(yīng)的單體或低聚物殘留在漆膜中，降低了涂膜的整體性和耐久性。因此，通過控制涂層厚度、輻照時(shí)間、輻照強(qiáng)度3個(gè)UV固化工藝的核心參數(shù)，以研究UV固化技術(shù)應(yīng)用于石膏板時(shí)最優(yōu)的工藝參數(shù)組合，并找出影響石膏板涂裝質(zhì)量的因素。

4 工藝方案與技術(shù)路線

4.1 工藝方案

結(jié)合紙面石膏板PET載體冷轉(zhuǎn)印技術(shù)和UV輻射固化工藝，針對石膏板基材，通過控制涂層厚度、輻照時(shí)間、輻照強(qiáng)度3個(gè)UV固化工藝的核心參數(shù)，進(jìn)行環(huán)保型裝飾裝修一體化輕質(zhì)板材的UV固化涂裝，包括表面處理、底漆涂裝、轉(zhuǎn)印、面漆涂裝、膜壓等多個(gè)工序，并不斷優(yōu)化和改進(jìn)工藝流程。

整體工藝流程主要包括底漆涂飾和面漆涂飾2部分，如圖1，2所示。

通過以上工藝將高清圖文印制于紙面石膏板基材表面，使內(nèi)墻裝飾板材具有飾面效果好、幅面尺寸大、輕質(zhì)高強(qiáng)、阻燃防火、施工方便、舒適宜居、環(huán)保無污染、價(jià)廉物美等特點(diǎn)，可替代高檔石材等不可再生資源。

4.2 技術(shù)路線

本研究的技術(shù)路線以環(huán)保型裝飾裝修一體化輕質(zhì)板材的制造工藝為主線，首先進(jìn)行適用于紙面石膏板基材的水性UV涂料的開發(fā)，并進(jìn)行性能優(yōu)化，保證涂料與基材之間的附著性能及涂裝效果。水性UV涂料優(yōu)化完成后，進(jìn)行基材處理工藝的探究，針對紙面石膏板存在的缺陷，研究開發(fā)適合的紙面石膏板，同時(shí)探究石膏板表面砂光處理、除塵處理、修邊處理等工藝，保證石膏板表面光潔、平整、無污染，以提高涂料附著力。最后進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化，通過控制涂層厚度、輻照時(shí)間、輻照強(qiáng)度3個(gè)UV固化工藝的核心參數(shù)，研究UV固化技術(shù)應(yīng)用于飾面板時(shí)最優(yōu)的工藝參數(shù)組合，找出影響飾面板涂飾質(zhì)量的不同因素，確定生產(chǎn)工藝流程，并進(jìn)行優(yōu)化，最終研發(fā)出完整的生產(chǎn)工藝，技術(shù)路線如圖3所示。

4.3 產(chǎn)品與性能

底漆與面漆涂飾完成后，對其進(jìn)行防火性能、硬度、附著力、耐酸堿性、耐溶劑擦拭性、縱向斷裂載荷、橫向斷裂載荷等理化、機(jī)械性能的檢測。

檢測結(jié)果表明：通過UV固化技術(shù)得到的環(huán)保型裝飾裝修一體化輕質(zhì)板材，防火性能達(dá)到A2級，鉛筆硬度（擦傷）4H，耐酸堿性24h不起泡、不脫落、無明顯變色，耐溶劑擦拭性100次試件無異常，附著力（劃格間距5mm）2級，縱向斷裂載荷826N，橫向斷裂載荷286N。

圖1 底漆涂飾工藝流程

圖2 面漆涂飾+工藝流程

圖3 技術(shù)路線

圖4 高清仿真、色澤艷麗

5 產(chǎn)品特點(diǎn)與應(yīng)用前景

5.1 產(chǎn)品特點(diǎn)

1）高清仿真 1000多種大理石、木紋等圖案仿真，也可定制圖案（見圖4）。

2）紋理清晰細(xì)膩 色彩鮮艷飽和，漆膜豐滿，光澤亮麗，無色差。

3）表面光滑耐磨 硬度可達(dá)2H以上，易清潔，耐酸堿、耐鹽霧、耐污染。

4）質(zhì)輕價(jià)廉 重量是天然石的1/4，價(jià)格是天然石的1/10。

5.2 應(yīng)用前景

環(huán)保型裝飾裝修一體化輕質(zhì)板材可直接替代石膏板作為其升級產(chǎn)品，并可替代天然大理石、微晶石等高檔飾材用于內(nèi)墻裝飾，如酒店大堂、商場、機(jī)場、地鐵站、辦公室、衛(wèi)生間、廚房、電視背景墻等。

利用紫外光（UV）固化技術(shù)制造環(huán)保型裝飾裝修一體化輕質(zhì)板材，其上下游產(chǎn)業(yè)主要涉及基材、UV涂料及裝備等。對基材、UV涂料及涂覆工藝進(jìn)行優(yōu)化，利用UV固化技術(shù)和水性UV涂料解決了建筑內(nèi)墻裝飾材料本身及施工過程中導(dǎo)致的室內(nèi)環(huán)境污染問題，并提供了一體化產(chǎn)品方案，解決了施工工序復(fù)雜、效率低等問題，符合建筑工業(yè)化和裝飾裝修一體化的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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