水披覆转印技术对PP、PE木塑材表面装饰

蔡莹莹，魏长智，韦双颖

(东北林业大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150040)



水披覆转印技术对PP、PE木塑材表面装饰

蔡莹莹，魏长智，韦双颖*

(东北林业大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150040)

为了使木塑复合材获得更好的表面装饰效果和良好的附着力，对木塑复合材表面分别喷涂热塑丙烯酸树脂漆和硝基漆两种装饰漆料，再经水披覆转印装饰后比较木塑复合材表面的装饰效果和附着力情况，得出水披覆转印的上膜温度在30～40℃、膜干温度在50～70℃内为宜，转印效果最佳；硝基漆装饰木塑复合材表面附着力情况比热塑丙烯酸树脂漆装饰情况要好，硝基漆在2次装饰时表面附着力可达0级，热塑丙烯酸树脂漆需3次装饰，附着力才可达到0级标准；木塑复合材表面经水披覆转印技术处理后，其装饰效果提高，增加附加值。水披覆转印技术适用于装饰木塑复合材料表面。

木塑复合材；水披覆转印技术；表面装饰；附着力

0　引　言

木塑复合材料(WPC)是利用热塑性塑料，包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)，以及它们的共聚物等作为基体材料，用木粉、稻壳和秸秆等废弃生物质纤维作为增强相，通过一定的加工工艺生产的复合材料，在包装、仓储、城建以及建筑装饰等行业用途十分广泛[1-6]。WPC是一种高性能、高附加值的绿色环保复合材料，具有广阔的市场前景和良好的经济效益和社会效益。

木塑复合材料是后期合成的，没有年轮，大多木塑产品的颜色单一，没有木质感，外观效果较差，产品强度和色牢度都不好，产品的室外受用寿命较短，实际生产和使用中达不到理想的装饰效果，影响了产品的外观形象和市场销售，造成价格低落；经挤出工艺得到的木塑基材色彩不丰富，表面还存在白点、条纹和划痕等缺陷，满足不了人们的审美需求。针对以上问题，采用水披覆转印技术对木塑材料进行表面装饰，即在不规则复杂外型的木塑产品上进行整体披覆转印技术，经转印形成一层无接缝的仿实木天然纹理的表面，其附着效果不受产品材质的影响，减少木塑基材表面存在的缺陷，提高装饰效果[7-9]。经近几年的研究学者调查：把艺术造型部件由木材更换为PE、PP等木塑复合材，其表面经过各种高档木纹的水披覆转印处理后，图案效果逼真，同原木质部件相差无几，获得了国内外消费者的认可与青睐[10]。

本文探讨了一种新的PP和PE木塑材表面装饰的方法，工艺路线为：基材处理→PP处理剂→等离子处理→喷涂底漆→水转印→水洗→干燥→喷涂面漆→干燥。对实验中所用转印膜进行性能检测，使木塑材达到最佳装饰效果。研究应用等离子清洗机处理木塑基材，提高表面活性[11-13]，水披覆转印后从而提高产品表面的附着力；讨论了热塑丙烯酸树脂漆和硝基漆两种装饰涂料对基材进行处理，二者的装饰效果和产品表面附着力情况。

PP、PE木塑材料可用于地板、窗框和门套等装饰用品[14]，经过水披覆转印后木塑复合材料产品表面木纹清晰、逼真，在实际应用中不光满足了产品美观的装饰效果要求，在附着力、柔韧性和耐冲击性等方面均有良好性能。

1　实验材料与工艺

1.1实验材料

材料：木塑复合材试件(PE、PP)、水披覆转印薄膜、活化剂(二甲苯、甲基异丁基甲酮等)、有机硅活性剂(PP处理剂)、热塑丙烯酸树脂、硝基漆、达因笔。

设备：恒温水转印上膜槽(润翔水转印材料有限公司，SC120×80×60)、等离子清洗机(东信高科自动化设备有限公司，TS-P10)、喷枪(嘉欧机电有限公司，W-71)、干燥箱(泰斯特仪器有限公司，101-0AB)。

1.2工艺流程

水披覆转印技术主要包括3个方面：木塑基材预处理、水转印及后处理。

木塑基材的预处理是用砂纸打磨木塑试件表面，获得光滑表面，打磨后喷涂PP处理剂，并放入等离子清洗机处理，使木塑试件表面活性提高，有利于表面附着力的提高。喷涂底漆后进行水披覆转印，把所需的木纹图案在恒温水槽中转印到木塑试件的表面，然后水洗，整理转印后的产品表面。后处理即对转印后的产品表面喷涂面漆、干燥，以保护、美观产品表面。水披覆转印装饰木塑复合材工艺流程如图1所示。

图1　水转印装饰木塑复合材工艺流程图Fig.1 Flow chart of water transfer decorative wood plastic composite materials

1.3试验方法1.3.1试材制备

所用PP、PE木塑内含木粉比例均为60%。

1.3.2表面活性

用砂纸打磨PP和PE木塑试件表面，用PP处理剂喷涂在两种试件表面，待全干后，与木塑放入等离子清洗机处理，处理后用达因笔测试3种试材的表面活性。

1.3.3表面装饰

将PP、PE表面用细砂纸打磨光滑后，喷涂PP处理剂，用热塑丙烯酸漆和硝基漆做装饰漆料对3种试材进行表面装饰，将两种漆分别作1次、2次、3次装饰，观察装饰效果和附着力情况[15]。

1.3.4性能测试

(1)将转印膜裁成10 mm×10 mm大小，恒温水转印上膜槽加热温度在26～48℃范围，对已裁好的转印膜进行溶解时间的测定，每4℃的变化进行记录，筛选最佳转印温度[16]。

(2)转印完成后，对试件进行水洗，成不滴水状态放入鼓风干燥箱，进行干燥，干燥箱温度设定在40～80℃范围，观察转印后膜的干燥情况与温度的关系[17]。

(3)用划格法测试漆膜和转印膜在试材表面的附着力，按照标准GB/T9286-1998在3种试材表面进行附着力测试，0级最好，5级最差。

(4)采用达因笔对PP、PE表面和转印膜图层面测试表面活性，并比较PP处理剂喷涂前后PP木塑、PE木塑表面活性提高情况；等离子处理前后PP、PE木塑表面活性变化情况。

2　结果分析

2.1水温对转印薄膜溶解性能的影响

对PVA薄膜做水温溶解性的测试，结果表明相同厚度的PVA薄膜随着溶解温度的升高，在水中的溶解时间会相应减小。转印槽中的水温度越高越有利于高分子链在水中的伸展，加快溶解。水温不宜过低，水温越低，溶解时间越长，导致生产效率低，且油墨层上会残留未溶解完全的聚乙烯醇，对转印和后期水洗带来不便；而水温过高，虽然溶解快，但油墨层的布朗运动较剧烈，容易造成图案变形，而且水温过高时在后续的喷涂活化剂的过程中，会导致薄膜破损或游离态油墨出现变形的情况。所以水温一般控制在30～40℃范围内为宜，转印效果最佳。水温与PVA膜溶解性能的关系如图2所示。

图2　水温与PVA膜溶解性能的关系Fig.2 Relationship between water temperature and PVA membrane dissolved

2.2干燥温度对转印膜的影响

将PE、PP试件分为涂有底漆和无底漆两组，在恒温控制转印上膜槽中进行水披覆转印，转印完成后PE、PP试件表面附有一层转印薄膜，进行水洗，水洗时间不宜过长，观察转印膜与试件之间没有气泡、转印膜平整附着在试件表面即可。水洗后的试件静置直到拿起不滴水即可放入鼓风干燥箱对转印后的试件进行干燥，干燥温度测试范围在40～80℃，每10℃的变化计量干燥时间，对有底漆和无底漆两组PP、PE试件分别计时转印膜的干燥时间，实验结果如图3所示。

图3　干燥温度对转印膜的影响Fig.3 The influence of drying temperature on the transfer printing film

随鼓风干燥箱内温度的升高，转印膜所需的干燥时间减少，最佳干燥温度在50～70℃，在干燥箱40℃时时间较长，需25 min；在80℃时膜干只需2 min，但温度过高会引起粘合剂表面结皮而发生起泡现象，所以应低与80℃的干燥温度。木塑底材进行有无底漆处理进行比较，发现膜干用时大致相同，可见底漆的喷涂与否不影响膜干情况，但比较产品转印后的表面状态，喷涂底漆的试件表面更为光滑平整，转印膜干燥后色泽饱满，亮度较高。

2.3装饰次数与附着力

本实验主要是在木塑基材表面进行预处理后，用热塑丙烯酸树脂漆和硝基漆做底漆和面漆，再进行转印工艺。不喷涂面漆，转印膜直接做产品表面，附着力很差，尤其PP木塑表面附着力为5级，喷涂面漆是必须的程序，既保护转印膜，也可提高产品表面附着力。两种漆料装饰后的PE、PP木塑复合材表面的附着力随装饰次数的增加而增加，并且硝基漆装饰的产品附着力要高于热塑丙烯酸树脂漆。在用热塑丙烯酸树脂漆1次装饰时，PE木塑表面附着力是2级，PP木塑表面附着力为3级，要低于硝基漆1次装饰后表面的附着力，在2次装饰时，硝基漆装饰表面可达0级，已是最佳状态，而热塑丙烯酸树脂漆需3次装饰才可达到0级标准，用热塑丙烯酸树脂漆和硝基漆装饰后，PP木塑表面附着力要低于PE木塑表面的附着力，可见在装饰图层漆膜附着力方面硝基漆比热塑丙烯酸树脂漆要高些。木塑材料表面装饰次数与附着力关系见表1。

表1　木塑材料表面装饰次数与附着力关系

2.4表面活性对附着力的影响

用达因笔测试PP、PE木塑基材表面不同处理情况下的表面活性，结果发现未处理直接转印的试材表面活性较低，附着力不高；经过等离子清洗机处理后，表面活性增加，转印后的产品附着力可达到0级。PP和PE木塑基材表面活性分别是30 mN/m和32 mN/m，涂有底漆的试件表面测表面活性数值为32 mN/m，转印膜的表面活性为38 mN/m，基材表面活性低于转印膜的活性，不喷涂底漆直接转印的话，转印膜表面活性大于基材表面活性，达不到粘结要求；基材喷涂底漆后表面活性为32 mN/m，依旧是低于转印膜表面活性；针对PP、PE木塑试件在基本处理后表面喷涂PP水，PP水有提高表面活性的作用，待全干后测PP、PE木塑试件表面活性分别为32、34 mN/m，表面活性仍需提高。在PP、PE木塑试件喷涂底漆前，将试件放入等离子清洗机处理，既可清洁也可大大提高试件的表面张力和润湿性，以达到清洗、涂覆目的。木塑基材等离子处理前后的表面活性见表2。

表2　木塑基材等离子处理前后的表面活性

比较经等离子清洗机处理前后，测试木塑产品表面附着力，未处理表面附着力明显低于用等离子处理后的表面附着力。附着力等级为0级最佳，5级最差。等离子清洗机的真空腔体里，通过射频电源在一定的压力情况下产生高能量的无序的等离子体，通过等离子体处理被清洗产品表面，导致木塑基材表面活性增加，喷漆及水披覆转印提高粘结性，产品表面的附着力也会大大提高。木塑基材等离子处理前后的附着力见表3。

表3　木塑基材等离子处理前后的附着力

3　结　论

(1)从实验中可以得出，转印过程中的温度控制上，水温一般控制在30～40℃范围内，膜干温度在50～70℃，转印效果最佳，有利于转印膜充分溶解、舒展和基材表面的装饰效果；对于PP、PE木塑表面装饰，比较于热塑丙烯酸树脂漆，硝基漆装饰后附着力效果较好，且装饰次数的增加，附着力也会随之增加，硝基漆装饰2次，热塑丙烯酸树脂漆装饰次数在3次为最佳装饰效果；用等离子清洗机处理木塑基材表面，使其表面活性提高利于粘结，从而增加表面转印膜与漆膜的附着力，经等离子处理的木塑表面附着力可达0级。

(2)产品表面纹理色彩丰富、形象逼真，可以假乱真，经曲面披覆加工后，可大大提高木塑产品的附加值，增加经济效益。因此，水披覆转印技术应用于木塑材料表面具有适用性、合理性和经济性。采用水披覆转印技术对木塑复合材料进行表面装饰，水披覆转印技术操作简单，生产效率高，绿色环保，是一项应用范围广泛、具有良好发展前景的实用技术，搭配同样具有环保性的木塑复合材料，对我国的经济发展、环境保护及资源的合理利用具有十分重要的现实意义[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

黑龙江省青年科学基金项目(QC2013C034)

蔡莹莹，硕士研究生。研究方向：木塑复合材表面装饰。

韦双颖，博士，副教授。研究方向：木塑复合材表面装饰。Email：dephnewsy@163.com

蔡莹莹，魏长智，韦双颖.水披覆转印技术对PP、PE木塑材表面装饰[J].森林工程，2016，32(5)：40-43.

TS 805

A

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