环保型装饰装修一体化轻质板材开发＊

文/中关村人居环境工程与材料研究院 冯小江 王弘书 赵金平

冯小江，中关村人居环境工程与材料研究院院长助理，工程师

王弘书，中关村人居环境工程与材料研究院研发工程师

赵金平，中关村人居环境工程与材料研究院院长，教授级高级工程师

1 研究背景

随着我国城镇化和城市现代化进程不断加快，建筑工业化作为我国建筑业发展的必由之路，显得越来越重要[1]。在建筑工业中，建筑内墙装饰材料是十分重要的组成部分，存在巨大的市场发展空间。然而，目前建筑内装墙材存在污染室内环境和装饰装修集成度差两大问题，已成为阻碍建筑工业化发展的瓶颈。因此，开发环保型装饰装修一体化轻质板材成为建筑内墙装饰材料发展的必然趋势。

我国目前应用比较广泛的建筑内装墙材主要有3类：涂饰材料、柔性贴面材料和硬质饰面材料。涂饰材料和柔性贴面材料必须以基层墙体或其他基材为基础，现场施工，并且施工过程中会导致甲醛、VOC等有害物质的挥发，污染室内环境，对人体健康造成危害[2]，因此不可能做成装饰装修一体化产品。硬质饰面材料由于本身具有结构支撑作用，如果解决面层装饰问题，即可做成装饰装修一体化材料，但一些硬质饰材存在的缺陷限制其优化成为装饰装修一体化材料，如：大理石、微晶玻璃等高档材料价格昂贵，且存在放射性超标的安全风险；瓷砖存在尺寸受限、铺贴工艺复杂等缺陷；纤维水泥装饰板虽然可以做成大幅面尺寸，但板材比重大，需采用锚挂工艺，增加了施工难度和复杂性。

相比以上材料，纸面石膏板是一种良好的室内装饰装修用板材。如果以纸面石膏板作为基材，开发装饰装修一体化饰面板就能避免上述诸多缺陷，极大简化施工工艺，现场施工效率可提高50倍以上。这种建筑内装墙材的部品化和一体化，对建筑工业化而言，是最基本的保证。

2 研究现状与难点

2.1 国外研究现状

国外利用紫外光（UV）固化技术已有几十年的历史，随着建筑装饰材料制造行业对环保和产品性能要求的提高，UV固化技术在建筑板材应用方面的研究也引起了越来越多的重视。

不同的基质材料，UV辐射工艺和产品性能都不相同。荷兰的千思板属于有机胶粘剂黏结的人造板，采用整体辐射固化工艺，将耐候的各色表面涂层同时固化，涂层质量极高，不仅表面硬度高，而且耐候、耐化学腐蚀性能也很强；比利时埃特尼特公司的“佳秀板”“GLASAL板”，其板基为加压硅酸钙板类，在表面涂装无机涂层后，可使板材的应用领域从内墙扩展到外墙；日本三井木材工业株式会社的三井外装别墅板，板基为无机胶粘剂黏结的人造板，对板材表面加工后做成砖纹、石纹、金属光泽面等各种效果的装饰板，用于别墅外墙。

2.2 国内研究现状

我国对光固化涂料的应用研究始于20世纪70年代，当时发展比较缓慢，主要原因是原材料价格较高。20世纪80年代，原材料问题逐步解决，同时涂料供应商为了满足家具公司对于板式家具涂料的需求，开始生产UV固化涂料和设备，广泛应用UV固化技术。20世纪90年代，室内装饰行业的迅速发展带动了UV固化技术的发展，工艺技术和装备质量得到很大提高。目前我国UV固化技术已得到快速发展，并开始应用于建筑装饰装修材料制造行业。

路则光等[3]探究了在实木复合地板涂饰过程中，涂饰表面产生裂纹的原因，通过试验研究UV强度对涂膜质量的影响，得出最优工艺参数组合；陆全济[4]研究了基材为软木时，以UV辐射固化技术进行饰面制造最佳产品性能的工艺组合，并得出软木地板涂饰前后产生的色差主要与涂饰材料的光学特性有关，该研究为木质板材的饰面工艺与可能影响饰面性能和效果的因素提供了参考；夏卫民[5]通过单因素试验研究了以纸张为基材时，固化温度和辐照时间对涂层耐磨性、光泽度的影响；朱慧等[6]研究了以纸张为基材时，固化速度和温度对涂层光泽度的影响，并对试验数据进行曲线拟合，得到涂层性能最优时固化速度和温度的参数组合；陆瑶等[7]实现了UV清漆在塑料基材方面的应用，为UV涂料的应用提供了参考；谭头文等[8]讨

论了UV固化涂料在几种常用塑料上的应用，并分析了UV涂料在塑料基材应用方面的前景。

2.3 研究难点

紫外光（UV）固化技术在木材和塑料上已经有了比较广泛的应用，但在无机非金属领域尚属起步阶段，具体到纸面石膏板还没有应用的先例。

因此，对于以纸面石膏板为基材的环保型装饰装修一体化轻质板材的开发研究，目前仍存在诸多难点，如：针对纸面石膏板基材的水性UV涂料的开发与性能优化、纸面石膏板基材处理、饰面过程中涂层厚度与UV固化中各个参数的控制等，均需进行大量研究予以解决。

3 研究内容

3.1 水性UV涂料的开发与性能优化

针对现有水性UV涂料在固化过程中，交联密度不够、硬度和耐热性能不理想、胶膜容易产生气泡和针眼、机械性能欠佳及耐水性差等特点，开发水性UV聚氨酯丙烯酸酯涂料并进行优化，选择适用于石膏板基材特性的配方，保证涂料与基材之间的附着性能及涂装效果。

3.2 基材处理

以现有纸面石膏板作为基材，存在石膏板纸面层易渗透，不易分散，抗压强度小，楔形边无法辊涂、转印等缺陷，针对以上问题，研究开发适宜的纸面石膏板。石膏板表面通常具有较强附着力，但其表面平整度和洁净度等因素也会对涂料附着和产品质量产生一定影响，所以在涂装前，要对石膏板表面进行砂光处理，必要时还需进行修补、砂磨等表面处理，使石膏板表面光洁、平整、无污染，以提高涂料附着力。

3.3 参数控制与工艺优化

在UV固化饰面板的过程中，涂层厚度、辐照时间和辐照强度都会对产品性能产生一定影响：①当涂层较薄时，可能会导致产品表面抗划伤性、硬度、耐溶剂性等性能较差，较厚则可能导致涂层与基材界面处固化不完全等问题；②当辐照时间过长且体系温度较高时，将导致基材的热收缩率增大而发生变形，过短则涂料无法完全固化；③涂料固化程度、漆膜质量好坏在很大程度上都与辐照强度有关，UV光源线功率过小、反光罩选择不当等都可能导致涂料固化不完全，同时，过度辐照可能会导致交联固化速度太快，使有些来不及反应的单体或低聚物残留在漆膜中，降低了涂膜的整体性和耐久性。因此，通过控制涂层厚度、辐照时间、辐照强度3个UV固化工艺的核心参数，以研究UV固化技术应用于石膏板时最优的工艺参数组合，并找出影响石膏板涂装质量的因素。

4 工艺方案与技术路线

4.1 工艺方案

结合纸面石膏板PET载体冷转印技术和UV辐射固化工艺，针对石膏板基材，通过控制涂层厚度、辐照时间、辐照强度3个UV固化工艺的核心参数，进行环保型装饰装修一体化轻质板材的UV固化涂装，包括表面处理、底漆涂装、转印、面漆涂装、膜压等多个工序，并不断优化和改进工艺流程。

整体工艺流程主要包括底漆涂饰和面漆涂饰2部分，如图1，2所示。

通过以上工艺将高清图文印制于纸面石膏板基材表面，使内墙装饰板材具有饰面效果好、幅面尺寸大、轻质高强、阻燃防火、施工方便、舒适宜居、环保无污染、价廉物美等特点，可替代高档石材等不可再生资源。

4.2 技术路线

本研究的技术路线以环保型装饰装修一体化轻质板材的制造工艺为主线，首先进行适用于纸面石膏板基材的水性UV涂料的开发，并进行性能优化，保证涂料与基材之间的附着性能及涂装效果。水性UV涂料优化完成后，进行基材处理工艺的探究，针对纸面石膏板存在的缺陷，研究开发适合的纸面石膏板，同时探究石膏板表面砂光处理、除尘处理、修边处理等工艺，保证石膏板表面光洁、平整、无污染，以提高涂料附着力。最后进行工艺参数的优化，通过控制涂层厚度、辐照时间、辐照强度3个UV固化工艺的核心参数，研究UV固化技术应用于饰面板时最优的工艺参数组合，找出影响饰面板涂饰质量的不同因素，确定生产工艺流程，并进行优化，最终研发出完整的生产工艺，技术路线如图3所示。

4.3 产品与性能

底漆与面漆涂饰完成后，对其进行防火性能、硬度、附着力、耐酸碱性、耐溶剂擦拭性、纵向断裂载荷、横向断裂载荷等理化、机械性能的检测。

检测结果表明：通过UV固化技术得到的环保型装饰装修一体化轻质板材，防火性能达到A2级，铅笔硬度（擦伤）4H，耐酸碱性24h不起泡、不脱落、无明显变色，耐溶剂擦拭性100次试件无异常，附着力（划格间距5mm）2级，纵向断裂载荷826N，横向断裂载荷286N。

图1 底漆涂饰工艺流程

图2 面漆涂饰+工艺流程

图3 技术路线

图4 高清仿真、色泽艳丽

5 产品特点与应用前景

5.1 产品特点

1）高清仿真 1000多种大理石、木纹等图案仿真，也可定制图案（见图4）。

2）纹理清晰细腻 色彩鲜艳饱和，漆膜丰满，光泽亮丽，无色差。

3）表面光滑耐磨 硬度可达2H以上，易清洁，耐酸碱、耐盐雾、耐污染。

4）质轻价廉 重量是天然石的1/4，价格是天然石的1/10。

5.2 应用前景

环保型装饰装修一体化轻质板材可直接替代石膏板作为其升级产品，并可替代天然大理石、微晶石等高档饰材用于内墙装饰，如酒店大堂、商场、机场、地铁站、办公室、卫生间、厨房、电视背景墙等。

利用紫外光（UV）固化技术制造环保型装饰装修一体化轻质板材，其上下游产业主要涉及基材、UV涂料及装备等。对基材、UV涂料及涂覆工艺进行优化，利用UV固化技术和水性UV涂料解决了建筑内墙装饰材料本身及施工过程中导致的室内环境污染问题，并提供了一体化产品方案，解决了施工工序复杂、效率低等问题，符合建筑工业化和装饰装修一体化的发展趋势，具有广阔的市场前景和巨大的发展潜力。

参考文献：

[1]刘禹．建筑工业化是中国建筑业发展的必由之路[J]．中国建设信息，2012（10）：36-40．

[2]赖蓝鑫，谢莉．新形势下室内外装饰装修工程材料与工艺的创新[J]．中国高新技术企业，2014（19）：92-93．

[3]路则光，申利明，黄河浪，等．紫外线强度对实木复合地板漆膜质量的影响[J]．南京林业大学学报（自然科学版），2007（2）：59-62．

[4]陆全济．软木饰面材料主要加工工艺研究[D]．咸阳：西北农林科技大学，2011．

[5]夏卫民．UV上光工艺规范化与质量评价体系的研究[D]．西安：西安理工大学，2006．

[6]朱慧，黄志刚．影响UV上光质量的试验分析[J]．今日印刷，2005（6）：89-92．

[7]陆瑶，居同彬，宋卫萍，等． UV固化清漆在摩托车塑料件上的应用[J]．摩托车技术，2000（10）：18-19．

[8]谭头文，王雀，杨帆．塑料用UV固化涂料的发展及应用[J]．上海涂料，2007（8）：22-25，54．