近年来我国家具业和室内装饰业的快速发展,带动了对木制品表面装饰材料需求的增长。木制品表面饰面材料主要有装饰薄木、浸渍胶膜纸、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)装饰膜和聚酯薄膜(PET)等。其中,塑料薄膜类(PVC、PP、PET)和浸渍胶膜纸饰面材料,可制成具有天然木材纹理视感乃至触感的表面,较天然珍贵木材装饰薄木而言,可实现低成本、高附加值的表面装饰效果。

一般而言,PVC或PP装饰膜具有材质相对较软、异形面适应性好等特点,通常用于木门门扇及门套线、木制品装饰线条、橱柜、衣柜等木制品平面和异形部位的表面装饰与包覆,具有较广阔的应用前景。近年来,由于PVC装饰膜含有氯代物,在燃烧过程中会产生氯化氢和其他有毒气体,且表面耐磨性、耐高温性和抗冲击性均较差,图案质感欠佳,缺乏立体感等缺点,越来越多的厂家将注意力转移到PP装饰膜上。

PP装饰膜,是以聚丙烯树脂为主要原料加入各种助剂以压延成型法生产的光面或浅花纹装饰用聚丙烯压延薄膜,具有可塑性好、装饰性强,可降解,不含有氯代物及铅、镉、邻苯二甲酸盐等重金属类有害物质,相对于天然装饰薄木具有成本低和柔性好的特点,在木门、木家具等木制品的封边处理及平面、异形表面饰面应用较多。近年来,随着国家对环保的日益重视,PP装饰膜的热度逐渐提升,成为代替传统PVC饰面膜的重要产品。为了达到逼真的材料表面外观和纹理效果,现有市场的PP膜可根据材料类别和属性制成仿木纹、大理石、皮革、拉丝等多种效果,木制品表面则常用仿木纹PP装饰膜。

1国内外聚丙烯装饰膜应用现状

PP装饰膜在国外的应用相对较早,且应用范围较广。在日本、欧洲等地,PP装饰膜是木制品表面装饰的重要材料。在国内,随着国家对环保问题的重视及相关标准对有害物质排放的限制,目前已有一些标准,如社会团体标准T/CNFPIA 3001—2018《绿色产品评价木质门》,已将PP装饰膜列为木质门的表面饰面材料之一。目前,TATA木门、梦天木门、巴洛克地板、欧派橱柜等一些木制品龙头企业,都已相继开始使用PP装饰膜替代传统PVC装饰膜进行木制品表面装饰。此外,中国林产工业协会等相关组织也在力推PP装饰膜。因此,PP装饰膜具有广阔的市场应用前景。

1.1 聚丙烯薄膜性能要求

PP薄膜在表面装饰、大棚膜、产品包装等领域都有应用。木制品表面PP装饰膜,通常采用平面热压贴面或异形包覆等实现对木制品平面或异形表面的装饰。一般而言,常用的聚丙烯薄膜外观质量通常包括平整度好,无明显的料柱痕,花纹清晰均匀,无明显光泽斑和气痕,不允许有穿孔、永久性褶皱、油渍等,表面一般不允许出现6 mm以上的附着杂质,卷端面错位通常≤5 mm,卷取基本整齐、不应有严重的松懈、皱纹等缺陷。

PP薄膜作为表面装饰材料,同时需要对其长度、宽度和厚度方向进行偏差控制。在物理力学性能方面,主要涉及横向和纵向的拉伸强度、断裂伸长率、直角撕裂强度、尺寸变化率等,与此同时还要考虑材料的加热损失率和耐光性等。

1.2 普通聚丙烯装饰膜制作工艺

PP装饰膜的结构,一般由下至上依次为PP基材层、油墨印刷图案层、粘合剂层、透明树脂层和表面保护层。根据立体纹理需求,如对PP装饰膜表面纹理质感有特殊要求的,部分厂家在透明树脂层设有凹槽。近年来,有以高分子聚合物聚丙烯为原料,添加各种助剂,并利用马来酸酐(MAH)对聚丙烯进行接枝改性,经压延、复合,印刷木纹图案,制成改性仿真实木PP装饰膜,其外观效果和理化性能良好。喻克雄等系统研究了反应温度、反应时间、引发剂(过氧化二苯甲酰)和单体(MAH)等对PP装饰膜接枝率的影响,得出经马来酸酐改性后的PP装饰膜表面耐磨性、纹理立体感和油墨附着等性能均得到有效提高的重要结论。

1.3 带涂饰的聚丙烯装饰膜开发

为了满足消费者需求,市场目前正在着力开发表面经涂饰处理的PP装饰膜,主要以电子束辐射(EB)固化为主。电子束固化聚丙烯(EBPP)膜,是通过电子束照射PP装饰膜表面涂覆的涂料树脂,利用电子加速器产生的高能电子束引发树脂聚合或交联固化,使PP装饰膜表面瞬间形成强韧的涂膜树脂层,从而获得较好的耐候性、耐磨性、耐刮性、抗污性等表面性能。EBPP膜结构见图1所示。

图1 电子束固化聚丙烯膜结构

电子束固化PP装饰膜具有如下优点:电子束固化的电能利用率高;固化速度快,固化时间<1 s;电子束能量大,可直接打开丙烯酸酯涂料等产生自由基,引发聚合反应,因此不需要引发剂,提高了涂料的储存稳定性,并降低光引发剂分解产生的副产物带来的颜色和气味;电子束的穿透能力强,能达几厘米;固化后产品的表面触觉更加细腻真实。但是,EBPP膜存在技术门槛较高、设备投入风险较大等问题,目前还需大量技术研发。针对PP装饰膜应用场合耐磨性、耐候性等的具体要求,国内已有企业在研究电子束固化涂料及涂饰工艺,如采用无机纳米材料分散液、无机纳米紫外吸收剂分散液、多官能团单体与丙烯酸酯预聚体等制备电子束固化涂料,从而使涂层具有较好的硬度、耐水性、耐磨性与耐候性。EBPP膜可广泛推广应用于护墙板、室内门、橱柜、衣柜等各类柜体、地板等的平贴或包覆表面饰面。

1.4 功能型PP装饰膜的开发应用

随着人类生活水平的提高和对环保、质量等诉求的提升,传统外观逼真的PP装饰膜已无法满足消费者的需求。如对环境清洁无菌或少菌要求较高的场所,其家具及室内墙板、地板、木门等室内家居产品通常需考虑抗菌功能;对需要镜面效果、亮光漆或烤漆效果的台面、柜体及饰面板等材料表面,则应考虑表面装饰材料的指痕去除等问题。由此,抗菌型PP装饰膜及无指痕PP装饰膜等新型功能型PP装饰膜饰面材料,在家具及木制品表面装饰领域不断推陈出新。抗菌表面装饰膜为功能型材料,使用此PP装饰膜进行木制品表面饰面压贴后,纳米材料会在制品表面形成微量的臭氧薄层,抑制或杀灭细菌。无指痕PP装饰膜的优势则重点体现于亮光类家具和木制品中,有利于家具产品的保养和外观效果的维持。

2PP装饰膜饰面技术进展

2.1 PP装饰膜表面水性涂饰新工艺

随着消费者需求多样化及对产品品质要求日渐提升,近年来,PP立体纹理膜开发及对产品整体色泽、颜色及质感的协调性关注越来越多。针对PP装饰膜饰面木门门套线、橱柜面板等木制品部件与门扇及其他部件间的产品整体配套性差、色差明显、立体视差等问题,中国林科院木材工业研究所研究人员提出了在PP装饰膜表面进行涂饰的新工艺,采用高附着力环保涂料对贴面包覆后的木制品PP装饰膜表面进行底面漆涂装或一次性厚涂,有效提高木制品部件与整体(如木门门套线与门扇、柜体面板与封边材)配套性及大面积PP装饰膜贴面的外观效果,使纹理更加逼真,富有层次感,从而达到优质的木制品饰面效果。

其具体工艺可为:木制品平面或异形表面进行PP装饰膜平压或包覆饰面→PP装饰膜经砂纸或砂带轻磨→涂饰高附着力水性漆、紫外光固化UV漆或水性UV漆等环保底漆→底漆固化干燥→底漆砂光→涂饰第二道高附着力环保底漆→二道底漆固化干燥→二道底漆砂光→PP装饰膜与整体样板比色→涂饰高附着力水性着色面漆→面漆固化干燥。

其中,PP装饰膜砂带或砂纸轻磨处理,需顺装饰纹理进行,砂纸目数为400~600目为宜,砂光力度要适中,不能过砂。底漆为高附着力的水性单组分或双组分底漆、紫外光固化色漆或清底漆,对于实色PP装饰膜,表面也可采用粉末涂料进行底漆喷涂。底漆中通常需配制热塑性丙烯酸树脂改性剂,由反应性好的纳米蒙脱石、氧化镁、碳酸钙等制备的浆料或丙烯酸、聚氨酯或两者的合成物,及添加表面活性剂的纳米增强剂或纳米抗老化剂等纳米助剂等,以促进水性或紫外光固化底漆在PP膜表面成膜。

PP装饰膜与整体样板比色是饰面工艺非常关键的一步,通过对木制品整体颜色样板的色差比对,调试高附着力水性着色面漆配方,提高木制品颜色整体协调性。高附着力水性着色面漆为水性单组分清漆或水性双组分清漆,其主要成分可为丙烯酸、聚氨酯或丙烯与聚氨酯的合成物,配制中需添加热塑性丙烯酸树脂改性剂、加入表面活性剂的改性纳米助剂、可溶性好的色浆及浆料等,以提高水性着色性能、漆膜附着性能和漆膜耐老化、耐黄变性能。

或直接采用改性粉末涂料对PP装饰膜表面进行一次性厚涂,其工艺是在木制品平面或异形表面进行PP装饰膜覆面或包覆饰面→PP装饰膜经砂纸或砂带轻磨→采用粉末涂料对PP装饰膜表面进行一次性厚涂。

采用PP装饰膜表面水性涂饰进行木制品平面表面或异形部位饰面,可有效提高木制品相互部件间颜色的整体协调和视觉配套性,增加产品表面层次感和丰满度,操作简便、产品环保性好,质量稳定,可成为一种很好的木制品表面新型饰面工艺技术进行工业化推广。

然而,PP装饰膜是一种非极性聚合物,分子链中无极性基团,表面能较低,且结晶度高,化学稳定性好,在制备过程中需加入部分添加剂,不利于油墨、涂料等在其表面的附着,因此实际生产中,需对其表面进行改性处理。

2.2 PP装饰膜表面等离子体改性及性能研究

对于PP装饰膜,提高其表面粘结力通常可采用4种方式:1)使PP装饰膜表面带上极性基团而使其极性化,如接枝等。接枝是一种较好的改性方法,通过接枝改性使活性功能型单体接枝到PP上,改善PP性能。2)提高表面自由能。3)除去材料表面弱界面层,使表面能增加。4)提高PP装饰膜表面粗糙度,增强粘接界面上的机械啮合作用,同时为有效粘结提供更大的粘合面积。由此,研究者采用条状刷式砂光机对PP装饰膜表面进行不同参数砂光处理,研究不同砂光工艺处理前后PP装饰膜表面的物理变化及水性涂料在其表面的漆膜附着力。

中国林科院木材工业研究所研究人员分别采用表面砂光预处理和等离子体改性处理的方法,提高PP装饰膜表面漆膜附着力,为PP装饰膜表面涂饰工业化生产提供有利条件。研究者采用条状刷式砂光机对PP装饰膜表面进行不同参数砂光处理,着重研究砂光处理前后PP装饰膜表面的物理变化及水性涂料在其表面的漆膜附着力。结果发现,砂光处理对PP装饰膜表面润湿性具有改善作用,可有效降低PP平面膜和立体膜的表面接触角,PP平面膜水接触角最大降幅可达32.58%,二碘甲烷接触角最大降幅为42.55%;PP立体膜的水接触角最大降幅可达32.10%,二碘甲烷接触角最大降幅为47.62%,同时可增加PP装饰膜表面自由能,PP平面膜和立体膜在经最优砂光工艺处理后,其自由能最大增幅分别可达31.35%和35.76%。采用砂光处理工艺可提高PP装饰膜表面水性涂装的漆膜附着力,对PP平面饰面膜而言,可从未处理的漆膜附着力4~5级提高到2级,PP立体膜则可从未砂光处理的4级提高到1级。

近年来,等离子体处理技术作为一种新的表面处理技术得到了极大发展。等离子体作为物质第四态,由离子、电子等大量正负带电粒子和中性粒子(原子和分子)组成,通过等离子体放电处理,高分子材料表面可引入多种含氧基团,使表面活性和亲水性能增强,从而有利于粘结和涂覆。

为了便于实现工业化生产,研究者们采用介质阻挡低温等离子体改性处理方式,对PP装饰膜表面进行等离子体改性处理。以PP装饰膜为基材,采用低温等离子体对PP装饰膜表面进行改性处理后,在其表面进行水性涂料涂饰,测试等离子体改性处理对PP装饰膜表面水性涂饰漆膜附着力的影响。重点分析表征了等离子体改性对PP装饰膜表面润湿性、表面微观结构特征和化学活性基团变化的影响及对PP装饰膜表面水性涂饰漆膜性能的影响。结果表明,等离子体处理可明显降低PP装饰膜表面水接触角,提高材料表面自由能和粗糙度,增加表面润湿性;同时可在PP装饰膜表面生成大量含氧活性基团,从而有利于水性漆在其材料表面的铺展、吸附和附着,通过等离子体改性处理,可将PP装饰膜表面水性漆膜附着力提高至0~1级,硬度达到HB~H级。

3结语

PP装饰膜是提高产品附加值的重要途径之一,目前已在木门、木家具、木地板及木墙板等木制品表面开展推广应用,产品具有广阔市场前景。目前市场上以免漆的PP平面装饰膜和立体装饰膜为主,可实现仿木纹、仿皮革、仿大理石、仿金属闪银等多种表面效果。传统PP装饰膜制备工艺技术相对成熟,产品性能基本稳定,应用较多。

EBPP装饰膜是采用电子束固化成型的一种环境友好的新产品,其耐磨性好,逼真度高,立体纹效果好,固化时间短、环保,其制备技术研究已取得了较大进展。功能型PP装饰膜的开发对木制品表面高端装饰具有较大的推动作用。同时,对PP装饰膜整体色差及产品配套性要求高的饰面木制品,可采用PP装饰膜表面环保漆涂装的工艺,采用低温等离子体改性处理技术和砂光处理技术,提高漆膜在PP装饰膜表面的附着力,解决非极性PP装饰膜材料表面附着性能差的问题。PP装饰膜表面改性处理工艺与设备精准研发,及其如何推进实现其工业化应用,是PP装饰膜未来发展需要研究的重要课题。