木塑復合材料表面裝飾研究

姚愛瑩 宋魁彥

摘要

[目的]為了獲得最佳的木塑復合材料表面裝飾工藝。[方法]通過熱塑丙烯酸樹脂漆、醇酸調和漆和植絨漿染料3種裝飾顏料對基材處理過的木塑復合材料的表面裝飾性能進行研究，從附著力和色彩裝飾性2個方面進行評價。[結果]3種裝飾顏料采用3次裝飾的木塑復合材料附著力較大，色彩分布較為集中，色差較1次裝飾和2次裝飾要小;醇酸調和漆在附著力和色彩裝飾性2個方面優于其他2種顏料。[結論]醇酸調和漆適合于木塑復合材料的表面裝飾。

關鍵詞 木塑復合材料;裝飾顏料;裝飾性能

中圖分類號 S784 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2015）03-226-04

The Study of Surface Decoration for Wood Plastic Composite Materials

YAO Aiying， SONG Kuiyan*

（College of Materials Science and Engineering， Northeast Forestry University， ?Harbin， Heilongjiang 150040）

Abstract [Objective] In order to get the best surface decoration process for wood plastic composite materials. [Method]This paper uses alkyd ready mixed paint，thermoplastic acrylic resin paint and thermal transfer ink to decorative the surface of wood plastic composite， and uses two aspects of adhesion and color decorative evaluation of three kinds of decorative paints. [Result]Using threetime decoration will have a better effect on adhesion， color distribution and color difference than onetime decoration and secondary decoration. Alkyd mixed paint both in adhesion and color decorative is better than the other two kinds of pigment for the decoration of wood plastic composite. [Conclusion] Alkyd mixed paint is saitable for the decoration of wood plastic composite.

Key words ?Wood plastic composite materials; Decorative paints; Decorative performance

基金項目 “十二五”農村領域國家科技計劃課題（2012BAD32B04）。

作者簡介

姚愛瑩（1990-），女，黑龍江蘿北人，碩士研究生，研究方向：設計與材料研究。

*通訊作者，博士生導師，教授，從事木材理學與人居環境、木材保護與功能修飾研究。

收稿日期 20141205

木塑復合材料是將農作物秸稈、木粉、木纖維等生物質材料與從廢舊塑料中獲得的高分子材料按比例混合經一定工藝制得的一種新型環保材料^[1-4]，能夠有效地實現農林業及工業材料的循環利用。木塑復合材料兼具生物質材料和高分子材料的優點，因此在包裝、倉儲、城建以及建筑裝飾等行業用途十分廣泛^[5]。

對木塑復合材料的裝飾主要有以下幾種：①加工彩色型材，即在木塑復合材料配料過程中加入一定的著色劑，以達到裝飾的作用，但著色劑的加入會加速木塑材料的老化^[6-7];②木塑壓花與拉毛，即通過壓花機與拉毛機等在木塑復合材料表面進行裝飾，可以在木塑復合材料表面形成一定的裝飾紋理，該方法的色彩上需要豐富^[8-9];③表面貼面裝飾，依靠膠黏劑將飾面材料膠合在木塑復合材料表面，常用的材料有薄木、浸漬紙等，要根據飾面材料及基材的特征選擇合適的膠黏劑^[10-11];④表面覆膜也可應用于木塑復合材料表面裝飾，但裝飾成本過高。

將表面涂飾、印刷燙印等抗老化、工藝簡易、成本低廉的裝飾方式應用于木塑復合材料表面，將會產生良好的裝飾效果及經濟效益^[12]。該研究選用熱塑性丙烯酸樹脂漆、醇酸調和漆以及植絨漿染料3種裝飾顏料對木塑表面進行裝飾，以獲得最佳的木塑復合材料表面裝飾工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗原料：聚氯乙烯塑料，楊木粉（100目，含水率3%左右），馬來酸酐（偶聯劑）、石蠟（潤滑劑）。

裝飾顏料：醇酸調和漆（天藍色，中綠色），熱塑丙烯酸樹脂漆（解放藍，蔥綠色），含有2%交聯劑的植絨漿染料（淡藍色，青色），選用顏色應與木塑材料色彩差異較大，便于觀察裝飾色彩的變化。

試驗儀器設備：SHP10A混合機、雙螺桿擠出機、SL6型塑料壓力機、電加熱器、熱轉印紙、ATA自動附著力測試儀、NF333型分光光度計等。

1.2 試驗方法

1.2.1

試材制備。聚氯乙烯木塑基材按比例進行制備，其中楊木粉占物料重量的60%，聚氯乙烯塑料占物料的36%，馬來酸酐占3%作為偶聯劑以及1%的石蠟作為潤滑劑，通過SHP10A混合機高速混合，雙螺桿擠出機擠出，再經過SL6型塑料壓力機成型后，將基材截成60 mm×100 mm×4 mm樣板。

1.2.2

表面裝飾。將樣板進行基材表面砂光處理，之后用醇酸調和漆、植絨漿染料、熱塑性丙烯酸樹脂漆3種裝飾顏料對木塑樣品進行表面裝飾，每種裝飾方式分別進行1次裝飾、2次裝飾、3次裝飾，每次裝飾前必須待其固化后再進行下一次。

1.2.3

性能測試。采用ATA全自動附著力測試儀獲取裝飾后樣板的附著力;采用NF333型分光光度計測量裝飾顏料的色彩分布及色差情況。對木塑復合材料的噴涂、刷涂、燙涂3種裝飾方式進行對比分析，以確定木塑復合材料最佳的表面裝飾工藝，表面裝飾試驗技術路線如圖1所示。

圖1 木塑材料表面裝飾技術路線

2 結果與分析

2.1 裝飾顏料的附著力

對3種裝飾顏料附著力進行測定，分析裝飾后木塑復合材料的表面附著力與裝飾次數、附著力與裝飾顏料種類之間的關系。

2.1.1

裝飾次數與附著力。熱塑丙烯酸樹脂漆裝飾后的木塑復合材料附著力隨裝飾次數的增加而增加，并且藍色和綠色裝飾顏料的附著力變化趨勢基本相同，藍色裝飾染料符合y=-0.162 5x²+0.734 5x+0.034 5的多項式變化，R²=0945 2，綠色裝飾染料符合y=-0.165 0x²+0.745 0x+0035 0的多項式變化，R²=0.945 1，藍色、綠色熱塑丙烯酸樹脂漆在1次裝飾后的附著力分別為0.71、0.81 Mpa，2次裝飾后附著力分別為0.75、0.76 Mpa，3次裝飾完成后附著力分別可達到0.81、0.83 Mpa。藍、綠色熱塑丙烯酸樹脂漆2次裝飾與3次裝飾間的附著力差值均大于1次裝飾與2次裝飾間附著力差值0.02 Mpa。熱塑丙烯酸樹脂漆裝飾次數變化與附著力變化趨勢如圖2所示。

圖2 熱塑丙烯酸樹脂漆裝飾次數與附著力關系

醇酸調和漆裝飾后的木塑復合材料附著力也隨裝飾次數的增加而增加（圖3）。藍色、綠色裝飾顏料的附著力變化趨勢相同，均符合y=-0.132 5x²+0.794 5x+0.039 5的多項式變化，R²=0.964 9，藍色、綠色醇酸調和漆在1次裝飾后的附著力分別為0.79、0.82 Mpa，2次裝飾后的附著力分別可達到0.96、0.98 Mpa，3次裝飾完成后附著力最大，分別可達到1.20和1.27 Mpa。綠色醇酸調和漆1次裝飾和2次裝飾附著力的差值為0.17 Mpa，2次裝飾和3次裝飾附著力的差值為0.24 Mpa，附著力差值增加0.07 Mpa。

圖3 醇酸調和漆裝飾次數與附著力關系

植絨漿染料裝飾后的木塑復合材料附著力同樣隨著裝飾次數的增加而增加（圖4）。藍色和青色裝飾顏料的附著力變化趨勢均為隨著裝飾次數的增加逐漸增加。其中藍色植絨漿染料符合y=-0.007 5x²+0.063 5x - 0.001 5的多項式變化，R²=0.994 8，青色植絨漿染料則符合y=0.062 0x+0007 0的線性變化，R²=0.990 8，藍色、青色植絨漿染料在1次裝飾后附著力分別為0.05、0.08 Mpa，2次裝飾后附著力分別為0.10、0.13 Mpa，3次裝飾完成后附著力分別可達到012、0.19 Mpa。藍色植絨漿染料2次裝飾和3次裝飾間的差值小于1次裝飾和2次裝飾的差值0.03 Mpa，青色植絨漿染料2次裝飾和1次裝飾的差值大于1次裝飾和2次裝飾的差值0.01 Mpa。

圖4 植絨漿染料裝飾次數與附著力關系

3種裝飾顏料的木塑復合材料表面附著力均隨裝飾次數的增加而有所增加。在1次裝飾時，裝飾層與木塑材料表面直接接合，2次裝飾后裝飾層間的附著力不但包含了裝飾層與木塑材料，還增加了裝飾層與裝飾層之間的附著力，因此附著力有所增加。在3次裝飾后又增加1次裝飾層之間的附著力，因此使得3次裝飾后的附著力比2次裝飾和1次裝飾都有所增大。

2.1.2

裝飾顏料種類與附著力。

對基材進行3種裝飾顏料表面裝飾，所獲得的附著力如圖5所示。3種表面裝飾方式的附著力均隨裝飾次數的增加而逐漸增加。藍色、綠色熱塑丙烯酸樹脂漆在3次裝飾后附著力最大，分別為0.81、0.83 Mpa;藍色、綠色醇酸調和漆的附著力在3次裝飾后達到120、1.27 Mpa;植絨漿染料附著力雖然隨著裝飾次數的增加而增加，但3次裝飾后藍色和青色植絨漿染料的附著力分別只有0.12、0.19 Mpa。比較3種裝飾方式的附著力可知，醇酸調和漆的附著力為三者中最大，丙烯酸樹脂漆其次，植絨漿染料的附著力最小。

圖5 表面裝飾顏料種類與附著力關系

安徽農業科學 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2015年

2.2 色度學參數

獲取裝飾后的木塑復合材料的色度學參數L*a*b*值和色差，分析裝飾后顏料色彩分布均勻情況及其與裝飾顏料標準色間的色差情況。

2.2.1

色彩分布。藍色和綠色熱塑性丙烯酸樹脂漆涂飾后的木塑復合材料L*a*b*值分布情況如圖6、7所示。在1次裝飾、2次裝飾、3次裝飾后木塑復合材料色彩分布比較均勻，藍色熱塑丙烯酸樹脂漆裝飾后的木塑復合材亮度L*值相對集中在39.65左右，a*值相對集中在-34.48，b*值相對集中在-47.22，部分色彩L*a*b*值偏離整體分布，裝飾后的木塑復合材整體分布在藍色區域內;綠色熱塑性丙烯酸樹脂漆裝飾后的木塑復合材亮度L*值相對集中在35.17，a*值相對集中在-44.78，b*值相對集中在20.99，裝飾后的木塑復合材整體在綠色區域內分布。藍色和綠色的熱塑丙烯酸樹脂漆部分偏離中心，是由在第1次裝飾時裝飾顏料在木塑材料表面成膜分布不均造成。

圖6 藍色熱塑丙烯酸漆L*a*b*三維散點圖

圖7 綠色熱塑丙烯酸漆L*a*b*三維散點圖

藍色和綠色醇酸調和漆裝飾后的木塑復合材料L*a*b*值分布情況如圖8、9所示。藍色醇酸調和漆進行1次裝飾、2次裝飾、3次裝飾后的木塑復合材亮度L*值分布在46.92～50.30內，a*值分布在-35.38～-31.94內，b*分布在-37.82～-32.11內，部分色彩L*a*b*值偏離整體分布，裝飾后的木塑復合材整體在藍色區域內分布。綠色醇酸調和漆裝飾后的木塑復合材亮度L*值分布在19.39～22.5內，a*值分布在-16.87～-19.98內，b*值分布在779～1257內，裝飾后的木塑復合材整體在綠色區域內分布。

圖8 藍色醇酸調和漆L*a*b*三維散點圖

圖9 綠色醇酸調和漆L*a*b*三維散點圖

藍色和綠色植絨漿染料裝飾后的木塑復合材料L*a*b*值分布情況如圖10、11所示。藍色植絨漿染料裝飾后的木塑復合材亮度L*值分散分布在34.28～55.22，a*值分布在-8.28～-2.06，b*值分布在-26.81～-0.13，木塑材料色彩分布不集中。綠色丙烯酸樹脂漆裝飾后的木塑復合材亮度L*值分布在31.44～52.39，a*值分布在-10.49～4.14，b*值分布在-20.81～-0.13，顏色分布較為廣泛。

圖10 藍色植絨漿染料L*a*b*三維散點圖

圖11 青色植絨漿染料L*a*b*三維散點圖

比較3種裝飾顏料色彩分布情況可以看出，熱塑丙烯酸樹脂漆和醇酸調和漆的色彩分布同植絨漿染料相比相對集中，所獲得裝飾后的木塑色彩分布相對均勻，裝飾次數對于色彩分布影響不明顯，部分色彩偏離中心值，即1次裝飾時裝飾層直接接觸在木塑基材表面，因此裝飾層不能將基材覆蓋均勻;待2次裝飾后裝飾層逐漸固化再進行裝飾，裝飾層逐漸在第1次裝飾層表面分布且更易均勻分布;3次裝飾同樣如此，因此最終的整體色彩分布相對集中，個別1次裝飾的色彩偏離整體色彩中間值。植絨漿染料的色彩分布較為廣泛，在1次裝飾時裝飾層并沒有均勻分布，2次裝飾與3次裝飾后也并沒有改善。在該試驗中，植絨漿染料不能有效地在木塑材料表面形成均一穩定的裝飾層，使獲得最終的木塑板色彩分布不集中，裝飾顏料對基材覆蓋能力較差，并且裝飾次數對于色彩的影響也不明顯。

2.2.2

色差。藍色、綠色熱塑丙烯酸樹脂漆進行1次、2次、3次裝飾后的A、B、C、D編號樣品木塑復合材與相應標準板色差情況如圖12、13所示。藍色熱塑丙烯酸樹脂漆隨裝飾次數的增加與標準板間的色差逐漸減小，在1次裝飾后的C基材色差最大為4.39，B基材色差最小為1.12;2次裝飾后的色差，A基材最大為2.97，C基材最小為2.34;3次裝飾后的B基材色差最小可達到0.41，C基材色差為4種基材中最大，為0.90。綠色熱塑丙烯酸樹脂漆4種基材的色差隨裝飾次數的增加而減小，在1次裝飾后A基材色差，最大為3.99，C基材最小為2.92，2次裝飾后A基材色差最大，為3.00，3次裝飾后的色差D基材最大，為2.62，C基材最小為1.62。

圖12 藍色熱塑丙烯酸樹脂漆色差

圖13 綠色熱塑丙烯酸樹脂漆色差

藍色、綠色醇酸調和漆進行1次裝飾、2次裝飾、3次裝飾后的A、B、C、D 4種樣品的木塑復合材料與相應標準板色差情況如圖14、15所示。藍色醇酸調和漆隨裝飾次數的增加與標準板間的色差逐漸減小，1次裝飾后的D基材色差最大為4.83，A基材色差最小為2.52;2次裝飾后D基材色差最大為2.94，A色差最小為1.45;3次裝飾后的A基材色差最小可達到1.05，D基材色差為4種基材中最大，為1.17。綠色醇酸調和漆4種基材的色差隨裝飾次數的增大而減小，1次裝飾后D基材色差最大為3.99，C基材最小為2.57，3次裝飾后的色差D基材最大為0.45，C基材最小為0.29。

圖14 藍色熱塑醇酸調和漆色差

藍色、青色植絨漿染料進行1次、2次、3次裝飾后的A、B、C、D 4種木塑復合材料與相應標準板色差情況如圖16、17所示。藍色植絨漿染料的表面裝飾次數與標準板間的色差關系并不明顯，1次裝飾后的A基材色差最大，為11.92，B基材色差最小為3.34;2次裝飾后A色差最大為12.04，C基材色差最小為2.45;3次裝飾后的C基材色差最小可達到2.93，D基材色差為4種基材中最大，為6.99。青色植絨漿染料表面裝飾次數與標準板間的色差關系不明顯，1次裝飾后A基材色差最大，為16.18，B、C基材最小為6.80;2次裝飾后A基材的色差最大，為14.35，B基材色差最小，為2.52;3次裝飾后的色差D基材最大，為16.99，B基材最小，為2.96。

從該試驗的色差分析上看，裝飾次數能夠減小裝飾后的木塑復合材料與標準之間的差距，使色彩均勻分布在木塑復合材料表面。3種裝飾顏料中醇酸調和漆的色差在1次裝

飾、2次裝飾和3次裝飾后均為較小，且在3次裝飾后色差均可小于1，裝飾效果相對較好，醇酸調和漆能夠在木塑材料表面形成較為均一的裝飾層;而植絨漿染料的色差較大，裝飾

次數并沒有有效地改善裝飾層分布不均的問題，造成植絨漿染料在3種裝飾顏料中裝飾效果最差。

3 結論

（1）從此次試驗可得出，裝飾次數可以有效地增加熱塑丙烯酸樹脂漆、醇酸調和漆和植絨漿染料在木塑復合材料表面的附著力，并有利于裝飾顏料色彩的均勻分布，減小色差;對于木塑復合材料的表面裝飾，醇酸調和漆在附著力和裝飾色彩效果方面是3種裝飾顏料中表現較好的，可以用于木塑材料的一般表面裝飾，熱塑丙烯酸樹脂漆的附著力較醇酸調和漆次之，裝飾色彩效果較好;植絨漿染料不適合木塑復合材料的表面裝飾。

（2）木塑復合材料的表面裝飾工藝可以初步確定為對基材表面處理后進行3次裝飾，最終的裝飾效果利用色差進行評價。在今后的研究中應該進一步提高裝飾顏料的附著力，完善并優化木塑材料的表面裝飾工藝，以提高木塑復合材料的裝飾性。

參考文獻

[1]

HNG P S，LEE A N，HANG C M，et al.Biological durability of injection moulded wood plastic composite boards[J].Journal of Applied Sciences，2011，11：384-388.

[2] GUO J，TANG Y N，XU Z M.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.

[3] 楊霄.甜高粱渣木塑復合材料的加工與性能研究[D].北京：北京化工大學，2013.

[4] 于旻，何春霞，劉軍軍，等.不同表面處理麥秸稈對木塑復合材料性能的影響[J].農業工程學報，2012（9）：171-177.

[5] 林建國，浦鴻汀.木塑復合材料的研究和應用進展[J].廣東塑料，2006（3）：17-20.

[6] 王愛梅.PVC基木塑復合材料的制備及其性能研究[D].天津：河北工業大學，2013.

[7] TSUNEHISA MIKI，MASAKO SEKI，SOICHI TANAKA，et al.Preparation of wood plastic composite sheets by lateral extrusion of solid woods using their fluidity[J].Procedia Engineering，2014，81：580-585.

[8] MASAHIRO TAKATANI，TADASHI OKAMOTO.Wood/Plastic composite of high filler content [J].Molecular Crystals and Liquid Crystals，2008，483：326-338.

[9] 方明鋒，黃華.木塑復合材料的研究及應用[J].現代農業科技，2009（3）：8-10，14.

[10] 張兆好，齊英杰.木塑復合材料的應用與發展[J].木材加工機械，2009（S1）：74-77，38.

[11] 吳燕，毛澤南，汪菲，等.木塑復合材料薄木貼面工藝初探[J].林業科技開發，2013（5）：92-94.

[12] 趙勝男，王海剛，楊軍，等.聚烯烴木塑復合材料的表面涂飾性能[J].東北林業大學學報，2013（6）：114-119.