環保型裝飾裝修一體化輕質板材開發＊

文/中關村人居環境工程與材料研究院 馮小江 王弘書 趙金平

馮小江，中關村人居環境工程與材料研究院院長助理，工程師

王弘書，中關村人居環境工程與材料研究院研發工程師

趙金平，中關村人居環境工程與材料研究院院長，教授級高級工程師

1 研究背景

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

我國目前應用比較廣泛的建筑內裝墻材主要有3類：涂飾材料、柔性貼面材料和硬質飾面材料。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，現場施工，并且施工過程中會導致甲醛、VOC等有害物質的揮發，污染室內環境，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品。硬質飾面材料由于本身具有結構支撐作用，如果解決面層裝飾問題，即可做成裝飾裝修一體化材料，但一些硬質飾材存在的缺陷限制其優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格昂貴，且存在放射性超標的安全風險；瓷磚存在尺寸受限、鋪貼工藝復雜等缺陷；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雜性。

相比以上材料，紙面石膏板是一種良好的室內裝飾裝修用板材。如果以紙面石膏板作為基材，開發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，現場施工效率可提高50倍以上。這種建筑內裝墻材的部品化和一體化，對建筑工業化而言，是最基本的保證。

2 研究現狀與難點

2.1 國外研究現狀

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

不同的基質材料，UV輻射工藝和產品性能都不相同。荷蘭的千思板屬于有機膠粘劑黏結的人造板，采用整體輻射固化工藝，將耐候的各色表面涂層同時固化，涂層質量極高，不僅表面硬度高，而且耐候、耐化學腐蝕性能也很強；比利時埃特尼特公司的“佳秀板”“GLASAL板”，其板基為加壓硅酸鈣板類，在表面涂裝無機涂層后，可使板材的應用領域從內墻擴展到外墻；日本三井木材工業株式會社的三井外裝別墅板，板基為無機膠粘劑黏結的人造板，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 國內研究現狀

我國對光固化涂料的應用研究始于20世紀70年代，當時發展比較緩慢，主要原因是原材料價格較高。20世紀80年代，原材料問題逐步解決，同時涂料供應商為了滿足家具公司對于板式家具涂料的需求，開始生產UV固化涂料和設備，廣泛應用UV固化技術。20世紀90年代，室內裝飾行業的迅速發展帶動了UV固化技術的發展，工藝技術和裝備質量得到很大提高。目前我國UV固化技術已得到快速發展，并開始應用于建筑裝飾裝修材料制造行業。

路則光等[3]探究了在實木復合地板涂飾過程中，涂飾表面產生裂紋的原因，通過試驗研究UV強度對涂膜質量的影響，得出最優工藝參數組合；陸全濟[4]研究了基材為軟木時，以UV輻射固化技術進行飾面制造最佳產品性能的工藝組合，并得出軟木地板涂飾前后產生的色差主要與涂飾材料的光學特性有關，該研究為木質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；夏衛民[5]通過單因素試驗研究了以紙張為基材時，固化溫度和輻照時間對涂層耐磨性、光澤度的影響；朱慧等[6]研究了以紙張為基材時，固化速度和溫度對涂層光澤度的影響，并對試驗數據進行曲線擬合，得到涂層性能最優時固化速度和溫度的參數組合；陸瑤等[7]實現了UV清漆在塑料基材方面的應用，為UV涂料的應用提供了參考；譚頭文等[8]討

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

2.3 研究難點

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

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

3 研究內容

3.1 水性UV涂料的開發與性能優化

針對現有水性UV涂料在固化過程中，交聯密度不夠、硬度和耐熱性能不理想、膠膜容易產生氣泡和針眼、機械性能欠佳及耐水性差等特點，開發水性UV聚氨酯丙烯酸酯涂料并進行優化，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，抗壓強度小，楔形邊無法輥涂、轉印等缺陷，針對以上問題，研究開發適宜的紙面石膏板。石膏板表面通常具有較強附著力，但其表面平整度和潔凈度等因素也會對涂料附著和產品質量產生一定影響，所以在涂裝前，要對石膏板表面進行砂光處理，必要時還需進行修補、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 參數控制與工藝優化

在UV固化飾面板的過程中，涂層厚度、輻照時間和輻照強度都會對產品性能產生一定影響：①當涂層較薄時，可能會導致產品表面抗劃傷性、硬度、耐溶劑性等性能較差，較厚則可能導致涂層與基材界面處固化不完全等問題；②當輻照時間過長且體系溫度較高時，將導致基材的熱收縮率增大而發生變形，過短則涂料無法完全固化；③涂料固化程度、漆膜質量好壞在很大程度上都與輻照強度有關，UV光源線功率過小、反光罩選擇不當等都可能導致涂料固化不完全，同時，過度輻照可能會導致交聯固化速度太快，使有些來不及反應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、輻照時間、輻照強度3個UV固化工藝的核心參數，以研究UV固化技術應用于石膏板時最優的工藝參數組合，并找出影響石膏板涂裝質量的因素。

4 工藝方案與技術路線

4.1 工藝方案

結合紙面石膏板PET載體冷轉印技術和UV輻射固化工藝，針對石膏板基材，通過控制涂層厚度、輻照時間、輻照強度3個UV固化工藝的核心參數，進行環保型裝飾裝修一體化輕質板材的UV固化涂裝，包括表面處理、底漆涂裝、轉印、面漆涂裝、膜壓等多個工序，并不斷優化和改進工藝流程。

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，使內墻裝飾板材具有飾面效果好、幅面尺寸大、輕質高強、阻燃防火、施工方便、舒適宜居、環保無污染、價廉物美等特點，可替代高檔石材等不可再生資源。

4.2 技術路線

本研究的技術路線以環保型裝飾裝修一體化輕質板材的制造工藝為主線，首先進行適用于紙面石膏板基材的水性UV涂料的開發，并進行性能優化，保證涂料與基材之間的附著性能及涂裝效果。水性UV涂料優化完成后，進行基材處理工藝的探究，針對紙面石膏板存在的缺陷，研究開發適合的紙面石膏板，同時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。最后進行工藝參數的優化，通過控制涂層厚度、輻照時間、輻照強度3個UV固化工藝的核心參數，研究UV固化技術應用于飾面板時最優的工藝參數組合，找出影響飾面板涂飾質量的不同因素，確定生產工藝流程，并進行優化，最終研發出完整的生產工藝，技術路線如圖3所示。

4.3 產品與性能

底漆與面漆涂飾完成后，對其進行防火性能、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、機械性能的檢測。

檢測結果表明：通過UV固化技術得到的環保型裝飾裝修一體化輕質板材，防火性能達到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 技術路線

圖4 高清仿真、色澤艷麗

5 產品特點與應用前景

5.1 產品特點

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2H以上，易清潔，耐酸堿、耐鹽霧、耐污染。

4）質輕價廉 重量是天然石的1/4，價格是天然石的1/10。

5.2 應用前景

環保型裝飾裝修一體化輕質板材可直接替代石膏板作為其升級產品，并可替代天然大理石、微晶石等高檔飾材用于內墻裝飾，如酒店大堂、商場、機場、地鐵站、辦公室、衛生間、廚房、電視背景墻等。

利用紫外光（UV）固化技術制造環保型裝飾裝修一體化輕質板材，其上下游產業主要涉及基材、UV涂料及裝備等。對基材、UV涂料及涂覆工藝進行優化，利用UV固化技術和水性UV涂料解決了建筑內墻裝飾材料本身及施工過程中導致的室內環境污染問題，并提供了一體化產品方案，解決了施工工序復雜、效率低等問題，符合建筑工業化和裝飾裝修一體化的發展趨勢，具有廣闊的市場前景和巨大的發展潛力。

參考文獻：

[1]劉禹．建筑工業化是中國建筑業發展的必由之路[J]．中國建設信息，2012（10）：36-40．

[2]賴藍鑫，謝莉．新形勢下室內外裝飾裝修工程材料與工藝的創新[J]．中國高新技術企業，2014（19）：92-93．

[3]路則光，申利明，黃河浪，等．紫外線強度對實木復合地板漆膜質量的影響[J]．南京林業大學學報（自然科學版），2007（2）：59-62．

[4]陸全濟．軟木飾面材料主要加工工藝研究[D]．咸陽：西北農林科技大學，2011．

[5]夏衛民．UV上光工藝規范化與質量評價體系的研究[D]．西安：西安理工大學，2006．

[6]朱慧，黃志剛．影響UV上光質量的試驗分析[J]．今日印刷，2005（6）：89-92．

[7]陸瑤，居同彬，宋衛萍，等． UV固化清漆在摩托車塑料件上的應用[J]．摩托車技術，2000（10）：18-19．

[8]譚頭文，王雀，楊帆．塑料用UV固化涂料的發展及應用[J]．上海涂料，2007（8）：22-25，54．