木頭粉屬於粉末塗料的一種，主要使用在家居行業的纖維板方面。木頭粉具有無溶劑、無污染、可回收、環保、節省能源和資源、減輕勞動強度和塗膜機械強度高等特點，深受廣大消費的歡迎。
基本介紹
- 中文名：木頭粉
- 屬於：粉末塗料的一種
- 主要使用：家居行業的纖維板
- 特點：無溶劑、無污染、可回收
發展現狀,所需技術,
發展現狀
據了解，目前國內使用和生產木頭粉的企業並不是很多，規模化生產的只有老虎(太侖)粉末塗料有限公司。就國內木頭粉現狀和今後發展趨勢我們採訪了老虎塗料木頭粉生產的負責人王先生。在溝通過程中了解到：目前國內的木頭粉市場還處在發展初期，很多的生產設備都需要從國外進口，尤其像一些控制設備。另外MDF粉末塗料噴塗具有很高的技術含量，如：要達到高質量噴塗效果，就必須要保證纖維板邊緣長期不開裂，這就需要掌握中密度木頭板的質量控制、噴塗線的設計和控制、粉末塗料的性能設計和最後的質量測試和保證四個方面的技術，而目前國內這種技術還不是很成熟，這是導致還沒有大規模生產的主要原因。在溝通過程中，王先生半開玩笑的說，目前的木頭粉就像一支“潛力股”，今後會有很大的發展空間。
據了解，已有很多的家具設計者和室內建築師已經開始充分地利用粉末噴塗給他們提供設計上的新自由。宜家家居在去年11月份的一次會議上表示，今後在家居的噴塗方面，將主要以木頭粉為主，這足以證明，木頭粉在國內塗料市場已經得到了一定程度的重視，家居行業的發展將會為木頭粉發展提供了很大的商機。
木頭粉作為國內粉末塗料行業新起的一個產品，雖然說還處在一個剛剛起步的階段，但據統計，中國的纖維板年產超過1億立方米。 其中MDF(中密度纖維板)年產量在3千萬立方左右，在今後的發展中具有很大的提升空間。
所需技術
MDF（中密度纖維板）和其他木質材料的粉末噴塗吸引了越來越多的木材加工行業的注意。他們想要改變傳統的MDF塗料系統，如將聚氯乙烯貼面或者液體油漆轉變為粉末塗料噴塗。
過去的十幾年裡，MDF表麵粉末塗料噴塗的優勢幾乎和金屬表麵粉末塗料噴塗一樣得到了高度的認可。粉末塗料噴塗能提供具有很好的抗劃傷和抗污性，同時可提供各種顏色和不同表面效果的選擇。另外，粉末塗料噴塗是環保的生產過程，不使用溶劑、重金屬和鹵代化合物。在自動噴塗和粉末回收設備的幫助下粉末的利用率幾乎能達到100%。另外，當粉末噴塗完成後不需進行危險性廢物的處理。粉末噴塗的高效率不僅取得了環保優勢而且還帶來了有效的成本優勢。
粉末噴塗除了它一些眾所周知的優勢外，木材加工行業也很欣賞MDF粉末噴塗所帶來的一些新的機遇。舉例來說，家具設計者和室內建築師已經開始充分地利用粉末噴塗給他們提供的設計上的新的自由。在各種各樣的家具貿易展會上，在那些用粉末噴塗的現代時尚的家具樣品和成品上，很明顯地體現出粉末塗料均勻噴塗的MDF給設計師們帶來的設計上的新自由。現在的技術發展到可以在中密度纖維板的前面、後面，包括邊緣上用同一種粉末塗料去噴塗。因此包邊處理已沒有必要。而且粉末噴塗固化後能夠馬上包裝和運輸到客戶那裡。在粉末噴塗的幫助下，MDF板和邊緣的設計幾乎沒有限制：圓弧、各種生動造型、表面雕刻和一些其他的形狀都能夠用相同的方法噴塗。請看圖1-圖4。
MDF粉末塗料噴塗的挑戰
中國的纖維板年產超過1億立方米。 其中MDF（中密度纖維板）年產量在3千萬立方左右，若按16mm 規格算，光MDF就有18億平方米左右。隨著技術發展以後除MDF之外的纖維板如爆花板等也可以進行粉末噴塗。預計有幾十萬噸用粉量的潛在市場。也就是說木頭板粉末噴塗具有十分廣闊的前景。
既然MDF粉末塗料噴塗有上面提到的這么多明顯優勢和很大的市場，為什麼在中國還沒有形成大規模的商業化運作。原因在於MDF粉末塗料噴塗具有很高的技術含量，需要一定規模的前期投資和具有挑戰性的難題。不是一般的噴塗廠用現有的噴塗設備和工藝就能操作的。要達到高的質量，特別是能保證邊緣長期不開裂，需要掌握中密度木頭板的質量控制、噴塗線。
圖2 羅得島Vulcan/MDF粉末塗層生產的粉末塗層家具。  |
圖3 義大利Cefla MDF粉末塗層生產的粉末塗層家具。  | 圖4 老虎粉末塗料和中國一家MDF粉末噴塗公司製作的廚房家具  |
的設計和控制、粉末塗料的性能設計和最後的質量測試和保證四個方面的技術。
在這裡就最重要的中密度纖維板、粉末塗料、粉末塗料噴塗線和質量認證做一簡單介紹。
MDF：在MDF粉末塗料噴塗之前，噴塗者應該充分地了解MDF的性能。
粉末塗料噴塗工藝在金屬表面的噴塗已經非常成熟，也十分穩定而且有良好的控制水平。為了了解為什麼MDF粉末噴塗與金屬表麵粉末噴塗有很大的區別，我們就必須知道MDF的固有特性。人們通常認為金屬與MDF之間最主要的不同就是導電性。對於絕對導電值來講這可能是正確的；但是，那不是MDF粉末噴塗最重要的因素。
通常，一個1010 Ω—1011Ω的表面電阻能夠為MDF粉末塗料噴塗提供足夠的電導率。一個在室溫下的標準MDF具有1012Ω左右的表面電阻。通過在MDF中加少量的添加劑，或者預熱MDF，或者是兩種方法都使用，這些都能夠很容易地將MDF的電導率調整到所要求的範圍。
然而，金屬與MDF之間一個更大的不同點就是熱導率。表1展示了各種材料的熱導率。MDF的熱導率只有0.07 [W/(m · K)]。這比鋁的熱導率低得多，鋁是粉末塗料噴塗最常用到的基材。這種在MDF基材內的溫度分布給粉末噴塗帶來了許多困難。
表1
各種材料的熱導率比較
材料 熱導率[W/(m·K)]a
Aluminum 鋁 190.00
Steel鋼 52.00
Oak wood橡木 0.16
Plywood 夾板 0.12
Medium-density fiberboard (MDF) 0.07
Asbestos blanket石棉毯 0.07
Air 空氣 0.02
從表1中可看到，MDF的熱導率與石棉毯一樣低，而石棉毯正是消防設備和高耐熱手套的製作材料。因此，MDF需要花費很長的時間去加熱和冷卻。在加熱和冷卻過程中,MDF的表面溫度和他的中心溫度會不一樣。如果MDF表面某一部分的加熱比其他部分多，那么表面溫度和邊緣溫度將會有很大的不同，這一現象在鋁材噴塗中則不明顯。
此外，為了得到高質量的粉末噴塗，我們必須小心地控制MDF各種性能，譬如表面平整性、可打磨性、排氣性、一定溫度下的開裂性以及一些其他性能。MDF規格中的關鍵性能之一，也很容易受到MDF製造過程的影響，就是MDF的內部粘結強度。這個內粘結強度應該處於一個合理的較高的水平。
總而言之，, MDF應該具有耐熱性，輕微的導電性以及具有良好的可打磨性。值得慶幸的是，如今MDF製造廠已經能生產出這些種類的板材。事實上，一些MDF製造商已經開始將可用於粉末塗料噴塗的MDF推向市場。
粉末塗料：初一看，粉末塗料本身被認為是在MDF粉末噴塗過程中最重要的因素。然而，就如前面指出的一樣，提供給MDF的粉末塗料只是幾個因素之一，這一因素必須與其他因素組合在一起，才能生產出高質量的粉末噴塗的MDF。
當我們分析粉末塗料化學時，我們發現有兩種固化方法可作為MDF粉末噴塗的固化方法。首先一個是傳統的加熱固化。第二個是紫外線 （UV）固化， 粉末先被加熱到熔融狀態，然後在紫外線光照下光固化。這兩種技術都有利弊。哪種固化技術對MDF粉末噴塗是最成功的方法這一問題已有激烈的討論。
不論哪種固化方法，第一步是粉末的熔化。一種特定的粉末塗料需要在一個特定的溫度範圍內熔化。為了達到相同的最終表面特性，如表面紋理、光澤範圍、抗刮性、抗化學性等等，熔化溫度和固化溫度，都必須控制在最小的範圍。
MDF噴塗的粉末熔化和固化溫度在所有表面都必須一樣。這就意味著邊緣的固化溫度應該與前面和後面的溫度一樣。不幸的是，至今為止大多數固化線，不管使用何種固化方法，固化爐里的溫度沒有達到這個要求。這就是在大多數情況下導致MDF粉末噴塗失敗的重要原因。 下面會進行更詳細的討論。
只有粉末達到一定的溫度時，它才會開始熔化、流動從而形成粉末特有的表面效果。當熔融溫度太低時，就會產生一個粗糙的砂紙般的表面結構；當熔融溫度太高時，顏色就會發生變化。不論哪種粉末化學體系，紫外線固化粉末和熱固化粉末都會產生相同的效果。
對於熱固化粉末來說，不僅僅要控制好適當的熔化溫度，而且還要控制好固化溫度-時間視窗， 這個視窗是特定的粉末的反應速度決定的。最近，已有能在4-5分鐘的短時間內在130°C 到 140°C這樣的低溫下就能充分固化的粉末被開發出來。固化爐中的溫度越低，就需要用越多的時間來充分固化，反之亦然。
進行粉末噴塗時，最關鍵的部分就是找出粉末充分固化的時間點。只有充分固化的粉末才能在耐化學性、耐劃傷性、耐磨性、柔韌性以及更多的特性方面得到最佳的表現。你無法通過肉眼觀察出紫外線固化粉末和熱固化粉末是否已經充分固化。當我們看到外觀很漂亮， 你可能認為粉末已經得到了充分固化。然後進行破壞性測試時發現它不合格的質量。因此，在每一家粉末塗料公司都必須建立一個嚴格的過程和質量控制，以此來確保粉末自身要求的固化參數在嚴格的範圍內受到控制。這就包括監視和調整熔化和固化爐的烘烤溫度，如果是紫外線固化爐則在紫外線區調整紫外線的強度和劑量。
儘管這些看上去應是任何一家粉末噴塗廠家進行粉末噴塗的標準程式，令人驚訝的是大多數MDF粉末噴塗公司不知道在烘爐內究竟發生著什麼事情，也沒有測量過精確的溫度分布和紫外線分布。如果塗料生產線能夠確保粉末得到它熔化和充分固化所需的條件，那么最終客戶將會得到一個優質的表面。
噴塗線。粉末噴塗線技術已被證實是獲得高質量MDF粉末噴塗最重要的因素。遺憾的是，對於那些小型的金屬表麵粉末噴塗公司來說，若想通過舊的金屬粉末噴塗生產線來獲得高品質的MDF粉末噴塗是不可能的。
噴塗生產線中最重要的部分就是烘烤爐技術，烘烤爐是塗料熔化的地方。若是熱固化粉末則也是化學固化的地方。要記住的是MDF的熱導率很低。因此，烘爐的設計需要使得其溫度能夠平均地分配；否則，熱度不會像鋁一樣分布在整個基材表面。然而，在MDF上加熱，必須確保表面溫度的均勻分布，示意圖如圖5。
圖5  |
由於MDF的熱導率低，我們正好利用這個優勢。就如之前討論的那樣，粉末需要在一個適當的溫度下熔化和固化。這個溫度往往比MDF所能承受的要高。然而，當粉末被紅外線加熱時，粉末和板的表面迅速達到可以融化和固化的溫度。由於板的熱傳導慢，板中心的溫度仍然比較低，比在整個粉末熔化和固化完成過程中的溫度要低得多。因此，在MDF板上的熱應力被最小化了，以致不會受到損傷。
我們可以看出前面介紹的兩種烘爐熔融固化即熱固化和紫外線固化，目前都不適合於MDF粉末噴塗。因為傳統的熱固化對整個粉末和MDF加熱，由於MDF的低熱導率，要達到150-160度需要比較長的時間。結果粉末還沒有完全固化，MDF已受到損傷。另一個是紫外線固化，至今為止要想達到紫外線強度和劑量的均勻分布非常困難，同時不同顏色，不同噴粉厚度固化程度都不同。因而紫外線固化目前還沒有成功用於MDF粉末噴塗的例子。但紫外線可以用於MDF粉末噴塗後的透明粉照光層的固化（這裡不做具體描述）。
目前能成功用於MDF粉末噴塗的熔融固化是紅外線烘烤爐。面臨的挑戰就是提供能夠在MDF表面（包括邊緣）均勻照射的紅外線。可慶幸的是，現代紅外線烘爐在均勻照射方面已有很高的水平。圖6 是一張溫度分布圖，顯示了通過溫度感測器在紅外線烘爐里測量到的MDF的頂部、中間和底部的表面溫度。在MDF表面分布的溫度發生著非常小的變化，溫度變化範圍小於15°F。
圖6 一個設計良好的紅外線固化爐顯示了MDF底材的頂部到底部低於15°F的溫度變化  |
為了獲得很好的的粉末噴塗，在開始粉末噴塗之前必須對烘爐內溫度分布進行測量。測量和監測不僅僅要在一個表面位置進行，而且要在MDF表面四周進行，包括它的邊緣。烘爐的溫度應該進行調整，避免其不同位置的溫度差溫度超過限定值，例如，低於15°F。圖7是兩張溫度分布圖a和圖b。圖7a是在一個調整得很好的紅外線烘爐中進行的；感測器被固定在MDF表面的各種位置上，包括邊緣。我們能看到在MDF表面溫度的分布十分均勻。圖7b顯示了在適當調整之前，在烘爐內類似的測量。
圖7 烘箱溫度曲線，包含了在MDF四個邊緣上的測量  溫度分布範圍小，控制良好的烘箱。  |
很顯然，圖7b中溫度分布圖證明了，在MDF表面使用烘爐溫度設定變化大於75°F時，無法得到性能均勻的粉末噴塗。在一些情況下，由於烘爐的技術缺陷，甚至連溫度的均勻分布都不能實現。在其他情況下，一個設計完好的烘爐在不適合的溫度設定下運作。這些情況都會導致生產出不宜採用的粉末噴塗，在許多情況下會導致MDF粉末噴塗的失敗。
在給定基材尺寸（包括邊緣）上，熔融—固化烘爐的最大溫度變化需要在作出任何決定之前與生產製造商進行很好的討論以及嚴格規定。烘爐一旦安裝好，生產線設定必須通過在生產過程在的溫度分布測量和連續的溫度分布監測來進行最佳化。這將確保粉末噴塗的質量符合規格。
質量認證:. MDF粉末噴塗需要怎樣的質量水平最終是客戶決定的。客戶的各種各樣的要求對於MDF粉末噴塗來說是很重要的。用於生產電視櫃、顯示器、浴室家具或者櫥櫃門的MDF塗層是有很大不同的。在決定使用何種粉末、使用何種質量的MDF以及進行噴塗線設計前，必須先弄清客戶的質量要求。
當要求達到高質量的MDF粉末噴塗時，我們要使用最具有活性的高性能的粉末，選用質量非常好的MDF和固化條件最齊全的情況下，才能完成這項工作。在這種情況下不能接受任何妥協，如果粉末噴塗公司嚴格遵守這些原則的話，MDF粉末噴塗就會很成功。
在有些情況下，塗料的性能和MDF邊緣的質量並沒有生產率和成本重要。在這些情況下，低反應率的粉末、低質量的MDF和固化條件不齊全的噴塗生產線可能依舊能生產出可以接受的粉末噴塗產品。
顯然，客戶的產品規格可能決定著粉末噴塗的成功與否。所以，在作出任何將MDF粉末噴塗推向商業的決定之前，儘可能詳細地討論相關方面所需的質量水平，是十分重要的。
質量保證對MDF粉末噴塗起著至關重要的作用。MDF粉末噴塗最困難的問題是保證噴塗好的MDF的邊緣不開裂。但我們不能從剛噴塗好的MDF看上去就能判定它不會開裂或過一段時間會開裂。老虎粉末塗料公司經過十幾年的研究開發，總結出一整套質量認證體系。通過對MDF本身的質量控制、對噴塗線的設計要求、對紅外烘烤爐的設計要求、對粉末塗料本身的性能要求，以及對整個噴塗線的評估，同時對噴塗好的MDF做測試評估，然後給出整個體系的認證。老虎粉末塗料已在歐洲和幾家噴塗公司合作成功進行MDF粉末噴塗的商業化運作。在MDF粉末噴塗這個具有廣闊前景的市場上，希望在中國有一個高起點，大家一起合作包括MDF製造廠家、噴塗設備供應商、紅外爐供應商、粉末塗料生產公司，使MDF粉末噴塗的質量達到並穩定在一個較高的水平。
