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纸张|原纸耐光色牢度机理及实验方法解析

2015-10-09 09:03 点击:

随着生活水平的日益提高,人们对厨柜、地板等家装产品的质量要求在不断提升。装饰原纸作为橱柜、强化地板行业重要的上游原材料主体,其质量好坏对装饰纸饰面人造板(后简称装饰板)及相关家私、地板产品有着至关重要的影响。人们在使用这些装饰板产品的过程中,发现在使用初期它们颜色鲜艳,但使用一段时间后,由于日光照射会发生褪色或者变色现象,从而影响了整个产品的美观效果。作为装饰板的主要原材料,装饰原纸色牢度直接决定了其下游产品(家具,地板等)的耐晒性能,因此装饰原纸耐光色牢度衡量就成为装饰板相关行业原材料质量检验中的重要一项。
色牢度是指颜色在物品上的附着的牢固程度,色牢度的高低反映了颜色在物品上的耐久性。当前在我们国内装饰原纸耐光色牢度测定上,还没有形成广泛}人可的统一测定标准。目前装饰原纸、装饰板的色牢度测试方法主要参考自纺织行业相关方法。其实验参数,如曝晒时间,试验操作条件(例如:湿度,干球温度,黑板温度等),老化机光学滤镜,是否考虑曝晒后的返色等等,这毕竟之I’日J存在不同工艺不同原料结构。这就造成行业在评估装饰原纸/装饰板色牢度时,缺乏科学,客观,统一的依据,进而容易对该指标的评估带来分歧和混乱。另外在测定过程中,装饰原纸样品制样方法也影响到最终的测定结果。例如测试的装饰板的结构、压板条件、树脂的选择、颜料及填料钛白粉在纸中的含量、纸浆质量等等。本文将介绍装饰原纸尼嶷饰板在日光照射下的变色机理,并结合当前国际流行的几种装饰原纸耐光色牢度测定方法进行比较,最后将介绍装饰原纸耐光色牢度快速测试方法。
装饰原纸变色机理:装饰原纸,印刷油墨(对印刷装饰纸)和浸渍树脂质量优劣均对装饰板的耐光色牢度有较大影响作用。但作为产业链上游源头,装饰原纸对装饰板,特别是素色板的耐晒性能有根本影响,且其变色机理也较为复杂。为了遮盖住装饰板底层基材的颜色,装饰原纸生产中必须添加大量钛白粉(平均约3s%左右,如果是白色纸,钛白粉添加量可能最高达到45%)或色料以确保足够的不透明度和色相。凶此钛白粉和所用色料对装饰原纸的各项指标,特别是耐光色牢度起决定性影响作用。钛白粉有极强的紫外吸收能力,在甘光照射时,它可以保护装饰板板中的其他成分免受紫外照射而被破坏。但钛白粉自己则会发生人们不希望看到的光灰化作用。这是因为金红石钛白粉是电子带隙31mv的半导体,有强烈吸收紫外的能力。经紫外光照,钛白粉晶体上的电子会被激活而脱离晶体,从而在晶体表面形成电子孔对,该孔对进而在晶体表面形成有反应活性的自由基。在装饰板中,装饰原纸由于被村脂完全浸渍,纸中钛白粉周围环境中局部氧气压力非常低,此环境下,钛白粉晶体中被激活的电子孔对可以导致粒子表面的氧流失到树脂中,从而使钛白粉中的Ti由“价还原成+3价,进而呈现灰色。反应式如下:
Ti+4+e+hv Ti+34Ti02 hv 4(1一X)Ti02+2x Ti203+X 02
为了防止钛白粉失氧而发生灰变,钛白粉(如杜邦装饰纸专用高耐晒级R794)表面必须进行特殊的包膜处理。包膜目的是防止氧从钛白粉表面进入周围的树脂中,从而避免钛白粉中的“价钛被还原成+3价(呈灰色)。包膜物质成分和均匀致密性都影olin钛白粉的耐晒性能。以上所述反应为可逆反应,如果有氧扩散进入装饰板,钛白粉晶体会被重新氧化。氧化反应受氧扩散进入装饰板树脂的速度影响。由此可以推断如果浸渍树脂聚合程度高,或者装饰板有表层耐磨纸,将导致装饰板内缺氧现象更加严重,进而使钛白粉表面因失氧(氧进入树脂中)而发生灰变。由此可知,测定装饰原纸耐光色牢度时,只有将其先压制成装饰板,使其在缺氧环境下进行测试,才能准确浮估其耐晒性能。另外因装饰板结构组成(如浸渍树脂的上胶量和聚合程度)亦对耐光色牢度有影响,制板时须严格按统一标准,从而防止因压板方法不同,而对最终测试结果产生干扰。纸样压板方法将在原纸色牢度测试方法章节中详细介绍。
常用装饰原纸色牢度测试方法氙弧灯可产生与日光光谱非常接近的稳定能量分布,能为包括红外线在内的整个日光光谱提供能量,特别对有色物质能产生和日光一致的加热效应,从而大大提高实验结果的准确性和再现性。因此当前在测定装饰原纸或装饰板色牢度时,均使用氙弧光进行曝晒。但对色牢度的最后淖估,则有蓝色羊毛,灰卡和A E*等不同的方法。蓝色羊毛法是将一套标准蓝色羊毛标样和被测试件放在氙弧灯下一起曝晒,通过蓝色羊毛标准样品的变化确定曝晒量。用目测对比曝晒和未曝晒试样在规定曝晒量下的变化,并用以i平定测样色牢度的方法。该方法虽然相对简便,但测定结果凶测试人经验,视力等因素影响,其测试结果客观性,重复性和再现性均无法和A E*法相比。△E宰方法是基于当前普遍采用的CIE L宰a木b木系统。CIE晒过未晒过pa宰b丰颜色空阳J是基于一种颜色不能同时既是绿又是红色,也不能同时既是蓝又是黄色这个理论建立的。其中L木表示明度,a术表示红,绿(正数为红,负数为绿),b幸表示黄力虚(正数为黄,负数为蓝)颜色色差△E宰主要针对样品和已知标准颜色测量值之间的比较,其计算公式详见下文耐光色牢度测试方法章节。不f司原料组分产品产生耐光色牢度不同结果为提高测试效率,缩短测试周期,经大量试验验证:总结出了6()小时曝晒原纸色牢度快速测试方法。该方法和ISO 105一B02规定的飘)I)小时曝晒法在实验结果上有极佳的相关性。而在实验重复性和再现性上也和IS0105一B02相媲美。该快速方法和IS0105---B02的区别主要是测试条件没定的不同。另经过大量实验验证,在快速老化实验中,如△E半<--0.3,则相当于其蓝色羊毛值达到或超过6级。当前装饰原纸色牢度测试方法介绍

一.试验仪器
小型试验搅拌器(型号:/B200---D)搅拌器量杯(1000毫升)试验浸胶装置(CHM制造)天平(精确度().ol克)烘箱(VTU60/60)纸夹子金属架玻璃制吸管(o.1毫升)液压装饰板压机(BYl02×2/2.8)高光泽不锈钢,AISl4101630一面抛光GLl00.板厚度:3—5mm电烙铁大剪刀手套分光光度仪(x—Rite 939或Color i5)老化机(XENOTEST ALPHA+)分光光度仪老化机。

二.试验用品
粉末状三聚氰胺树脂'(Kauramin 773 BASF)去离子水润湿剂(聚乙二醇芳基醚和磺化脂肪酸衍生物);硬化剂(水溶胺盐:)酒精丙酮浸渍白色平衡纸(三聚氰胺树脂浸渍;180克/平方米;20x20厘米)浸渍牛皮纸(酚醛树脂浸渍;280克,平方米;20x20厘米)

三.装饰纸浸渍
选择与剪切装饰纸样装饰纸样尺寸长度:20厘米距装饰纸纸样上下端2.5厘米处各划一条线,上端2.5厘米空间用来夹住湿浸渍纸在烘箱中悬挂干燥,底端2.5厘米空间用来承接纸张垂直干燥时重力滑落的树脂胶滴。在浸渍/干燥结束后,该上下两端部分将被切除,只留中J’日J 15厘米部分用于后续试验。宽度:5厘米。
三聚氰胺树脂液制备:
加三聚氰胺树脂粉末和去离子水各1(xJ克到1000毫升搅拌器量杯中,(即树脂/水=l:1); 在搅拌器中以“高速档”搅拌15分钟; 用滤纸过滤树脂液,滤液倒入金属容器中备用; 加12毫升润湿剂到上述树脂液中; 加16毫升硬化剂到上述树脂液中; 将树脂液静置片刻,以使树脂液中气泡逸出。
注意:
三聚氰胺树脂溶液须透明(所有树脂须溶解)制备好的三聚氰胺树脂溶液须在A/J',时内使用。
浸渍装饰纸
将过滤后的树脂液倒入金属器皿中;将装饰纸正面朝下放置在树脂液面达1分钟;1分钟后,纸样被树脂液完全浸渍;纸页上多余的树脂液将用(CHM制造)试验浸胶装置除去将两支刮胶棒(o.8毫米丝)放入浸胶装置,并保持相互接触;设置刮胶棒转速(转速没在5档,转速微调设在5()档的),这将使上胶量控制在130%±5%范围内;将纸样放入两个刮胶棒中间,开启开关使刮胶棒转动,以刮去多余胶料。刮胶后的浸渍纸条用夹子水平夹在一金属干燥架上。
注意:水平干燥更有利于得到均匀一致的表面。
将干燥架放入热风烘箱
干燥条件:130℃;
干燥时间:2分钟;
注意:如干燥时间过长,样品将会发黄。
另注意在干燥时烘箱通风应设置在低速档。
干燥后将纸样取出,剪去上下端各2.5厘米纸面,留中间15厘米纸样备用。

四.高压装饰板样(HPI_)制备
开启装饰板压机(步骤略);
设置压机参数:
压板温度:1650C;
标准冷却温度:40℃;
压力:20Bar;
压板时问:14《'秒。
准备高压装饰板胚
从底层到顶层:
1.金属压板(高光泽一面朝上)
2.浸渍白色平衡纸1张(20x20厘米)
3.浸渍牛皮纸5张(20x20厘米)
4.浸渍装饰纸样
5.金属压板(高光泽一面朝下)用电烙铁将树脂加热,将浸渍纸样四个角固定在平衡纸上,避免板胚纸层之间的滑动。
备注:金属压板的高光泽一面要保持非常清洁,不可沾有任何杂质。
将高压装饰板胚放入压机,进行压板。开启压机门,先在压机板中心放入一铜制网垫,然后将装饰板胚小心放在铜垫上。切记保证板胚在压机压板的中心,否则压机有被损坏的可能。将第二块铜织垫放在板胚的上方,然后关闭压机门,并开启压机进行压板(压机操作略)。压制工作完成后,在冷却和压板开启后,应迅速将装饰板样从压机中取出,用剪刀将装饰板的四边锋利粗糙部分剪除,在剪切时,应戴上手套以免烫伤手部。
压机清洁和关闭
压机压盘用铜铲和丙酮清洁
高光泽金属压板用软面巾纸和酒精清洁
压机关机步骤略

五.装饰板色牢度测定
装饰板样剪切用剪刀将装饰板剪成不大于45 x 135毫米尺寸。每张20×20厘米装饰板可剪4张“45x135毫米”的小板。剪板时应戴手套,且四角用布磨钝,以免划伤手部。在XENOTEST ALPHA+老化前测定装饰纸板样的光学指标(L宰,a车,b掌),用X Rite 939或Color i5分光光度仪来测定装饰纸板的L车,a串,b木。
光源:D6s/100。
测定完将板样旋转_90。再检测一遍。
注:每个光学指标(p,a幸,b章)检测标准偏差均应小于或等于0.05%。否则须重新测量。

六.XENOTEST ALPHA+老化机老化
主要老化参数:
曝晒时间h 60 500
辐射功率W/m2 6090
辐射波长rim 30(04lX)300-400
黑板温度℃ 6S 8s
老化室温度℃38 6(}
相对湿度% 50 55

七.色牢度结果计算
计算△E宰根据公式△E术=[(△L掌)2+(△a木)qAb宰)2]1/2

八、结论
1. 在测定装饰原纸耐光色牢度时,首先应将原纸制备成装饰板,然后再用于测试。只有这样原纸中钛白粉在装饰板中缺氧条件下发生灰变情况才能得到体现,从而验证原纸在真实使用情况下的耐光色牢度。另外由于诸多因素(如树脂交联度,是否有表层纸等)对装饰装饰原纸耐光色牢度产生影响,因此压板制样条件须严格规定和统一。
2. 装饰原纸△E木耐光色牢度测试相对于蓝色羊毛及灰卡方法,具有客观性,重复性,再现性强的优势,已逐渐被装饰纸产业链条各行业所认可和接受。
3. 杜邦装饰原纸耐光色牢度快速测试方法,系通过大量对比验证试验总结而得。它不仅保留△E宰方法固有的客观,准确等特点,还有测试周期短,效率高等诸多优势。

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