水性木器涂料在家具涂装领域的干燥解决方案
2021-07-21 10:15 浏览:200
水性木器涂料在家具涂装领域的干燥解决方案
林进辉，黄文敏，江宛芸，何国瑞，熊学军(东莞大宝化工制品有限公司，广东东莞 523820)
0 前 言
在国家与日俱增的环保政策要求下，家具企业纷纷把“油改水”计划提上了日程，而众所周知在“油改水”发展上大的瓶颈则是在于水性涂料的干燥问题，时下具话题且环境友好的水性木器涂料，终瓶颈都与干燥问题息息相关。因为水作为水性涂料中主要的分散介质，使得水性涂料的干燥性较溶剂型木器涂料更易受到温度和湿度的影响。有鉴于此，如何将先进的涂装工艺、干燥设备与水性木器涂料完美地结合，进而达到佳的干燥速率，是如今大的课题，若可完善解决好遇到的瓶颈问题，也就可以更好地推广应用水性木器涂料。
1 智能化涂装设备
为了解决水性家具涂料自动化生产所面临的重要问题，大宝漆联合中国科学院电子计算研究中心(ICT)，同时与设备供应厂商合作，共同研发了拥有专利技术的全方位立体干燥设备系统，并率先打造出国内大规模的智能化涂装测试线。
智能化涂装测试线包括：智能传输系统、自动混气喷涂系统、吊线水性静电喷涂系统、干燥系统及污水循环处理系统。其中以干燥系统为核心，分为智能微波干燥炉、纳米电解干燥炉、IR场效应干燥炉及光固化干燥炉，可以满足家具厂客户实现水性家具涂装安全、快捷干燥的需求。
1.1 智能化涂装设备特点
该涂装测试线的功能特点与优势主要体现在以下几个方面：
(1)业界独特的立体干燥炉；
(2)实现真正的绿色环保生产；
(3)涂装效果优良，可实现批量生产。
1.2 主要智能化涂装设备
1.2.1 6轴喷涂机器人(见图1)
6轴喷涂机器人可以将涂料流量、雾化空气压力、喷涂幅度等参数数据化、标准化。同时机器人的移动轨迹规范，喷涂时喷幅的搭接均匀一致，走枪速度均匀稳定，喷枪角度也规范一致，因此提供均匀且膜厚相当标准的喷涂质量，为后面的干燥提供了标准一致的待干工件。
1.2.2 IR场效应干燥炉(见图2)
该设备通过应用适合于水性涂料波长的红外电磁波进口灯管对工件的表层及涂膜层直接加热，使得涂料中的水分快速上升到涂膜表面，进而挥发。同时避免工件待干环境温度过高，使涂膜不因过早结皮影响水分的挥发。
IR场效应干燥炉通常应用于平板类工件的前段干燥，后一段可搭配热风循环干燥炉，可使涂料在1 h内实现完全干燥。
1.2.3 智能微波干燥炉(见图3)
智能微波干燥炉采用2 450 MHz的电磁波对喷涂好的工件进行加热。主要透过电磁波穿透涂膜及工件，使工件及涂膜中的水分因共振摩擦而发热，从而得以快速上升到涂膜表面进行挥发。同时避免工件因待干环境温度过高，使涂膜不因过早结皮影响水分的挥发。
立体微波干燥炉主要作为立体工件的前段干燥设备。后一段再搭配热风循环干燥炉，可使涂料在1 h内实现完全干燥。
1.2.4 纳米电解热风干燥炉(见图4)
本设备的特点是当作业工件在喷涂了水性涂料之后吸收了定量的水分，在自然状态下水分逐渐往内渗入，但通过纳米级的电解温湿中控系统时，由于温湿差的恒定变化令板内水分子加速定向运动，纳米电解干燥技术更是起到了湿而不起露、干而不表蒸，从而达到由里往外干的效果。
2 实验原料设备
2.1 主要实验涂料(见表1)
2.2 实验仪器设备(见表2)
2.2 实验仪器设备(见表2)
2.3 水性木器面漆的检测标准(见表3)
3 结果与讨论
表4、表5为主要针对单组分及双组分水性木器涂料在不同的干燥方式下进行干燥速度的探讨。从表4、表5与图5之中可以发现，双组分涂料无论在何种干燥方式下其指触速度都较单组分涂料稍快，但在指压时间上比起单组分涂料则需要更长的时间，这点除了在纳米电解热风干燥之外，其余几种干燥方式都有相当显著的差异。导致此种差异主要可能是由于双组分中的固化剂与空气中的水首先起了反应，使涂膜表干速度较快，但后段干燥时由于双组分属于反应型的涂料，需待涂膜反应完全方能达到指压，故指压稍慢于单组分涂料。另外，以不同的干燥方式来观察，其中微波干燥法的表干速度快，仅需5～7 min即可表干，但由于微波干燥法持续不断地升温将会导致涂膜的损毁，因此在涂膜表干之后需额外搭配纳米电解热风干燥炉进行后续的实干烘烤，所以后续所叙述的微波干燥法皆是先采用微波干燥后纳米电解热风干燥的方式。而红外干燥法则是在4种干燥方式下指压快的干燥法，单组分仅需19 min，双组分清面约需39 min。
单组分清面漆以及双组分清面漆的基本物性测试如表6、表7所示。从表6、表7中可以观察到无论是单组分清面漆或是双组分清面漆，在常温干燥下的透明度都是差的，且跟5分消光的面漆所要求的光泽亮度相比都偏暗7%～8%左右。其余3种加了烘烤设备的干燥方式透明度与光泽差距甚小，不像常温干燥如此明显。另外在指压后的隔日进行硬度测试，也可发现双组分清面漆在常温干燥的条件下，硬度从平均的F级下降至B级，而单组分清面漆在常温干燥条件下的降幅更为明显，硬度从2B大幅下降至5B。而在耐弯曲与密着性上，4种干燥方式无太大的差异，无论单、双组分清面漆都可达到小的φ2 mm耐弯曲等级，密着性也皆能达到佳的0级。
此次的涂膜表面抗性特别以较严苛的方式进行测试，搭配4种不同的干燥方法在涂膜指压之后立刻进行重压、耐水性、耐醇性的测试。从表6及表7中可以观察到，在常温干燥的条件下甚至无法通过重压6.895kPa(1 psi)的测试条件，其余3种加了烘烤设备的干燥方式至少都能通过6.895 kPa(1 psi)的重压测试；另外对照表6及表7也可以发现，双组分清面漆的重压测试也较单组分清面漆表现优异，加了烘烤设备的干燥方式皆能通过13.79 kPa(2 psi)的测试条件。在耐水性及耐醇性上，综合两者以常温干燥法的效果差，微波干燥法的效果佳。
在水性木器涂料的干燥上不适合使用常温干燥法：主要是因为不可控的环境温湿度将导致涂膜无法干透，产生涂膜发朦严重，光泽、硬度、重压、耐水性、耐醇性测试都无法通过等弊病。而在不考虑成本的条件下，综合整体干燥速度及物性表现佳的为微波干燥法。若是有成本上的考虑，因微波干燥本身为3种干燥设备中为昂贵的设备，IR场效应干燥炉次之，纳米电解热风干燥炉再次之；且微波干燥法还需要额外再搭配纳米电解热风干燥炉进行后段的干燥工作，在成本上必定将会提升许多，此时高性价比的设备即为大宝开发研制的纳米电解热风干燥炉。
纳米电解热风干燥炉不不错的干燥速度，在其余的基本物性上也都能达到标准值。纳米电解热风干燥炉可保证涂膜内外干燥的一致性，从而解决了后继可能出现的涂膜龟裂、发朦及涨筋等异常现象，进而避免家具厂和涂料厂由于涂料涂装干燥条件不好而引起的质量问题。
4 结 语
4 结 语
根据不同的干燥方式测试，可以得到以下结论：
(1)双组分面漆比单组分面漆表干快；但在指压方面单组分面漆较双组分面漆更快干。
(2)整体物性测试上，双组分面漆远胜于单组分面漆。
(3)在水性木器涂料上，常温干燥法不可行：不仅干燥速度慢还会受到不同温湿度影响，综合的物性表现也是差。
(4)微波干燥法不可单独使用，持续不断的微波加温会导致涂膜遭受严重破坏，因此在涂膜表干后需搭配纳米电解热风干燥炉使用。
(5)基本的物性对比测试：微波干燥＞IR场效应干燥＞纳米电解热风干燥＞常温干燥。
综合干燥速度及物性来对比，以微波干燥炉搭配上纳米电解热风干燥炉可达到佳效果；但若是考虑到成本因素，亦可以采用开发出的新型纳米电解热风干燥炉进行干燥，在指压后仍可以达到不错的基础物性。