强制干燥型水性木器涂料的配方设计及涂装应用
冉龙泉，郝雁飞，李天林，严章洋
（ 展辰涂料集团股份有限公司，广东深圳 201700）

0 前 言
近年来，涂料领域越来越向低污染、低能耗、无公害、功能化、高固体分、辐射固化、水性化的方向发展。其中水性木器涂料是行业内较热门的一个话题，这与水性木器涂料技术的长足发展及政府的扶持有较大的关系[1]。水性木器涂料的优势在于环保性，其低气味、低VOC含量的特点，使得其越来越受到开发者的重视。但是水性木器涂料在性能方面与溶剂型涂料相比仍有一些差距，特别是其干燥上受到多方面的因素影响，如温度、湿度、空气流通速度等，因而其应用受到了一定的限制。为了避免不同地域、不同季节温度和湿度的影响，各种强制干燥方式逐渐应用于水性木器涂料行业，使得这一问题得以缓解。从而使得适用于强制干燥方式的水性木器涂料受到了更为广泛的关注。

1 水性木器涂料常用干燥方式及特点
1.1 自然干燥
自然干燥的方法简单易行、改造投资少，所以在小规模家具厂应用广泛，但干燥速度和效果的可控性较差。由于在自然条件下，温度、湿度及风速是不断变化的，所以涂膜的干燥速度及成膜质量不稳定。比如在高温高湿或湿度比较大的情况下，涂层容易发白，干燥速度较慢；在低温下，干燥速度很慢，特别是在5℃下，水性涂料难以成膜。这些都是制约水性涂料推广应用的重要原因。
1.2 热空气干燥
热空气干燥的优点是投入较少，设备安装、操控简单。但由于热风是通过热传递的方式由表及里对涂膜和板材进行加热，所以对底材和湿膜的加热速度较慢。特别是在冬季，这就延长了整个干燥过程所需要的时间。另外容易发生表干里不干而造成涂膜开裂的情况，除此之外施工情况和外界环境因素的改变也易引起干燥效果的变化，如涂膜的厚度、空气的湿度以及热风的速度等。
1.3 微波干燥
微波干燥的优点在于干燥速度特别快，但是由于微波干燥的设备过于昂贵，以及设备自身安全因数的制约，因此少有人问津。
1.4 红外干燥
红外线也是一种电磁波，它位于可见光和微波之间，与其他类型的电磁波相比，仅是波长不同而已。红外线的波长范围是0.76～1 000 μm，一般把0.76～4 μm的红外线称作近红外，把4 μm以上的红外线称作远红外 [2] 。与其他干燥方法相比，红外加热技术具有加热效果好、容易控制、涂膜表面与内部干燥速度较均一等优点，因此能够缩短整个干燥过程，得到较好的涂膜效果。红外辐射容易穿透，不存在由于穿透深度不够而影响内层加热效果的问题，且当涂膜吸收辐射的频率与树脂的聚合基团化学键振动频率相等时，即产生共振，加大了聚合基团化学键振动的振幅，增加了树脂交连聚合的几率，从而可以加速有机树脂的聚合固化，快速烘干。因此，对于涂层，应考虑匹配吸收即辐射器的辐射波长与被辐射的涂膜的主吸收带波长相一致，以迫使膜内的分子产生共振吸收，达到快速升温的目的，同时又能减少能量穿透损失。故而，现在普遍认为用红外线干燥涂料是一种非常实用的技术[3]。基于红外干燥方式的诸多特点，笔者选择红外强制干燥的方式来设计强制干燥型水性木器涂料的配方。

2 试验部分
2.1 试验原料
水性树脂：101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118（DOW、Alberdingk、 Bayer、金汇利、鹤山河本、DSM、北京林氏、合肥安科、科莱恩、塞拉尼斯等）。
成膜助剂、润湿分散剂、增稠剂、消泡剂、颜填料（伊斯曼、DOW、陶氏、毕克、Degussa、汉高、海名斯、诺普科等）。
2.2 水性木器涂料的参考配方(见表1)及生产工艺
表1 水性木器涂料的参考配方

配制工艺：首先在分散缸中加入树脂乳液，再在中速搅拌下加入消泡剂和成膜助剂，分散10 min左右，再依次加入分散剂、杀菌剂、pH值调节剂等助剂，然后中高速加入颜填料、增稠剂等，用水补足余量。
2.3 红外干燥流程
典型清水涂装的红外干燥流程图如图1所示。以下按图1所示的流程来检测干燥速度、表面效果及耐物化性能，从而设计出适合于红外干燥的水性木器涂料配方体系。

3 结果与讨论
3.1 原料的选择
3.1.1 树脂乳液的选择
树脂乳液是涂料中基本的组分，水性木器树脂主要有以下几类：①丙烯酸乳液。主要特点是附着力好，不会加深木器的颜色，但耐磨及抗化学性较差，涂膜硬度较软，其特点是价格便宜，可满足一般家具的涂装。②丙烯酸与聚氨酯的合成乳液。其特点除了秉承了丙烯酸涂料的特点外，又增加了聚氨酯的耐磨及抗化学性强的特点，综合性能接近溶剂型涂料，但价格偏高。③水性聚氨酯。有单双组分，其综合性能优越，丰满度高，涂膜硬度高，耐磨性能甚至超过溶剂型涂料，为水性涂料中的高档产品，但价格偏高。在烘烤型水性木器涂料中，主要选择性价比较好的水性AC作为主要成膜物质。它快干、易打磨、硬度较高、抗黏连性好。水性木器涂料用树脂乳液主要性能指标对比见表2。

根据表2，在综合考虑打磨时间和成本的前提下，选取水性树脂102、106、108和109来进行具体配漆试验。