水性漆的涂層干燥是保證涂料質(zhì)量的需要,是整個(gè)涂裝過(guò)程中不可缺少的工序,直接影響到生產(chǎn)成本和效率。
涂層干燥后,對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響。如果涂層干燥不好,漆膜會(huì)有光澤差、桔皮、針孔等缺陷,漆膜會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的內(nèi)應(yīng)力,降低漆膜的附著力;使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)裂紋,失去保護(hù)和裝飾作用,因此很難保證涂層薄膜性能的穩(wěn)定性和獲得良好的裝飾質(zhì)量。
同時(shí),涂層干燥是一個(gè)頻繁且耗時(shí)的過(guò)程。所以,在現(xiàn)代生產(chǎn)中,如何加快涂料干燥,不僅關(guān)系到縮短生產(chǎn)周期、節(jié)約生產(chǎn)面積,而且是實(shí)現(xiàn)施工連續(xù)性和自動(dòng)化需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
因此,研究水性漆的干燥方法,對(duì)保證涂料質(zhì)量、加速涂料施工效率具有重要意義,也是改善涂層干燥效率的重要途徑,還是生產(chǎn)發(fā)展中的一個(gè)重要問(wèn)題,具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
木質(zhì)家具所用到的水性漆是一種以水為介質(zhì)的涂料。水性漆的固含量很低,一般只有20%-30%,含水量約為70%。因此,水性漆在干燥過(guò)程中要注意的是水分的蒸發(fā)。
接下來(lái)和大家介紹水性漆的成膜過(guò)程和水蒸發(fā)過(guò)程。
1、水性漆涂抹家具的成膜過(guò)程
水性漆成膜過(guò)程是一種分子鏈凝聚現(xiàn)象,一般可分為三種步驟:水揮發(fā)、顆粒變形、顆粒合并。
施工結(jié)束后,首先是水分揮發(fā)。當(dāng)水性漆的乳膠粒占膠層的74%(體積)時(shí),膠粒相互接近,達(dá)到密實(shí)的填充狀態(tài);其次,水分繼續(xù)揮發(fā),聚合物顆粒變形。毛細(xì)管壓力高于聚合物顆粒的抗變形力。介質(zhì)越易揮發(fā),壓力越大。然后,聚合物顆粒凝聚并融合形成連續(xù)的涂層;,水分繼續(xù)揮發(fā)。當(dāng)壓力達(dá)到使每個(gè)顆粒中的分子鏈向另一個(gè)顆粒分子鏈擴(kuò)散時(shí),聚合物分子鏈逐步向彼此擴(kuò)散,使涂層薄膜均勻,固化干燥過(guò)程完成。
2、研究水分揮發(fā)過(guò)程
理論上,這是一個(gè)水性漆的蒸發(fā)過(guò)程從表面到內(nèi)部符合垂直干燥理論。在一階段,樹(shù)脂顆粒發(fā)生不規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng),水在水-空氣界面上的揮發(fā)速率與在純水中相同;進(jìn)入第二階段后,樹(shù)脂顆粒的懸浮介質(zhì)減少,使樹(shù)脂顆粒相互靠近、聚集、凝聚,導(dǎo)致水空氣界面收縮,減小了水-空氣界面的總面積,并迅速降低了水的蒸發(fā)速率;在階段,水的蒸發(fā)速率不斷降低,剩余的水通過(guò)薄膜中的毛細(xì)管擴(kuò)散到薄膜空氣表面
整個(gè)過(guò)程由樹(shù)脂顆粒的表層向內(nèi)部發(fā)展,水分蒸發(fā)速率隨水分含量的降低而降低,水分含量由顆粒間的間隙轉(zhuǎn)移向聚合物轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)變。
3、干燥方式
木材的干燥過(guò)程是從木材內(nèi)部逐漸去除水分的過(guò)程,而家具所用的水性漆的干燥過(guò)程在很大程度上是從涂料內(nèi)部逐漸去除水分的過(guò)程。從某種意義上說(shuō),兩者有一些相似之處。因此,在進(jìn)一步研究木質(zhì)家具水性漆的干燥方法時(shí),可以借鑒比較成熟的干燥方法。在木材干燥領(lǐng)域,自然干燥、熱風(fēng)干燥、微波干燥、紫外線干燥、紅外干燥、太陽(yáng)能干燥、高頻干燥、組合干燥等干燥方法理論上都適用于水性漆的干燥,但各種干燥方法在水性漆干燥應(yīng)用中的具體技術(shù)參數(shù)還需要研究。
影響水性漆涂抹木質(zhì)家具的干燥速度主要因素是環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、漆膜厚度和氣流速度。伍忠躍等人認(rèn)為,水性木器涂料可以加快干燥速度,提高涂料硬度,降低VOC,避免“慢干”帶來(lái)的諸多弊端。蔡家斌等。研究了微波干燥在聚氨酯水性木器涂料中的應(yīng)用。結(jié)果表明,微波干燥后涂層中90%的水分被去除,而烘箱干燥的水分去除率僅為50%左右。經(jīng)微波干燥后,可對(duì)涂層進(jìn)行干燥、拋光、堆放和包裝。
不同干燥方法對(duì)水性漆的干燥速度和成膜質(zhì)量有明顯的影響。以下是水性漆各種干燥方法的概述。
【自然干燥】
水的蒸發(fā)潛熱很大,達(dá)到2457.7kj/kg。水基涂料的蒸發(fā)需要吸收大量的熱量。水的揮發(fā)受大氣溫度、濕度和風(fēng)速的影響。揮發(fā)速率隨溫度的升高而增大,隨空氣濕度的增大而減小,隨風(fēng)速的增大而增大。這是因?yàn)闇囟壬撸肿拥臒徇\(yùn)動(dòng)更劇烈,液態(tài)水分子更容易擺脫其他水分子的吸引而變成水蒸氣分子。然而,隨著空氣濕度的增加,水蒸氣在空氣中的比例增大,水蒸氣的分壓增大,單位時(shí)間內(nèi)更多的水蒸氣分子變成液態(tài)水分子。因此,水的蒸發(fā)率隨空氣濕度的增加而降低。風(fēng)速越高,單位時(shí)間內(nèi)從揮發(fā)性表面帶走的水分子越多,蒸發(fā)速度越快。
自然干燥具有方法簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn),但也存在干燥速度慢的缺點(diǎn)。在自然條件下,溫度、濕度和風(fēng)速不斷變化,干燥速度和成膜質(zhì)量不穩(wěn)定。如果溫度高、濕度大或濕度大,涂層容易變白,干燥速度慢。在低溫下,干燥速度很慢,特別是在5℃時(shí),水性漆成膜困難。這些都是制約水性漆應(yīng)用的重要原因。
【熱風(fēng)干燥】
熱風(fēng)干燥是以40-60℃的熱風(fēng)為熱載體,將熱能傳遞到工件表面的涂層上,涂層吸收能量后固化成膜的一種加熱干燥方法。一般以電或蒸汽為熱源,先加熱空氣,通過(guò)對(duì)流將熱空氣傳給涂層表面,使涂層迅速干燥。
用熱風(fēng)干燥時(shí),涂層周圍的熱風(fēng)是加熱介質(zhì)。涂層總是有一定厚度的。從涂層表面到內(nèi)層邊界的傳熱需要一定的時(shí)間。傳熱速度取決于涂層的厚度及其導(dǎo)熱系數(shù)。因此,當(dāng)對(duì)流加熱時(shí),涂層表面總是先被加熱。在干燥初期,表層水分揮發(fā)強(qiáng),涂層的固化從表層開(kāi)始,然后逐漸向底層擴(kuò)展,導(dǎo)致底層干燥。
熱風(fēng)干燥技術(shù)的應(yīng)用可以明顯加快涂料的干燥速度,具有適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。它是一種廣泛使用的干燥形式。在大型家具廠,熱風(fēng)干燥線是目前溶劑型涂料強(qiáng)制干燥的主要形式。它被用來(lái)干燥水性漆。由于水性漆干燥時(shí)間長(zhǎng),一方面需要研究干燥設(shè)備,另一方面需要研究干燥過(guò)程。而干燥線各部分的溫度、濕度、運(yùn)行速度(干燥時(shí)間)和通風(fēng)條件將會(huì)影響到干燥質(zhì)量和終涂層成膜的重要關(guān)鍵。
【微波干燥】
微波是指波長(zhǎng)為1mm-1m,頻率為300mhz-300ghz,具有穿透性的電磁波。常用的微波頻率為915-2450mhz。
微波加熱采用介質(zhì)損耗原理,水的介電常數(shù)遠(yuǎn)大于干物質(zhì)的介電常數(shù)。電磁場(chǎng)釋放的大部分能量被涂層中的水吸收。
微場(chǎng)以每秒數(shù)億次的高速周期性地改變外加電場(chǎng)的方向,使水分子迅速擺動(dòng),產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng),使涂層內(nèi)外的溫度同時(shí)迅速升高。微波加熱的優(yōu)點(diǎn)是干燥速度快,不同物質(zhì)對(duì)微波有選擇性吸收;對(duì)干燥物無(wú)形狀要求;薄膜加熱非常均勻,沒(méi)有溫度梯度,厚膜可以干燥。對(duì)于水分子,2450MHz微波具有的能量轉(zhuǎn)換和損耗平衡。這種頻率的微波能穿透30mm厚的水層,可適用于干燥各種厚度涂層的水性漆。
【紫外線干燥】
對(duì)于水性漆,可以采用紫外線固化的干燥方式。所謂紫外線固化是指水性漆的UV在波長(zhǎng)為300-400nm的紫外線照射下進(jìn)行固化的干燥方式。
在水性漆中含有少量的光敏劑,在紫外線的照射下,光敏劑吸收特定波長(zhǎng)的紫外線,分解產(chǎn)生活性基團(tuán),引發(fā)成膜物質(zhì)的聚合反應(yīng),形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而使涂層固化。紫外線固化具有涂層固化速度快、涂膜質(zhì)量好等特點(diǎn)。但是。此種方法只能用來(lái)對(duì)付水性漆的涂層,并且只能干燥成平板狀的家具涂飾板件。
【紅外線干燥】
紅外線固化可用于水性木器涂料的干燥。所謂紅外線固化,實(shí)際上是指家具面板及其涂料在紅外線的照射下,吸收輻射能并轉(zhuǎn)化為熱能,從而實(shí)現(xiàn)涂層的固化。
紅外線是介于可見(jiàn)光和微波之間的一種不可見(jiàn)光。波長(zhǎng)為0.72-1000um。按波長(zhǎng)范圍可分為“近”、“中”、“遠(yuǎn)”三種紅外線,常用于涂層的干燥。
紅外固化具有固化速度快、升溫快、固化質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。但是,采用紅外加熱干燥涂層時(shí),存在明顯的溫度梯度,其干燥從表面向內(nèi)部延伸,不適合干燥厚涂層;紅外線干燥只能加熱紅外線能到達(dá)的區(qū)域,不能用于干燥三維物體。
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