家具用水性木器涂料干燥方法概述

陳江平 符英苑 范昌平

摘 要：水性木器涂料是一種以水為介質(zhì)的涂料，對(duì)環(huán)境友好，環(huán)保性能突出，是國(guó)家重點(diǎn)推廣的涂料品種。水性木器涂料含有50%甚至更高的水分。因水分較難揮發(fā)，因此水性木器涂料的干燥技術(shù)比油性木器難度要高許多。如何使水性木器涂膜獲得良好的干燥，是實(shí)現(xiàn)涂裝連續(xù)化、自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)，因此，研究水性木器涂料干燥是非常有應(yīng)用價(jià)值的。本文主要針對(duì)家具常用水性木器涂料干燥方法進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：水性木器涂料；干燥方法

1 水性木器涂料的成膜過程

水性木器漆的成膜可分為3個(gè)過程：

①顆粒的堆積：由于水的蒸發(fā)，乳膠顆粒相互接近從而達(dá)到最緊密堆積的狀態(tài)。顆粒之間的空隙有乳化劑、水溶性鹽以及水分子；

②顆粒的融結(jié)：覆蓋于顆粒表面的吸附層被破壞，暴露的聚合物顆粒表面之間直接接觸，顆粒發(fā)生變形和融結(jié)而成連續(xù)性薄膜；

③顆粒的擴(kuò)散：顆粒之間的空隙或融結(jié)顆粒的水溶性物質(zhì)、成膜助劑等將使聚合物溶解或向聚合物擴(kuò)散，聚合物表面的鏈端分子也相互滲透或擴(kuò)散，從而使薄膜進(jìn)一步均勻化。

2 水分揮發(fā)過程

水分揮發(fā)過程符合由表及里的垂直干燥理論，該理論認(rèn)為水分揮發(fā)可分為3個(gè)階段：第一階段，乳膠樹脂顆粒進(jìn)行著無規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，水分沿著水-空氣界面以相同的揮發(fā)速率揮發(fā)；第二階段，水介質(zhì)減少，乳膠樹脂粒子之間相互靠近、堆積和聚結(jié)，水-空氣界面收縮，水分的揮發(fā)速率快速下降；第三階段，剩余水分通過膜中的毛細(xì)管道擴(kuò)散到涂膜-空氣表面揮發(fā)出來。

3 干燥方式

木材的干燥過程是水分逐步排出木材內(nèi)部的過程，而家具水性涂料涂膜的干燥是把水分逐步排除涂膜內(nèi)部的過程，兩者有相似之處。在研究家具用水性涂料涂膜的干燥方式時(shí)可以借鑒現(xiàn)有相對(duì)成熟的木材干燥方式。在木材干燥領(lǐng)域，自然干燥、熱空氣干燥、微波干燥、紫外線干燥、紅外線干燥、太陽(yáng)能干燥、高頻干燥、聯(lián)合干燥等方式在理論上皆適用于水性木器涂料涂膜的干燥。不同的干燥方式對(duì)水性涂料的干燥速度和成膜質(zhì)量有著明顯的不同，下面就水性木器涂料的各種干燥方法概述之。

3.1 自然干燥

自然干燥是常溫放置的干燥方法。

水的蒸發(fā)潛熱很大，在一個(gè)大氣壓（0.1MPa）100℃時(shí)的蒸發(fā)潛熱為2257.2kJ/kg，因此水性涂料涂膜的水分揮發(fā)需要吸收大量的熱量。水分的揮發(fā)受大氣溫度、濕度及風(fēng)速的影響，揮發(fā)速度隨著溫度的升高而加快，隨著空氣濕度的增加而降低，隨著風(fēng)速的增大而變快。

自然干燥具有方法簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn)，在自然條件下，溫度、濕度及風(fēng)速是不斷變化的，干燥速度及成膜質(zhì)量是極不穩(wěn)定的。當(dāng)在低溫高濕或濕度大的條件下，涂膜易發(fā)白，甚至縮邊。低溫時(shí)干燥速度很慢，特別是在5℃下難以成膜。

3.2 熱空氣干燥

熱空氣干燥是采用對(duì)流原理，以40～50℃溫度的熱空氣為載熱體，將熱量從涂膜表面?zhèn)鬟f到涂膜里層。涂膜的固化也是從表層開始，隨后逐漸擴(kuò)展到底層，使底層最后干燥。常用電或蒸汽作為熱源。

采用熱空氣干燥，可加快涂膜干燥速度，且適用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。時(shí)下家具工廠采用熱空氣干燥線是溶劑型涂料強(qiáng)制干燥的主要形式，當(dāng)改用于水性涂料時(shí)，需要干燥線各節(jié)點(diǎn)處的溫度、濕度、工件運(yùn)行速度、干燥時(shí)間、通風(fēng)條件等工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以保證最終的漆膜質(zhì)量。

3.3 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。

微波加熱利用的是介質(zhì)損耗的原理，水的介電常數(shù)比干物質(zhì)大得多，電磁場(chǎng)釋放能量大部分被涂料中的水分吸收。微波場(chǎng)以每秒幾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)，從而使涂料內(nèi)部和表面的溫度同時(shí)迅速升高，達(dá)到干燥效果。

微波干燥的優(yōu)點(diǎn)是干燥速度快，工藝時(shí)間短，不同物質(zhì)對(duì)微波具有選擇性吸收，對(duì)物件沒有形狀要求，涂膜加熱均勻，不存在溫度梯度差，可以干燥厚膜。實(shí)驗(yàn)證明，微波干燥在聚氨酯水性木器涂料中可脫除90%的水分，而同樣的時(shí)間內(nèi)，烘箱干燥只脫除50%的水分。

3.4 紫外線干燥

紫外線用于水性UV涂料干燥，水性UV在固化前需進(jìn)行脫水預(yù)干燥，之后在波長(zhǎng)為300-400Nm的紫外線照射下固化成膜。水性UV涂料中含光敏劑，在脫水之后經(jīng)紫外線照射后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)而使涂膜固化。

紫外線干燥具有涂膜固化速度快、涂膜質(zhì)量好等特點(diǎn)，但是此種方法只能干燥平板狀的家具涂飾板件。

3.5 紅外線干燥

紅外線干燥是指被涂飾的家具板件及其涂膜在用遠(yuǎn)紅外線的照射下吸收輻射能量并被轉(zhuǎn)化成熱能，從而實(shí)現(xiàn)涂膜的固化。

紅外線固化具有固化速度快、升溫迅速、固化質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但是因存在明顯的溫度梯度，不適合用于干燥較厚的涂膜，且不能用來干燥立體復(fù)雜的物件。

以上僅為個(gè)人對(duì)家具用水性木器涂料干燥方法的部分應(yīng)用研究，有待于眾多同仁進(jìn)一步研究分析。

參考文獻(xiàn)：

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