水性漆在家具行业里,是个“不新也不老”的话题,“不新”是因为水性漆已在行业推行多年,在各个层面取得一定的进展和突破,但对很多企业来说,水性漆的使用仍然存在诸多问题,是个需要不断摸索和实践的“不老”挑战。
如何有效进行水性漆干燥,便是这“不老挑战”中的重中之重,难之又难。如果干燥达不到,漆面过早封闭,内部水分不能及时排干,就会造成漆面变色、发蒙、附着力差等问题。所以从某种程度上来说,水性漆效果的好坏取决于水性漆干燥是否彻底而有效。
本文将梳理目前市场上主流的水性漆干燥方法,以期给行业在“如何选择水性漆干燥方式”上,带来一些参考和些许的反思。
01 正确认识水性漆的干燥原理
关于水性漆的干燥,有一个非常普遍的认知误区,就是认为水性漆对干燥设备和施工工艺的要求,与油性漆一样。
我们需明确知道,水性漆跟油性漆的区别,在于稀释溶剂的不同。稀释剂不同,干燥机理自然也不同,水性漆的挥发速度要远远小于油性漆的挥发速度。因为水的蒸发潜热大于普通的有机溶剂。【蒸发潜热:蒸发潜热是指在恒定温度下,使某物质由液相转变为气相所需要的热量。】
水性漆的干燥,主要取决于漆中水分挥发的快慢,除了与温度有关,还与环境的湿度有关。通常来说,湿度越大,挥发速度越慢。如果水性漆在比较大的湿度环境中施工,不但漆膜干燥慢,涂层还容易发白和脱皮。
如果在低温下施工(特别是在5℃下),水性漆同样干得慢,成膜不好。这是因为低温导致工件表面温度降低,会对涂层后续的流平、干燥都带来很大的负面影响。水分挥发慢、易咬底和起皱,且低温的涂层在干燥区遇到较高的空气加热,会导致涂料表层与里层产生较大温差,涂料表层迅速干燥,将水分锁死在涂层内部,造成涂层长时间无法实干。
【参考:温湿度的控制对水性漆干燥十分重要,据笔者采访获悉,采用晾晒房干燥,应保证房内温度在25℃-28℃,湿度在50-65%,采用微风循环。】
因此,选择合适的涂装干燥工艺和设备是水性漆施工成与败的关键。其实水性漆的施工条件不算苛刻,只要充分认识水性漆的干燥原理,完善施工环境,就能保证漆膜质量。
02 常用的水性漆干燥方法
水性漆的干燥方法有很多种,不同的干燥方式对水性漆的干燥速度和成膜质量的影响都不相同,在设备投入、综合能效方面也存在差异,企业应该结合自身情况,选择合适的水性漆干燥。此外,单组份和双组份的水性漆在干燥原理和干燥方法上也存在差异。
【注意:单组份水性漆漆膜原则上不提固化成膜,它不加交联固化剂,最多自交联。双组份水性漆施工时加交联固化剂,所以提交联固化。(线性高分子材料经交联变成网状结构,降低了热塑性,提高了附着力,耐热性,耐水性,耐化学性,韧性硬度,耐磨性等。)】
02-1 热空气干燥
热空气干燥是采用对流原理,以温度为35-60℃的热空气为载热体,将热能传送给工件外表的涂层,涂层吸收能量后固化成膜的加热干燥办法。
常用电(电热丝、电热棒或电热板)或蒸汽作为热源,先使空气加热,热量经过对流方式由热空气传送给涂层外表,使涂层得到快速干燥。采用热空气干燥工艺,能够明显加快涂层干燥速度,并具有适应性强的特性,是应用较为普遍的一种干燥方式。
▲空气的热对流示意
由于需要对干燥室中的全部空气进行加热,同时,墙体、地面、载具、工件涂层等都会吸收或者散失热能,因此该模式下热能损耗比较大,需要合理设计热风的对流流向,尽可能使热风中携带的能量主要传递到工件表面的涂层中去。
同时也应留意,因为是对流原理加热,漆膜是从外往里干,也就是漆膜表面先受热,这有可能导致漆膜内部不能彻底干燥,从而带来一些质量问题。
▲热空气干燥房
我们也注意到,即使是利用热空气干燥原理,如果能将方法加以改良(360°热风空气循环),并结合具有快干特性的水性漆选用,也能实现较快较好的干燥效果。【详见《水性漆快干?有何新方法?》】
02-2 红外线干燥
红外干燥技术,即涂层通过吸收红外线辐射能量,并转化为热量,最终达到固化成膜的一种干燥技术。红外线是一种不可见射线,介于可见光和微波之间,波长为0.75-1000um。按波长范围分,能够分为“近、中、远”红外线。
目前红外干燥技术通常选用远红外干燥,其可穿透到涂膜内部,使涂膜内部温度升高,涂膜内部温度高于表面,使涂膜的热扩散由内向外发生形成温度梯度。
▲红外线在光谱中的位置
同时涂膜内部也存在着水分梯度而引起水分移动,含水量较多的内部逐渐向含水量较少的外部进行扩散,与热扩散的方向一致,从而加速了干燥的进程。
红外线固化具有升温快、固化速度快、固化质量好等优点。但由于温度梯度和水分梯度的存在,远红外干燥不适合干燥较厚的涂膜,涂膜越厚梯度越明显。此外,红外干燥只能加热红外线能够照射到的区域,不适合用来干燥形状比较复杂的立体工件。
▲红外干燥加热管
02-3 微波干燥
微波是指波长为1mm-1m,频率为300MHz-300GHz,具有穿透性的电磁波。微波加热利用的是介质损耗的原理,而水的介电常数比干物质大得多,电磁场释放能量的绝大部分被涂料中的水分吸收。
微波场以每秒几亿次的高速周期性地改动外加电场的方向,使水分子疾速摆动,产生显著的热效应,从而使涂料内部和外表的温度同时疾速升高,使漆膜涂层中的水分迅速挥发。
▲不同波段示意(粉红为微波)
微波加热的优点在于干燥速度特别快,对被干燥物件没有外形要求,对于涂膜的加热很平均,不存在温度梯度,可以干燥厚膜等。但是用微波对水性涂膜进行加热,漆膜温度难以精确控制,而根据涂布面积自动匹配微波功率和时间目前在技术上也很难实现。
此外,由于微波对水加热的聚能作用,必然对木质材料中的水和其它化学物质同时进行加热,有可能影响木质材料的稳定性;微波加热后,局部的过热也可能使底色过度迁移,使得整个或者局部涂层变花。【液态的面漆会将擦涂的底色部分重新溶解至面漆中,从而影响涂层的透明度,这被称之为底色的迁移】
02-4 紫外线干燥
水性UV木器涂料采用紫外线光固化的干燥方式。在水性UV涂料中含有少量的光敏剂,在紫外线的映照下,光敏剂吸收特定波长的紫外线,产生活性基团,引发成膜物质的聚合反应,构成网状结构而使涂层固化。紫外线固化具有涂层固化速度快、涂膜质量好等特性。
▲紫外线干燥示意
03 选择适合自身情况的干燥方法
我们对上述几种水性漆干燥方法的分析表明,不同的干燥方法各有利弊,企业应当根据自身的产品特点和生产状况,选择合适的干燥方法。
总结来看,热空气干燥法的效果一般但尚可,且投入省、改造容易,见效快,适用性广(特别是双组份漆);红外线加热干燥方法升温快,固化快,但不适合干燥较厚漆膜和形状复杂的工件;紫外线干燥方法仅能用于干燥UV光敏涂料;微波干燥的技术领先、效率高,但投资大,对操控要求较高,需要谨慎选择。
关于水性漆的实践还在继续,留待解决的问题还有很多,水性漆干燥方法的选用与实施也只是其中一环,相信随着科技的不断进步、企业的持续探索、环保的日渐刚需,水性漆的普及会越来越广。
信息来源:鲁班园