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木质家具用水性聚氨酯漆膜附着力受干燥工艺的影响研究

2020-07-01 229 上传者：管理员

摘要：采用不同干燥温度、湿度和干燥时间，研究干燥工艺条件对木质家具用水性聚氨酯漆膜附着力的影响，进而获得理想的干燥工艺条件。研究结果表明：介质温度控制在30～35℃，湿度在45%～55%，干燥时间设定为20～25min时，漆膜附着力可达到1级及以上等级，漆膜无气泡等缺陷，满足GB/T3324—2017《木家具通用技术条件》对表面理化性能要求。

关键词：
木家具
木家具通用技术
木材加工
水性聚氨酯漆
涂饰工艺
漆膜干燥
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随着我国国民经济的发展和社会对清洁空气等环境要素需求的提高，家具生产带来的环境污染如VOCs排放等问题引起广泛关注。低污染、低VOCs排放的水性涂料的推广和应用，为家具制造行业从源头上控制VOCs排放提供了新途径。水性木器涂料的加工工艺比较复杂，相比传统的溶剂型涂料对涂饰工艺过程中的环境要求比较高，干燥时的环境温度、湿度及时间都会影响产品的表面理化性能指标，尤其是影响产品美观及对产品起保护作用的漆膜附着力。本研究采用不同干燥工艺下制备的试件，根据现行国家标准进行检测验证，以获得水性木器涂料理想的干燥工艺。

1、材料与方法

1.1材料

木制家具用水性聚氨酯涂料（固体含量40%，涂-4杯黏度50～60s），包括底漆（单组分）和面漆（双组分）。

黑胡桃木单板饰面中密度纤维板：6块，含水率8%，尺寸为600mm×600mm×18mm，表面经400目砂纸打磨光滑、平整无变形。

1.2设备

木质家具涂饰（水性漆、喷涂）自动生产线,CeflaEASY2000。百格刀：刀刃间隔2mm，刀刃角度(30±1)°；压敏粘胶带：宽度50mm，粘着力(10±1)N/25mm；软毛刷；3倍手把式放大镜。

1.3试验方法

1.3.1涂饰工艺

根据研究需要，试验针对干燥时间、介质温度与湿度3个工艺参数，在设定值条件下采用生产线自动喷涂工艺，干燥包括三个阶段：第一阶段为流平浸润阶段；第二阶段为干燥固化阶段；第三阶段为平衡保持阶段。每个阶段的时间、温度、湿度均可分别调整控制。干燥段采用电加热空气介质，采用除湿控制干燥介质湿度，干燥时间则通过调整传输带速度进行控制。干燥介质温度、湿度与干燥时间详见表1。

表1试验设计

采用三遍底漆和两遍面漆的涂饰工艺，每遍涂饰的漆膜厚度控制在40～50μm，漆膜总厚度在200～250μm；五遍喷涂在生产线重复进行。底漆采用木质用单组分聚氨酯水性涂料，面漆采用木质用双组分水性聚氨酯涂料。

1.3.2试验设计

涂饰产品取样。每个工艺条件取样不低于10个，取其测定值的算术平均值作为试验数据。

1.3.3漆膜附着力测试与分级

图1漆膜附着力分级

漆膜附着力测定依据GB/T4893.4—2013《家具表面漆膜理化性能试验第4部分：附着力交叉切割测定法》进行，该标准中，漆膜附着力分为5级，0级最好。依据GB/T3324—2017《木家具通用技术条件》5.5表面理化性能要求（漆膜）3级及以上判定为合格[1]。漆膜附着力分级如图1。

2、结果与分析

2.1试验结果

根据设定的试验条件，测定了不同干燥温度、湿度与干燥时间条件下木质家具用水性聚氨酯漆膜附着力，测试结果见表2～6。

表2干燥时间为10min的漆膜附着力

表3干燥时间为15min的漆膜附着力

表4干燥时间为20min的漆膜附着力

表5干燥时间为25min的漆膜附着力

表6干燥时间为30min的漆膜附着力

2.2结果分析

2.2.1温度对漆膜附着力影响

温度对漆膜附着力的影响主要体现在以下三个方面：适当的温度可增强涂料的流动性，确保涂料浸润与渗透，形成丰富的漆钉，增大涂料与基材的接触面积，同时增强涂料和基材表面活性，增强结合力；利于漆膜固化，增加漆膜强度。从表2～6可知，当介质温度高于45℃时，漆膜附着力明显降低，这是因为涂料中的水分蒸发速度随着温度的升高而增高。高于45℃时，涂料中的水分过快蒸发，导致涂料流动性、浸润性及渗透性变差，甚至提前固化，使涂料与基材的接触面积、漆钉数量减少，从而导致漆膜附着力降低。试验中，在介质温度太低时出现了干燥时间长、涂料消耗大、基材开胶分层等缺陷，原因在于涂料的过度浸润和渗透，因此，在制定干燥工艺温度时应避免介质温度过低。从试验结果看出，介质温度在30～40˚C之间时，漆膜附着力较好。而介质温度低于30˚C或高于40˚C时，漆膜附着力较低。特别是介质温度高于45˚C时，无论其他工艺条件如何调整，漆膜附着力仍较低。

2.2.2湿度对漆膜附着力影响

在介质温度一定的条件下，较高的干燥介质湿度可使涂料具有较好的活性、流动性、浸润性和渗透性，有利于增加接触面积、漆钉及漆膜附着力。但介质湿度过高，该试验条件下达到60%时，漆膜附着力出现下降，这是涂料过度浸润和渗透所致。从试验结果看出，介质湿度对漆膜附着力有显著影响，在湿度为45%～55%时，漆膜附着力较好;当低于35%时，漆膜附着力明显较低，并且漆膜附着力随着介质湿度下降而进一步降低;当介质湿度达到25%以下时，由于水分蒸发过快，在介质温度较高的情况下，漆膜出现气泡、发白[4]等缺陷。但介质湿度也不是越高越好，该试验条件下，介质湿度60%时漆膜附着力出现下降。

2.2.3干燥时间对漆膜附着力影响

对表2～6试验结果分析可知，干燥时间对漆膜附着力有一定影响。无论是涂料的流动和对基材的浸润及渗透，还是涂料漆膜中水分蒸发聚氨酯漆固化都需要一定的干燥时间。该试验中，当干燥时间达到20min及以上时，漆膜附着力均较好。从提高生产效率角度，在满足要求的情况下，干燥时间越短越好，因此干燥时间设定为20～25min较好。

3、结论

研究了不同干燥温度、湿度和干燥时间对木质家具用水性聚氨酯漆膜附着力的影响。研究表明：干燥温度、湿度对漆膜附着力有显著影响，干燥时间对漆膜附着力有一定的影响。在该试验条件下，在干燥工艺的第一阶段（流平浸润段），温度控制在30～35℃，湿度在45%～55%，干燥时间设定为20～25min时，漆膜附着力可达到1级及以上等级，漆膜中未产生气泡等缺陷，满足GB/T3324—2017《木家具通用技术条件》对漆膜理化性能的要求；第二阶段（干燥固化段）温度控制在45～50℃，湿度控制在30%～35%，干燥时间控制在10～25min，对漆膜附着力有一定影响；第三阶段（平衡保持段）温度控制在30～35℃，湿度在30%～40%，干燥时间控制在20～35min，对漆膜附着力影响不大。

参考文献：

[1]GB/4893.4—2013家具表面漆膜理化性能试验第4部分.附着力较差切割测定法[S].北京:中国标准出版社,2013.

[2]顾继友.胶粘剂与涂料[M].北京:中国林业出版社,1999.

[3]吴悦奇主编.木材工业实用大全(家具卷)[M].北京:中国林业出版社,2003.

[4]王梅,古今,关丽涛,等.木器漆漆膜发白机理分析[J].林产工业,2017,44(5):22-25.

李文,王昭君,王文峰.干燥工艺对木质家具用水性聚氨酯漆膜附着力的影响[J].林产工业,2019,56(12):62-64.

基金:国家级林业科技成果推广项目[2018]02号