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        UV固化水性塗料的發展以及在傢具塗裝中的應用,介紹了水性UV塗料的概況和發展趨勢以及水性UV塗料在傢具塗裝中的應用
        2019年08月09日    閱讀量:43781    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

        0 前言

        光固化體系以其固化速度快、生產效率高、塗層物化性能高等優勢,在近年來得到了高速發展。但是,傳統的溶劑型UV塗料在應用時存在著局限性。首先從環保上來看,由於其所用的主要組分預聚物,一般均具有較高的黏度,在使用過程中必須加入單體活性稀釋劑以調節其黏度和流變性中國建材網cnprofit.com。這些稀釋劑除具有一定的揮發性外,還會對人體產生一定的危害,特別是目前常用的丙烯酸酯類活性稀釋劑對眼睛和黏膜有較強的刺激作用,皮膚接觸也易導致過敏。許多反應性稀釋劑在紫外光固化過程中難以反應完全,直接影響著固化后產品的衛生安全性能,特別是有些還會使製品產生難聞的氣味。其次從塗裝工藝上看,在噴塗方面一直是溶劑型UV塗料的短板,尤其是安全性、環保等各種因素,傳統的溶劑型UV塗料是很難適用於噴塗的。


        水性塗料這兩年也快速發展,特別是工廠里一些自動噴塗、乾燥等流水線的普及,以及在水性原材料、配方上的慢慢成熟,水性塗料已經在快速地取代傳統的塗料;但是普通的水性單組分、雙組分塗料都有各自的缺陷,有些很難達到客戶的各種需求,單組分的性能提升慢,而且對於一些要求高的部件,它的性能很難達到要求;雙組分體系乾燥慢,工廠效率低,一般很難在大規模生產被客戶接受。水性UV塗料兼具UV塗料及水性塗料的優點,近些年來快速成長,特別是在歐美國家,已經在傢具廠普遍使用。


        1 UV固化水性塗料的基本概況及特點

        1.1 水性UV固化塗料的組成及分類

        水性UV固化塗料的組成大體上包括水性UV樹脂或預聚體(水性不飽和官能化塗料樹脂)、光引發劑及各種助劑(如表面活性劑或其他分散穩定劑、濕潤劑、流平劑、填料等),著色塗料還包括顏料。其中最重要的是水性UV樹脂或預聚體,它對固化膜的硬度、柔韌性、強度、黏附性、耐磨性、耐腐蝕性等以及對UV固化的靈敏度都有影響。含不飽和官能團的水性樹脂在光引發劑的作用下,經紫外光照射發生自由基聚合而固化。不飽和樹脂多以常見樹脂進行不飽和官能化而製得。這些樹脂既可以是水溶性的(非離子型、陰離子型),也可以是乳液或水溶膠。水性UV固化體系的另一個重要組分是光引發劑,其應與水性樹脂高度相容。高效大分子、可聚合的光引發劑是未來的方向。

        1.2 水性UV固化塗料的特點

        與傳統溶劑型UV固化塗料技術相比,水性UV固化塗料主要有如下優點:(1)不必藉助活性稀釋單體來調節黏度,可解決VOC及毒性、刺激性的問題;(2)可以配製成黏度較低的體系,可用水或增稠劑、流變助劑等調節塗料的黏度和控制流變性能,便於噴塗、幕塗、淋塗等多種塗裝工藝;(3)以水為稀釋劑可降低固化膜的收縮率,有利於提高固化膜對底材的黏附性,可用於非吸收性底材如塑料的塗布;(4)易於得到光固化前的無黏性干膜,保證固化膜的光潔度,簡化了防塵操作;且固化前塗層已可指觸、可堆放和修理,干膜的機械刮傷也易於修補;(5)可得到超薄型固化膜;(6)塗裝設備、容器、工具等易於用水清洗;(7)具有阻燃性,大大降低了火災的危險;(8)水性光固化塗料由於其體系的黏度與預聚物的相對分子質量無關(只與固含量有關,如圖1),且不必加入低分子的活性稀釋劑,從而解決了傳統光固化塗料不能兼顧硬度和柔韌性的問題。

        UV固化水性塗料的發展以及在傢具塗裝中的應用,介紹了水性UV塗料的概況和發展趨勢以及水性UV塗料在傢具塗裝中的應用 中國建材網,cnprofit.com

        光固化水性塗料的黏度和相對分子量關係

        2 UV固化水性塗料在傢具塗裝中的應用

        根據以上介紹的水性UV塗料的特點,它在木器上的應用是非常有價值的。經過多年的研究和探索,目前國內已有少數傢具企業將水性UV塗料運用到自己的產品塗裝上。

        2.1 開放、半開放系列的塗裝

        由於水性塗料可以製得低固含量的產品,所以水性塗料特別適合於開放以及半開放的塗裝工藝需求。特別是水性UV體系的預聚物分子量大,對於木器塗裝的顯木紋、暖木效果都較好。在設計塗裝工藝的時候應根據不同類別傢具產品的各項性能需求、塗裝效率、塗裝成本,設計不同的工藝。對於表面塗膜物化性能要求非常高的塗裝,以辦公檯面為例,一般工藝為:水性底擦色→噴塗水性

        UV底漆(一道或二道)→水性UV面色→噴塗水性UV面。由於檯面一般需要高的硬度、非常好的耐划傷性和耐化學品等性能,這樣從底到面都是水性UV的工藝,既保證了塗裝需求的開放效果(可根據需求噴塗一道或二道底漆),又能達到UV塗裝的性能(一般用於該工藝的水性UV塗膜硬度能達到3H)。有些傢具產品對面漆的塗層需要有一定的物化性能,但是底、面如果全用水性UV,塗裝成本太高。以美式櫥櫃的門板、普通室內木門塗裝為例,一般工藝為:水性底擦色→噴塗水性單組分底漆(一道或二道)→水性面色→噴塗水性UV面。一般情況下,水性單組分塗料的成本會遠低於水性UV塗料的成本,同時如按美式櫥櫃的標準(KCMA),需要有較高的耐化學品性能,一般全部都是單組分體系很難達到要求,但是有了水性UV面,性能就能達到需求(一般該工藝硬度能達到1H左右,耐98%乙醇、水都能通過24 h測試),按以上工藝既滿足了該類產品的性能需求,又能降低整體塗裝成本。

        對於一些適合輥塗塗裝的板式傢具,如果全部用溶劑型UV輥塗很難達到開放塗裝效果,不是導管填滿就是導管沒塗料。我們在實踐中開發出了一個折中的塗裝方式,工藝為:水性底擦色→輥塗溶劑型UV底→水性UV面色→噴塗水性UV面。該工藝的優點在於:首先,底下先輥一道薄薄的溶劑型UV底漆,這樣可以封固底材的毛刺,又不會填死導管,面漆噴塗水性UV面,使得整體塗裝既有開放效果,同時噴塗的水性UV面能滲透到深導管內,保證塗裝的保護作用,噴塗的水性UV面比輥塗的溶劑型UV塗料有更好的手感、光澤穩定性。該工藝充分考慮了塗裝效果、效率、成本,不足就是只能適用於板式傢具。在開放的板式木門的塗裝上具有非常好的應用前景。

        2.2 全封閉塗裝工藝

        水性UV同傳統的水性塗料一樣,一般最高的施工固含量在40%左右,所以在用水性塗料做全封閉塗裝效果時,一般基材要選擇淺導管的如櫸木、櫻桃木等木材,同開放的塗裝工藝設定一樣,對不同的需求,有不同的工藝,對於常規的工藝,這裡就不再詳細論述。

        這裡重點論述水性UV噴塗亞光面的應用,在整個UV塗料領域內,特別是傳統的溶劑型UV體系,近些年來,UV工程師一直在努力地研究UV噴塗或淋塗的亞光面,但都不是很成功。不管是有溶劑還是無溶劑的,存在安全性、光澤穩定性、施工時的環保問題,幾乎到目前為止,還沒有非常穩定的溶劑型UV噴塗亞光面漆。解決這一問題的最好辦法就是水性UV塗料。

        相對於溶劑型UV塗料,水性UV配方體系能更好地消光,消光粉也有充分的時間排布均勻,同時成膜后,塗膜的柔韌與硬度有良好的平衡,不會出現附著力不良等安全性問題。目前市面上的水性UV樹脂能製得的塗膜的硬度最高可以達到3H,抗划傷等物理性能完全滿足傢具、木地板等需求。這裡介紹一個使用案例,全封閉工藝採用「水油結合」的辦法,具體為:溶劑型UV膩子→淋塗溶劑型UV底漆→水性UV修色→噴塗水性UV面。從該工藝看,淋塗的溶劑型UV底提供了出色的填充性和硬度,噴塗水性UV面提供了良好的表面效果,而且溶劑型、水性UV塗料之間有良好的層間附著力。該工藝充分發揮了溶劑型、水性UV塗料的優勢,這也是以後傢具塗裝的一個方向。


        3 UV固化水性塗料傢具塗裝的流水線設定

        水性UV塗料的乾燥固化機理及過程如圖2所示,首先是物理烘乾,然後是UV固化,UV固化后得到高交聯度的塗膜,塗裝過程結束,產品就可堆疊打包。塗裝效率很高,整個過程在半個小時內就可完成。

        UV固化水性塗料的發展以及在傢具塗裝中的應用,介紹了水性UV塗料的概況和發展趨勢以及水性UV塗料在傢具塗裝中的應用 中國建材網,cnprofit.com

        水性UV塗料的乾燥固化機理及過程

        現代傢具廠工業化生產都通過流水線完成,流水線從效率、材料成本上都為傢具企業解決了一系列問題。特別是水性塗料的塗裝,因為需要有個水分揮發過程,流水線的設定相當重要,這也是水性塗料推廣的最主要問題。隨著技術的不斷進步,現在的生產線以及乾燥設備已經能很好地解決水性塗料生產的「乾燥」問題。對於大家之前了解的強制性乾燥會帶來一些塗膜弊病,比如起針孔、開裂等,現在的配方技術已經基本能解決這些問題。此外由於水性UV產品經過UV固化后,就可下線打包,這對傢具廠的效率又是一個大的提升,下面就通過一些實例簡要做一些介紹。

        目前比較成熟和理想的是「冷紅外流平+乾燥塔乾燥+UV固化」的流水線,該流水線投資較大,目前國內少數一些有實力的傢具企業都上有這樣的設備,這種流水線相對來說乾燥比較理想,而且塗膜的流平、表觀也能達到很好的狀態。整個塗裝過程一般在20~30 min,效率很高,具體流程如下:

        UV塗裝過程

        對於一些不想有大投資,也可以使用「紅外+熱風」的乾燥通道的流水線,實現高效率生產,具體為:

        UV固化水性塗料的發展以及在傢具塗裝中的應用,介紹了水性UV塗料的概況和發展趨勢以及水性UV塗料在傢具塗裝中的應用 中國建材網,cnprofit.com

        uv塗裝過程

        該工藝中流水線的速度受紅外熱風通道的長度影響;此外這種乾燥方式相對比較劇烈,一般把紅外加熱分幾段,逐級升溫,這樣避免加熱過急,容易使塗膜表面產生缺陷。對於一些表面效果要求不高的部件,比如櫃體內側板等,這種工藝是可行的,這種塗裝效率也很高。

        此外還有傢具廠探索使用微波乾燥,雖然微波乾燥得好,但是由於生產時存在微波的防護等問題,在流水線上的效率並不高。同時現在有些質量較差的微波乾燥設備,容易損壞塗膜和工件,目前微波乾燥在生產實踐中應用還很少。


        4 UV固化水性塗料在傢具塗裝上的問題及展望

        現在我們所講的UV固化水性塗料的應用都是在平面塗裝,這主要是立體UV固化問題沒有解決,使得在應用時受到限制,雖然現在的塗料能做到物理乾燥,但是在一般傢具廠都沒有立體固化的條件。此外,現在有很多人在推廣多重固化體系,但是由於技術問題,在傢具木器上也沒有得到很大進步。如果多重固化的體系能成熟,相信以後在水性UV塗料的立體塗裝、實色漆塗裝上會有更大進步。


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