水性木器涂料施工要求不一样?看看原理就明白了!(原创)

导读:
常见的溶剂型涂料是属于溶液,水性木器漆涂料属于乳液。

国内涂料企业对水性木器涂料的研究和应用推广已经有二十多个年头了。水性木器涂料不含苯、甲醛、重金属等有毒有害物质,因而受到了国家环保部门的大力扶持和推广。然而经过几年的喧嚣,水性木器涂料的热度似乎在逐渐退却,绝大多数的家具企业依然对水性木器涂料持观望态度,这主要因为大家对水性木器涂料的不了解而产生的不信任。

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水性木器涂料的性质

常见的溶剂型涂料是属于溶液,水性木器漆涂料属于乳液。

溶液可以简单地理解为可溶物以分子形态存在于溶剂中,可溶物的分子在溶剂中均匀分布,比如我们生活中常见的糖水、盐水。溶液的稳定性较好,受温度等条件影响较小。

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乳液是一种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的另一种液体中而形成的分散体系,比如我们生活中常见的牛奶。液珠直径大多在100nm~10μm之间。液珠的大小决定了乳液的透明程度,液珠直径越小,乳液透明程度越高,稳定性也越高。

乳液的热稳定性较差,高温或者低温都会破坏其稳定性。由于乳液的特殊性,水性木器涂料在运输、存储、使用时的要求比溶剂型涂料高得多。

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涂料中的液体蒸发

涂料干燥就是涂料中的液体成分变成气体挥发的过程,液体蒸发变成气体的需要吸收热量,还受到周围环境的影响。

蒸发热

单位质量的液体蒸发吸收热量的多少称为蒸发热,又称蒸发潜能。

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在其它条件相同的情况下,蒸发热越低的液体蒸发速度越快。换言之,要达到相同的蒸发速度,蒸发热越高的液体需要吸收热量也越高。因此,蒸发热的大小对涂装能耗具有决定性意义。

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溶剂的蒸发热一般较小,且溶剂分子在空气中含量极小,因此溶剂的挥发比较容易,在全季节及各种天候条件几乎都可以挥发。气温仅对溶剂的蒸发速度产生影响,而空气湿度对溶剂的蒸发几乎没有影响,因此溶剂型涂料的施工条件较为宽泛。

水的蒸发热是我们常用的有机溶剂的5~8倍,也就是说,相同总量的水性木器涂料干燥所需要的热能比溶剂型涂料要多得多。换言之,在低温的季节和环境下,对于水性木器涂料的成膜,必须提供更多的热能。

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周围环境的影响

水分的蒸发受环境温度和湿度及风速的影响,蒸发速度随着温度的升高而增加,随着空气湿度的增加而降低,随着风速的增大而变大。温度升高,分子热运动更加剧烈,液体水分子更容易摆脱其它水分子的吸引而变成蒸汽分子。风速越大,单位时间内从蒸发表面带走的水分子越多,所以蒸发速度越快。

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自然界江河湖海中的水不断蒸发到空气中,使得自然界的空气中存在着大量的水蒸汽,空气中容纳水蒸汽的能力称之为湿含量,也称为湿度。空气中水蒸气的溶解量随温度不同而变化。一立方米空气可以在10℃下溶解9.41克水,在30℃下溶解30.38克水。

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空气的湿度随着气温、大气环流、气压等因素的变化而变化,一般在50%~90%。在气温一定的前提下,随着空气湿度的增加,空气中的水蒸汽所占的比重增加,水蒸汽的分压力增加,在单位时间内使更多的水蒸汽分子变成液体水分子,暴露在空气中的液态水蒸发速度随之下降,当空气湿度达到100%时,液态水不再蒸发。在我国南方有所谓的“回南天”,每当此时,我们晾晒衣服比较难干,就是因为空气中的湿度很大,水分蒸发速度变慢的原因。

水性木器涂料成膜机理

水性木器涂料的成膜过程是一个比较复杂的过程,其成膜机理目前没有一个理论可以完全地论述和验证水性木器涂料成膜的各种实践。目前,水性木器涂料主要的成膜机理有物理成膜和化学成膜两种说法。

物理成膜机理

溶剂挥发型木器涂料在成膜过程中只发生溶剂或水的蒸发而无分子间的化学反应,市面上通行的水性单组份木器涂料主要就是这种成膜形式。

如下图所示,单组份木器涂料在水分发挥过程中产生的毛细管力压迫乳胶粒,在成膜助剂的作用下发生乳胶粒的溶胀,最终通过乳胶粒的相互扩散融合而形成完整致密的漆膜。

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化学成膜机理

双组份水性木器涂料的成膜过程是一种分子链凝聚现象。从理论上分析,水性木器涂料的水分蒸发过程符合由表及里的垂直干燥理论。该理论认为水性木器涂料成膜时水分的蒸发可分为3个阶段:

第一阶段,乳液液珠进行无规则的布朗运动,水分与在纯水中一样沿着水—空气界面以相同的蒸发速率蒸发;

第二阶段,乳液液珠赖以悬浮的介质减少,微粒子之间相互靠近、堆积和聚结,水—空气界面收缩,界面的总面积减小,水分的蒸发速率快速下降;

第三阶段,水分的蒸发速率不断降低,剩余的水分通过膜中的毛细管道扩散到涂膜—空气表面蒸发出来。

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整个过程由聚合物微粒子的表层逐渐向内部发展,水分的蒸发速率因水分的不断减少、水分由聚合物微粒子之间的间隙传递转变为通过聚合物传递而降低。

从化学成膜角度来看,乳液成膜是一个从乳胶颗粒相互接触、变形到分子链段相互贯穿、扩散的过程,这个过程与高分子链的初始构象、分子运动、成膜条件和扩散动力学过程密切相关。聚合物的玻璃化转变温度、聚合物的结构、乳化剂、成膜温度、水分的蒸发等对成膜过程有极大的影响,并决定涂膜的性能。

对于水性木器涂料来讲,由于世界上的木质材料性质千变万化,其热胀冷缩性能、孔隙率、吸水性各不相同,因此要想制造一种水性木器涂料而适用于各种木质材料是十分困难,甚至是不现实的。

VOC及水处理

一般水性木器涂料中也会存在VOC,主要是存在于成膜助剂中,不过含量较少。用传统的水帘机进行水性木器涂料涂装,工艺上是没有问题的。溶剂型涂料一般不溶于水,被水帘机的水幕吸附后呈现为渣状固体,可以通过沉淀等手段去渣,对水进行循环利用。

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但是由于水性木器涂料可溶于水,水性木器涂料采用水帘机进行废漆处理,产生的废水必须进行药物析出处理,使得溶于废水中的水性木器涂料析出为固体后再进一步处理。因此,水性木器涂料涂装采用水帘机,后续的水处理成本较高,需要配置高性能的水处理设备。水性木器涂料涂装应优先考虑采用干式过滤除尘。

本期我们主要介绍了水性木器涂料的性质和成膜机理,下一期我们将继续介绍水性木器涂料的前、后处理、干燥方式和工艺组合方式,敬请期待!

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