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水性木器塗料施工要求不一樣?看看原理就明白了!

作者:由 魯班園 發表于 收藏日期:2022-07-01

木器塗料取樣量不少於多少升

國內塗料企業對水性木器塗料的研究和應用推廣已經有二十多個年頭了。水性木器塗料不含苯、甲醛、重金屬等有毒有害物質,因而受到了國家環保部門的大力扶持和推廣。然而經過幾年的喧囂,水性木器塗料的熱度似乎在逐漸退卻,絕大多數的傢俱企業依然對水性木器塗料持觀望態度,這主要因為大家對水性木器塗料的不瞭解而產生的不信任。

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水性木器塗料的性質

常見的溶劑型塗料是屬於溶液,水性木器漆塗料屬於乳液。

溶液可以簡單地理解為可溶物以分子形態存在於溶劑中,可溶物的分子在溶劑中均勻分佈,比如我們生活中常見的糖水、鹽水。溶液的穩定性較好,受溫度等條件影響較小。

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乳液是一種液體以液珠形式分散在與它不相混溶的另一種液體中而形成的分散體系,比如我們生活中常見的牛奶。液珠直徑大多在100nm~10μm之間。液珠的大小決定了乳液的透明程度,液珠直徑越小,乳液透明程度越高,穩定性也越高。

乳液的熱穩定性較差,高溫或者低溫都會破壞其穩定性。由於乳液的特殊性,水性木器塗料在運輸、儲存、使用時的要求比溶劑型塗料高得多。

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塗料中的液體蒸發

塗料乾燥就是塗料中的液體成分變成氣體揮發的過程,液體蒸發變成氣體的需要吸收熱量,還受到周圍環境的影響。

蒸發熱

單位質量的液體蒸發吸收熱量的多少稱為蒸發熱,又稱蒸發潛能。

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在其它條件相同的情況下,蒸發熱越低的液體蒸發速度越快。換言之,要達到相同的蒸發速度,蒸發熱越高的液體需要吸收熱量也越高。因此,蒸發熱的大小對塗裝能耗具有決定性意義。

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溶劑的蒸發熱一般較小,且溶劑分子在空氣中含量極小,因此溶劑的揮發比較容易,在全季節及各種天候條件幾乎都可以揮發。氣溫僅對溶劑的蒸發速度產生影響,而空氣溼度對溶劑的蒸發幾乎沒有影響,因此溶劑型塗料的施工條件較為寬泛。

水的蒸發熱是我們常用的有機溶劑的5~8倍,也就是說,相同總量的水性木器塗料乾燥所需要的熱能比溶劑型塗料要多得多。換言之,在低溫的季節和環境下,對於水性木器塗料的成膜,必須提供更多的熱能。

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周圍環境的影響

水分的蒸發受環境溫度和溼度及風速的影響,蒸發速度隨著溫度的升高而增加,隨著空氣溼度的增加而降低,隨著風速的增大而變大。溫度升高,分子熱運動更加劇烈,液體水分子更容易擺脫其它水分子的吸引而變成蒸汽分子。風速越大,單位時間內從蒸發表面帶走的水分子越多,所以蒸發速度越快。

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自然界江河湖海中的水不斷蒸發到空氣中,使得自然界的空氣中存在著大量的水蒸汽,空氣中容納水蒸汽的能力稱之為溼含量,也稱為溼度。空氣中水蒸氣的溶解量隨溫度不同而變化。一立方米空氣可以在10℃下溶解9。41克水,在30℃下溶解30。38克水。

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空氣的溼度隨著氣溫、大氣環流、氣壓等因素的變化而變化,一般在50%~90%。在氣溫一定的前提下,隨著空氣溼度的增加,空氣中的水蒸汽所佔的比重增加,水蒸汽的分壓力增加,在單位時間內使更多的水蒸汽分子變成液體水分子,暴露在空氣中的液態水蒸發速度隨之下降,當空氣溼度達到100%時,液態水不再蒸發。在我國南方有所謂的“回南天”,每當此時,我們晾曬衣服比較難幹,就是因為空氣中的溼度很大,水分蒸發速度變慢的原因。

水性木器塗料成膜機理

水性木器塗料的成膜過程是一個比較複雜的過程,其成膜機理目前沒有一個理論可以完全地論述和驗證水性木器塗料成膜的各種實踐。目前,水性木器塗料主要的成膜機理有物理成膜和化學成膜兩種說法。

物理成膜機理

溶劑揮發型木器塗料在成膜過程中只發生溶劑或水的蒸發而無分子間的化學反應,市面上通行的水性單組份木器塗料主要就是這種成膜形式。

如下圖所示,單組份木器塗料在水分發揮過程中產生的毛細管力壓迫乳膠粒,在成膜助劑的作用下發生乳膠粒的溶脹,最終透過乳膠粒的相互擴散融合而形成完整緻密的漆膜。

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化學成膜機理

雙組份水性木器塗料的成膜過程是一種分子鏈凝聚現象。從理論上分析,水性木器塗料的水分蒸發過程符合由表及裡的垂直乾燥理論。該理論認為水性木器塗料成膜時水分的蒸發可分為3個階段:

第一階段,乳液液珠進行無規則的布朗運動,水分與在純水中一樣沿著水—空氣介面以相同的蒸發速率蒸發;

第二階段,乳液液珠賴以懸浮的介質減少,微粒子之間相互靠近、堆積和聚結,水—空氣介面收縮,介面的總面積減小,水分的蒸發速率快速下降;

第三階段,水分的蒸發速率不斷降低,剩餘的水分透過膜中的毛細管道擴散到塗膜—空氣表面蒸發出來。

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整個過程由聚合物微粒子的表層逐漸向內部發展,水分的蒸發速率因水分的不斷減少、水分由聚合物微粒子之間的間隙傳遞轉變為透過聚合物傳遞而降低。

從化學成膜角度來看,乳液成膜是一個從乳膠顆粒相互接觸、變形到分子鏈段相互貫穿、擴散的過程,這個過程與高分子鏈的初始構象、分子運動、成膜條件和擴散動力學過程密切相關。聚合物的玻璃化轉變溫度、聚合物的結構、乳化劑、成膜溫度、水分的蒸發等對成膜過程有極大的影響,並決定塗膜的效能。

對於水性木器塗料來講,由於世界上的木質材料性質千變萬化,其熱脹冷縮效能、孔隙率、吸水性各不相同,因此要想製造一種水性木器塗料而適用於各種木質材料是十分困難,甚至是不現實的。

VOC及水處理

一般水性木器塗料中也會存在VOC,主要是存在於成膜助劑中,不過含量較少。用傳統的水簾機進行水性木器塗料塗裝,工藝上是沒有問題的。溶劑型塗料一般不溶於水,被水簾機的水幕吸附後呈現為渣狀固體,可以透過沉澱等手段去渣,對水進行迴圈利用。

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但是由於水性木器塗料可溶於水,水性木器塗料採用水簾機進行廢漆處理,產生的廢水必須進行藥物析出處理,使得溶於廢水中的水性木器塗料析出為固體後再進一步處理。因此,水性木器塗料塗裝採用水簾機,後續的水處理成本較高,需要配置高效能的水處理裝置。水性木器塗料塗裝應優先考慮採用乾式過濾除塵。