热空气温湿度对木器水性封闭底漆漆膜附着力的影响

木器已成为水性聚氨酯分散体涂料的重要应用领域, 具有较好的应用前景。水性木器涂料中漆膜质量对高档家具的表面质量至关重要, 在很大程度上决定着家具的市场竞争能力。我国虽有聚氨酯水分散体的树脂研究报告[ 1 8] , 但涉及木家具工业化涂饰工艺应用领域的研究较少。系统地研究水性聚氨酯木器涂料的涂饰工艺, 对促进家具的绿色涂装具有重要现实意义。涂层干燥是涂饰整个过程中不可缺少的工序, 涂层干燥对漆膜性能有很大的影响, 对最终产品质量影响很大。涂层干燥不合理, 漆膜会产生光泽差、橘皮、针孔等缺陷, 严重的在漆膜内存在内部应力, 使漆膜附着力降低, 使用时易产生裂缝, 失去保护装饰作用, 难以保证漆膜性能稳定与获得良好的装饰质量。同时, 涂层干燥是一项需要经常重复而又费时的工序, 因此在现代生产中, 加速涂层干燥, 不仅关系到如何缩短生产周期和节约生产面积, 而且也是实现施工连续化和自动化必须解决的技术关键问题[ 9] 。热空气干燥采用对流原理, 以温度为40~ 80. 的热空气为载热体, 将热能传递给工件表面的涂层,涂层吸收能量后固化成膜。为了保证涂饰质量和提高涂饰功效, 研究热空气涂层干燥工艺具有重要的意义, 也是发展生产的重要问题, 为此笔者研究了热空气温湿度对水性封闭底漆附着力的影响。

1 材料与方法
1.1 供试材料与设备
供试基材为幅面200mmX 300mm 硬枫薄木贴面板12块, 薄木厚度为0.6mm, 基板为18mm杨木多层板, 含水率9.75% ~ 10.36% ; 水性涂料为华润牌封闭底漆护底宝JWS10; 砂纸型号为320#、400#。
测试设备包括: 手提半自动砂磨机, 漆膜附着力涂饰用设备 喷枪, 空气压缩泵; 感量为0.01 g的电子天平, 恒温恒湿房, 深圳市隆安环境仪器有限公司生产的低温、恒温、恒湿试验箱LA – TH 2005,用万能拉力试验机(含夹具) , 计算机, DXLL- DLL力学测试软件测试漆膜附着力。
1.2 漆膜附着力测定方法
沿顺木纹方向砂磨硬枫定薄木贴面家具板件后, 按规定的涂布量喷涂两遍水性封闭底漆华润护底宝JWS10。按设计的热空气干燥条件, 在不同的温度(因素A)、湿度(因素B )环境下干燥漆膜。实干后的试验板取出恒温和恒湿试验箱, 在温度为25. 、相对湿度为77%的恒温恒湿房里陈放7 d后进行漆膜附着力性能测试。结合GB /T 5210 85涂层附着力测定法 拉开法[ 10] 和GB /T 15104 94装饰单板贴面人造板表面胶合强度的测定方法[ 11] , 以湿漆膜为胶粘剂, 以特制的木质模具为拉力模具在拉力机上测定木家具表面漆膜涂层附着力。

2 温度、湿度对封闭底漆附着力强度的影响
附着力指漆膜与被涂材料表面通过物理和化学作用结合在一起的牢固程度[ 9 ]。以附着力强度(拉力与拉力模具底面积的比值)作为评价附着力的指标,强度越大, 表示附着力越好; 强度越小, 表示附着力越差。采用极差分析法与方差分析法分析了温、湿度对封闭底漆附着力强度的影响, 结果见表1、表2。
表1 封闭底漆附着力强度的极差分析

对于第1遍封闭底漆附着力强度而言, 湿度的极差R 远远大于温度R, 所以湿度是重要的影响因素;对于第2遍封闭底漆附着力强度而言, 湿度的极差R同样大于温度R, 因此, 湿度是更重要的影响因素。由表1可知, 理论上第1遍封闭底漆的最佳干燥工艺为A1 B1 ( 1号方案) , 即空气温度35. 和湿度50% 时附着力最好。1 号方案的附着力强度0.695 6MPa, 为6个方案中最高, 与理论分析结果一致。理论上的第2遍封闭底漆的最佳干燥工艺为A1B2, 即空气温度为35. 和湿度为70% 时附着力最好, 恰好为4 号方案。4 号方案的附着力强度为0.510 9MPa, 是6个方案中最高的, 与理论分析结果一致。
综上所述, 第1遍封闭底漆的最佳干燥工艺为: 空气温度35. 和湿度50% ; 第2遍封闭底漆的最佳干燥工艺为A1B2, 即空气温度为35. 和湿度为70% 。
为了确定热空气干燥环境和附着力强度之间的关系以及热空气温、湿度对附着力强度是否有显著影响, 对表1的结果进行方差分析, 结果见表2。
表2 封闭底漆附着力方差分析


由表2中F 值可知, 对于附着力而言, 热空气湿度对第1遍水性封闭底漆附着力强度的影响较显著, 而温度的影响不显著。由表1可知, 附着力随着温度的升高而减小, 随着湿度的增大而急剧下降。
这是因为华润护底宝JWS10是单组分的涂料, 成膜固化属于物理变化。涂料在喷涂到白坯上时, 封闭底漆直接与木材接触, 漆膜在白坯表面的导管或其他细小沟槽里形成一系列的" 漆钉", 附着力的大小在很大程度上决定于涂料向基材表面渗透的程度和形成"漆钉"的多少。在白坯表面粗糙度、涂布量一定的情况下, 温度越高, 湿度越大时, 湿漆膜会由于高温而使最外表面迅速固化成一层极薄的干膜, 一方面使漆膜的干燥应力增大, 另一方面会阻碍热量向下层漆膜传播, 影响漆膜的固化质量; 由于湿度越大,湿漆膜表面的水分子向外挥发的阻力会越大, 从而使漆膜难以干燥, 并且影响到干燥质量。由表2可知, 对于附着力, 热空气湿度对第2遍水性封闭底漆附着力的影响较显著, 而温度的影响不显著。在一定范围内, 附着力随着温度的升高而减小, 而后再随温度的升高而增大; 随着湿度的增大而急剧上升。这与热空气湿度对第1遍水性封闭底漆附着力的影响有着明显的不同, 因为华润护底宝JWS10是单组分的涂料, 成膜固化属于物理变化。封闭底漆直接与第1遍封闭底漆干膜接触, 附着力的大小由涂料的固化质量决定。在第1遍封闭底漆干膜采用相同或相近的砂光处理后, 第2遍封闭底漆的固化质量, 温度升高时, 湿漆膜会由于高温而使最外表面迅速固化成一层极薄的干膜, 一方面使漆膜的干燥应力增大, 另一方面会阻碍热量向下层漆膜传播, 影响漆膜的固化质量, 可使附着力下降; 但是温度继续升高时, 在单位时间内, 温度高的热空气向湿膜传递的热量多, 又有利于漆膜的干燥, 所以附着力会增大。由于湿度越大, 湿漆膜表面的水分子向外挥发的阻力越大, 从而使漆膜难以干燥, 并且影响到干燥质量; 另一方面, 湿度大的热空气在温度相同的条件下, 热焓量大, 在单位时间内, 热空气向湿膜传递的热量多, 又有利于漆膜的干燥, 所以附着力会增大。

3 结 论
( 1)湿度是第1、2遍封闭底漆附着力强度的重要影响因素。对于第1遍封闭底漆附着力强度, 附着力随着温度的升高而减小, 随着湿度的增大而急剧下降。对于第2遍封闭底漆附着力强度随着湿度的增大而增大。在一定范围内, 附着力先随着温度的升高而减小, 再随温度的升高而增大。
( 2)热空气干燥工艺的优化只能在一定程度上改善漆膜的附着力, 要想大幅度地提高漆膜的附着力应从涂料、表面粗糙度等方面进行重点考虑。
( 3)为了获得较好的漆膜附着力, 第1遍封闭底漆的最佳干燥工艺为: 空气温度35. 和湿度50%;第2遍封闭底漆的最佳干燥工艺为: 空气温度35. 和湿度70% 。

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