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UV固化水性涂料的發展以及在家具涂裝中的應用,介紹了水性UV涂料的概況和發展趨勢以及水性UV涂料在家具涂裝中的應用
2019年08月09日    閱讀量:6820    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、涂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涂料在應用時存在著局限性。首先從環保上來看,由于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,特別是有些還會使制品產生難聞的氣味。其次從涂裝工藝上看,在噴涂方面一直是溶劑型UV涂料的短板,尤其是安全性、環保等各種因素,傳統的溶劑型UV涂料是很難適用于噴涂的。


水性涂料這兩年也快速發展,特別是工廠里一些自動噴涂、干燥等流水線的普及,以及在水性原材料、配方上的慢慢成熟,水性涂料已經在快速地取代傳統的涂料;但是普通的水性單組分、雙組分涂料都有各自的缺陷,有些很難達到客戶的各種需求,單組分的性能提升慢,而且對于一些要求高的部件,它的性能很難達到要求;雙組分體系干燥慢,工廠效率低,一般很難在大規模生產被客戶接受。水性UV涂料兼具UV涂料及水性涂料的優點,近些年來快速成長,特別是在歐美國家,已經在家具廠普遍使用。


1 UV固化水性涂料的基本概況及特點

1.1 水性UV固化涂料的組成及分類

水性UV固化涂料的組成大體上包括水性UV樹脂或預聚體(水性不飽和官能化涂料樹脂)、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),著色涂料還包括顏料。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制得。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固化涂料的特點

與傳統溶劑型UV固化涂料技術相比,水性UV固化涂料主要有如下優點:(1)不必借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)可以配制成黏度較低的體系,可用水或增稠劑、流變助劑等調節涂料的黏度和控制流變性能,便于噴涂、幕涂、淋涂等多種涂裝工藝;(3)以水為稀釋劑可降低固化膜的收縮率,有利于提高固化膜對底材的黏附性,可用于非吸收性底材如塑料的涂布;(4)易于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;且固化前涂層已可指觸、可堆放和修理,干膜的機械刮傷也易于修補;(5)可得到超薄型固化膜;(6)涂裝設備、容器、工具等易于用水清洗;(7)具有阻燃性,大大降低了火災的危險;(8)水性光固化涂料由于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涂料不能兼顧硬度和柔韌性的問題。

UV固化水性涂料的發展以及在家具涂裝中的應用,介紹了水性UV涂料的概況和發展趨勢以及水性UV涂料在家具涂裝中的應用 中國建材網,cnprofit.com

光固化水性涂料的黏度和相對分子量關系

2 UV固化水性涂料在家具涂裝中的應用

根據以上介紹的水性UV涂料的特點,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,目前國內已有少數家具企業將水性UV涂料運用到自己的產品涂裝上。

2.1 開放、半開放系列的涂裝

由于水性涂料可以制得低固含量的產品,所以水性涂料特別適合于開放以及半開放的涂裝工藝需求。特別是水性UV體系的預聚物分子量大,對于木器涂裝的顯木紋、暖木效果都較好。在設計涂裝工藝的時候應根據不同類別家具產品的各項性能需求、涂裝效率、涂裝成本,設計不同的工藝。對于表面涂膜物化性能要求非常高的涂裝,以辦公臺面為例,一般工藝為:水性底擦色→噴涂水性

UV底漆(一道或二道)→水性UV面色→噴涂水性UV面。由于臺面一般需要高的硬度、非常好的耐劃傷性和耐化學品等性能,這樣從底到面都是水性UV的工藝,既保證了涂裝需求的開放效果(可根據需求噴涂一道或二道底漆),又能達到UV涂裝的性能(一般用于該工藝的水性UV涂膜硬度能達到3H)。有些家具產品對面漆的涂層需要有一定的物化性能,但是底、面如果全用水性UV,涂裝成本太高。以美式櫥柜的門板、普通室內木門涂裝為例,一般工藝為:水性底擦色→噴涂水性單組分底漆(一道或二道)→水性面色→噴涂水性UV面。一般情況下,水性單組分涂料的成本會遠低于水性UV涂料的成本,同時如按美式櫥柜的標準(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,又能降低整體涂裝成本。

對于一些適合輥涂涂裝的板式家具,如果全部用溶劑型UV輥涂很難達到開放涂裝效果,不是導管填滿就是導管沒涂料。我們在實踐中開發出了一個折中的涂裝方式,工藝為:水性底擦色→輥涂溶劑型UV底→水性UV面色→噴涂水性UV面。該工藝的優點在于: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,面漆噴涂水性UV面,使得整體涂裝既有開放效果,同時噴涂的水性UV面能滲透到深導管內,保證涂裝的保護作用,噴涂的水性UV面比輥涂的溶劑型UV涂料有更好的手感、光澤穩定性。該工藝充分考慮了涂裝效果、效率、成本,不足就是只能適用于板式家具。在開放的板式木門的涂裝上具有非常好的應用前景。

2.2 全封閉涂裝工藝

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

這里重點論述水性UV噴涂亞光面的應用,在整個UV涂料領域內,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噴涂或淋涂的亞光面,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噴涂亞光面漆。解決這一問題的最好辦法就是水性UV涂料。

相對于溶劑型UV涂料,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,涂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樹脂能制得的涂膜的硬度最高可以達到3H,抗劃傷等物理性能完全滿足家具、木地板等需求。這里介紹一個使用案例,全封閉工藝采用“水油結合”的辦法,具體為:溶劑型UV膩子→淋涂溶劑型UV底漆→水性UV修色→噴涂水性UV面。從該工藝看,淋涂的溶劑型UV底提供了出色的填充性和硬度,噴涂水性UV面提供了良好的表面效果,而且溶劑型、水性UV涂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涂料的優勢,這也是以后家具涂裝的一個方向。


3 UV固化水性涂料家具涂裝的流水線設定

水性UV涂料的干燥固化機理及過程如圖2所示,首先是物理烘干,然后是UV固化,UV固化后得到高交聯度的涂膜,涂裝過程結束,產品就可堆疊打包。涂裝效率很高,整個過程在半個小時內就可完成。

UV固化水性涂料的發展以及在家具涂裝中的應用,介紹了水性UV涂料的概況和發展趨勢以及水性UV涂料在家具涂裝中的應用 中國建材網,cnprofit.com

水性UV涂料的干燥固化機理及過程

現代家具廠工業化生產都通過流水線完成,流水線從效率、材料成本上都為家具企業解決了一系列問題。特別是水性涂料的涂裝,因為需要有個水分揮發過程,流水線的設定相當重要,這也是水性涂料推廣的最主要問題。隨著技術的不斷進步,現在的生產線以及干燥設備已經能很好地解決水性涂料生產的“干燥”問題。對于大家之前了解的強制性干燥會帶來一些涂膜弊病,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。此外由于水性UV產品經過UV固化后,就可下線打包,這對家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+干燥塔干燥+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家具企業都上有這樣的設備,這種流水線相對來說干燥比較理想,而且涂膜的流平、表觀也能達到很好的狀態。整個涂裝過程一般在20~30 min,效率很高,具體流程如下:

UV涂裝過程

對于一些不想有大投資,也可以使用“紅外+熱風”的干燥通道的流水線,實現高效率生產,具體為:

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uv涂裝過程

該工藝中流水線的速度受紅外熱風通道的長度影響;此外這種干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,容易使涂膜表面產生缺陷。對于一些表面效果要求不高的部件,比如柜體內側板等,這種工藝是可行的,這種涂裝效率也很高。

此外還有家具廠探索使用微波干燥,雖然微波干燥得好,但是由于生產時存在微波的防護等問題,在流水線上的效率并不高。同時現在有些質量較差的微波干燥設備,容易損壞涂膜和工件,目前微波干燥在生產實踐中應用還很少。


4 UV固化水性涂料在家具涂裝上的問題及展望

現在我們所講的UV固化水性涂料的應用都是在平面涂裝,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,雖然現在的涂料能做到物理干燥,但是在一般家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,但是由于技術問題,在家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,相信以后在水性UV涂料的立體涂裝、實色漆涂裝上會有更大進步。


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