家具的新霓裳 UV固化水性涂料的發(fā)展以及在家具涂裝上的應(yīng)用
展辰涂料工程師 張偉德 嚴(yán)章洋 王超 本報(bào)編輯 李素
摘要：介紹了水性UV涂料的概況和發(fā)展，水性UV涂料在家具涂裝中的應(yīng)用，特別是噴涂開放效果涂裝，封閉啞光面漆涂裝，簡(jiǎn)要介紹了工廠應(yīng)用的流水線情況。
關(guān)鍵字： 水性UV涂料 噴涂 開放 啞光面 干燥流水線
光固化體系以其固化速度快、生產(chǎn)效率高、涂層物化性能高等優(yōu)勢(shì),在近多年來(lái)得到了高速發(fā)展 。但是，傳統(tǒng)的油性UV在應(yīng)用時(shí)存在著局限性：首先從環(huán)保上來(lái)看，由于其所用的主要組分預(yù)聚物，一般均具有較高的粘度，在使用過(guò)程中必須加入單體活性稀釋劑以調(diào)節(jié)其粘度和流變性。這些稀釋劑除具有一定的揮發(fā)性外，還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)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(duì)眼睛和粘膜有較強(qiáng)的刺激作用，皮膚接觸也易導(dǎo)致過(guò)敏。許多反應(yīng)性稀釋劑在紫外光固化過(guò)程中難以反應(yīng)完全，直接影響著固化后產(chǎn)品的衛(wèi)生安全性能。特別是有些還會(huì)使制品產(chǎn)生難聞的氣味。其次從涂裝工藝上看，在噴涂方面一直是油性UV的短板，不管是安全性，環(huán)保等各種因素，傳統(tǒng)的油性UV是很難適用于噴涂的。
水性涂料這兩年也快速的發(fā)展，特別是工廠里一些自動(dòng)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(jīng)在快速的取代傳統(tǒng)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，有事很難達(dá)到客戶的各種需求：?jiǎn)谓M分的性能提升慢，而且對(duì)于一些要求高的部件，它的性能很難達(dá)到要求；雙組分體系干燥慢，工廠效率低，一般很難在大規(guī)模生產(chǎn)被客戶接受。
水性UV兼具UV及水性涂料的優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)快速成長(zhǎng)，特別是在歐美國(guó)家，已經(jīng)在家具廠普遍的使用。
水性UV光固化涂料的組成及分類
光固化水性涂料的組成大體上包括水性UV樹脂或預(yù)聚體(水性不飽和官能化料樹脂)、光引發(fā)劑及各種助劑(如表面活性劑或其他分散穩(wěn)定劑、濕潤(rùn)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(yù)聚體，它定固化膜的硬度、柔韌性、強(qiáng)度、粘附性、耐磨性、耐腐蝕性等，對(duì)UV固化的靈敏度也有影響。含不飽和官能團(tuán)的水性樹脂在光引發(fā)劑的作用下，經(jīng)紫外光照射發(fā)生自由基聚合而固化。不飽和樹脂多以常見樹脂進(jìn)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(gè)重要組分是光引發(fā)劑，其應(yīng)與水性樹脂高度相容。高效大分子，可聚合的光引發(fā)劑是未來(lái)的方向。
水性UV固化涂料的特點(diǎn)
與傳統(tǒng)溶劑型UV光固化涂料技術(shù)相比，水性光固化涂料主要有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)不必借助活性稀釋單體來(lái)調(diào)節(jié)黏度，可解決VOC及毒性、刺激性的問(wèn)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(diào)節(jié)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(duì)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(wú)粘性干膜保證固化膜的光潔度，簡(jiǎn)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(jī)械刮傷也易于修補(bǔ)；(5) 可得到超簿型固化膜；(6) 涂裝設(shè)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(zāi)的危險(xiǎn)；(8)光固化水性涂料由于其體系的黏度與預(yù)聚物的相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)關(guān)(只與固含量有關(guān))，且不必加入低分子的活性稀釋劑，從而解決了傳統(tǒng)光固化涂料不能兼顧硬度和柔韌性這兩者的問(wèn)題
開放、半開放系列的涂裝
根據(jù)以上介紹的水性UV涂料的特點(diǎn)，他在木器上的應(yīng)用是非常有價(jià)值的，經(jīng)過(guò)多年的研究和探索，目前國(guó)內(nèi)已有少數(shù)家具企業(yè)已近將水性UV涂料運(yùn)用到自己的產(chǎn)品涂裝上.由于水性涂料可以制得低固含的產(chǎn)品，所以水性涂料特別適合于開發(fā)以及半開放的涂裝工藝需求。特別是水性UV體系的預(yù)聚物分子量大，對(duì)于木器涂裝的顯木紋，暖木效果都較好。我們?cè)谠O(shè)計(jì)涂裝工藝的時(shí)候會(huì)根據(jù)不同類別家具產(chǎn)品的各項(xiàng)性能需求，涂裝效率，涂裝成本，設(shè)計(jì)不同的工藝。
對(duì)于表面漆膜物化性能要求非常高的涂裝，以辦公臺(tái)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(tái)面一般需要高的硬度，非常好的耐劃傷性和耐化學(xué)品等性能，這樣的從底到面都是水性UV的工藝，即保證了涂裝.需求的開放效果，可根據(jù)需求噴涂一道或二道底漆；又能達(dá)到UV涂裝的性能（一般用于該工藝的水性UV漆膜硬度能達(dá)到3H）。
有些家具產(chǎn)品對(duì)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(nèi)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，水性單組分漆的成本會(huì)遠(yuǎn)低于水性UV漆的成本，同時(shí)如按美式櫥柜的標(biāo)準(zhǔn)（KCMA），需要有較高的耐化學(xué)品性能，一般全部都是單組分體系很難達(dá)到要求，但是有了道水性UV面，性能就能達(dá)到需求（一般該工藝硬度能達(dá)到1H左右，耐98%乙醇、水都能通過(guò)24小時(shí)測(cè)試），按以上工藝即滿足了該類產(chǎn)品的性能需求，又能降低整體涂裝成本。
對(duì)于一些適合輥涂涂裝的板式家具，如果全部用油性UV輥涂很難達(dá)到開放涂裝效果，不是導(dǎo)管填滿就是導(dǎo)管沒油漆。我們?cè)趯?shí)踐中，開發(fā)出了一個(gè)折中的涂裝方式，工藝為：水性底擦色→輥涂油性UV底→水性UV面色→噴涂水性UV面，該工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：首先，底下先輥一道薄薄的油性UV底漆，這樣可以封固底材的毛刺，又不會(huì)填死導(dǎo)管，面漆噴涂水性UV面，使得整體涂裝既有開放效果，同時(shí)噴涂的水性UV面能滲透到深導(dǎo)管內(nèi)，保證涂裝的保護(hù)作用，噴涂的水性UV面比輥涂的油性UV漆有更好的手感，光澤穩(wěn)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(yīng)用前景。
全封閉涂裝工藝
水性UV同傳統(tǒng)的水性涂料一樣，一般最高的施工固含在40%左右，所以在用水性涂料做全封閉涂裝效果時(shí)，一般基材要選擇淺導(dǎo)管的如櫸木，櫻桃木等木材，同開放的涂裝工藝設(shè)定一樣，對(duì)不同的需求，有不同的工藝，對(duì)與常規(guī)的工藝，這里就不再詳細(xì)論述。
這里重點(diǎn)論述水性UV噴涂啞光面的應(yīng)用，在整個(gè)UV涂料領(lǐng)域內(nèi)，特別是傳統(tǒng)的油性UV體系，近些年來(lái)，UV工程師一直在努力的研究UV噴涂或淋涂的啞光面，但都不是很成功，不管是有溶劑還是沒溶劑的，安全性、光澤穩(wěn)定性、施工時(shí)的環(huán)保問(wèn)題，幾乎到目前為止，還沒有非常穩(wěn)定的油性UV噴涂啞光面漆。解決這一問(wèn)題的最好辦法就是水性UV。
相對(duì)于油性UV，水性UV配方體系能更好的消光，消光粉也有充分的時(shí)間排布均勻，同時(shí)成膜后，漆膜的柔韌與硬度有個(gè)良好的平衡，不會(huì)出現(xiàn)附著力不良等安全性問(wèn)題。目前市面上的水性UV樹脂能制得的漆膜的硬度最高可以達(dá)到3H，抗劃傷等物理性能能完全滿足家具、木地板等需求。這里介紹一個(gè)使用案例，全封閉工藝采用“水油結(jié)合”的辦法，具體為：油性UV膩?zhàn)?rarr;淋涂油性UV底漆→水性UV修色→噴涂水性UV面，從該工藝看，淋涂的油性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，而且油性，水性UV之間有良好的層間附著力。該工藝充分發(fā)揮了油性、水性UV的優(yōu)勢(shì)，這也是以后家具涂裝的一個(gè)方向。
UV固化水性涂料家具涂裝的流水線設(shè)定
水性UV涂料的的干燥固化機(jī)理及過(guò)程如圖二所示，首先是物理烘干，然后是UV固化，UV固化后得到高交聯(lián)度的漆膜，涂裝過(guò)程結(jié)束，產(chǎn)品就可堆疊打包。效率很高，整個(gè)過(guò)程在半個(gè)小時(shí)內(nèi)就可完成。
現(xiàn)代家具廠工業(yè)化生產(chǎn)都通過(guò)流水線完成，流水線從效率，材料成本上都為家具企業(yè)解決了一系列問(wèn)題，特別是水性涂料的涂裝，因?yàn)樾枰袀€(gè)水分揮發(fā)過(guò)程，流水線的設(shè)定相當(dāng)重要，這也是水性涂料推廣的最主要問(wèn)題，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在的生產(chǎn)線以及干燥設(shè)備已經(jīng)能很好的解決水性涂料生產(chǎn)的“干燥”問(wèn)題；對(duì)與大家之前了解的的強(qiáng)制性干燥會(huì)帶來(lái)一些漆膜弊病，比如起針孔、開裂等，現(xiàn)在的配方技術(shù)已經(jīng)基本能解決這些問(wèn)題；此外由于水性UV產(chǎn)品經(jīng)過(guò)UV固化后，就可下線打包，這對(duì)家具廠的效率又是一個(gè)大的提升，下面就通過(guò)一些實(shí)例簡(jiǎn)要的做一些介紹：
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(guó)內(nèi)少數(shù)一些有實(shí)力的家具企業(yè)都上有這樣的設(shè)備，這種流水線相對(duì)來(lái)說(shuō)干燥比較理想，而且漆膜的流平，表觀也能達(dá)到很好的狀態(tài)。整個(gè)涂裝過(guò)程一般在20分鐘到30分鐘之間，效率很高，具體流程如下：
對(duì)與一些不想有大投資，也可以使用“紅外+熱風(fēng)”的干燥通道的流水線，實(shí)現(xiàn)高效率生產(chǎn)，具體為：
該工藝對(duì)流水線的速度受紅外熱風(fēng)通道的長(zhǎng)度影響；此外這種干燥方式相對(duì)比較劇烈，我們一般把紅外加熱分幾段，逐級(jí)升溫，這樣避免加熱過(guò)急，容易使漆膜表面產(chǎn)生缺陷，對(duì)與一些表面效果要求不高的部件，比如柜體內(nèi)側(cè)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，雖然微波干燥的好，但是由于生產(chǎn)時(shí)微波的防護(hù)等影響，在流水線上的效率并不高。同時(shí)現(xiàn)在有些質(zhì)量較差的微波干燥設(shè)備，容易損壞漆膜很工件，目前微波干燥在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用還很少。
UV固化水性在家具涂裝上的問(wèn)題及展望
現(xiàn)在我們所講的UV固化水性涂料的應(yīng)用都是在平面涂裝，這主要是一個(gè)立體UV固化問(wèn)題沒有解決，使得在應(yīng)用時(shí)受到限制，雖然我們現(xiàn)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。雖然現(xiàn)在有很多人在推廣多重固化體系，但是由于技術(shù)問(wèn)題，在家具木器上也沒有得到很大進(jìn)步。如果多重固化的體系能成熟，相信以后在水性UV的立體涂裝，實(shí)色漆涂裝上會(huì)有更大進(jìn)步。
