林进辉 黄文敏 江宛芸 龚运德 何国瑞 熊学军 郭祥元
(东莞大宝化工制品有限公司，东莞523820)
摘要
大宝致力于成为中国最绿色环保的涂料企业，全方位水性智能涂装生产线于去年初亮相后也已推广一年有余，这一年内此套设备除了内部检验涂装解决方案的可行性之外，也实际为家具客户提供了最优质科学的涂装方案。
而本篇的目的主要探讨在客户端使用大宝水性木器漆并搭配我司专门开发的智能涂装设备下，如何有效调控各项影响干燥速率的参数(如：升温曲线、涂膜厚度、风速……等条件)，来取得最佳干燥参数条件，并完成这项理想的早上上线，晚上出货的一日涂装流程线。
关键词：智能化涂装、环保、干燥、升温曲线、一日涂装流程线
1 前言
中国环保问题已经上升到国家战略高度，为了响应政府的环保政策，落实国家「油改水」的方针，近年大宝化工全力地投入大量人力与资源，除了在水性木器漆的研发上日益精进，另外也同步针对智能涂装干燥设备这一个领域展开一系列的开发与推广；终于在去年于自己厂内建立了一套水性家具智能涂装测试线，调整并优化水性木器漆涂装干燥流程的标准化与自动化，并在今年实际深入推广到多家家具厂进行实地的智慧涂装应用。
先前探讨过不同设备的干燥方式对水性涂料的干燥速率和成膜质量的影响：一般来说，在没有设备的自然环境中待干，虽然应用性较为宽广且简便，但同时必须承受可能因天气环境因素造成的各种涂膜弊病，成膜质量也极为不稳定，而且在整套开放效果的工艺流程中十分费时，至少需时22小时才能完成。
而使用传统型热空气干燥设备进行水性涂料的干燥流程，不仅改善了自然干燥法中环境适应性差的缺点，也可以明显加快涂层干燥速度，相同的开放流程的干燥节约费时15小时左右。
但若是进一步使用大宝所开发的干燥设备「纳米电解热风干燥炉」，不仅仅拥有环境适应性强的特点，相比传统型热空气干燥设备则可以更有效的缩短工时，而这次我们将调控各项影响干燥的条件，以期能达成早上将产品上线，晚上即可出货的一日涂装流程线的理想。
2 试验设备原料
2.1 主要试验涂料
序号 | 产品名称 | 素材处理剂 | 水性头度底漆 | 木丝填充剂 |
1 | 类 型 | 水性丙烯酸乳液 | 水性丙烯酸乳液 | 水性丙烯酸乳液 |
2 | 固含量 (%) | 12±2.5 | 15±2 | 74±5 |
3 | 黏 度 | 6sec～8sec | 7sec～9sec | 100000CPS |
4 | pH 值 | 7.0～8.0 | 7.0～8.0 | 7.0～8.0 |
5 | 比 重(g/L) | 1.0150 | 1.0200 | 1.2691 |
6 | VOC (g/L) | <80 | 40 | － |
7 | 甲醛(mg/Kg) | 10 | 24 | 17 |
序号 | 产品名称 | 双组份透明底漆 | 双组份5分消透明面漆 |
1 | 类 型 | 羟基丙烯酸乳液 | 羟基丙烯酸乳液 |
2 | 固含量 (%) | 35±3 | 35.5±3 |
3 | 黏 度 | 50KU～60KU | 50KU～60KU |
4 | pH 值 | 7.0～8.0 | 7.0～8.0 |
5 | 比 重(g/L) | 1.0659 | 1.0637 |
6 | VOC (g/L) | 59 | 58 |
7 | 甲醛(mg/Kg) | 20 | 5 |
2.2实验仪器设备
序号 | 设备名称 | 设备厂商/型号 |
1 | 智能传输系统 | 鼎立 |
2 | 纳米电解干燥机 | TAIHO&立三 |
3 | 污水循环系统 | 鼎立 |
4 | 喷枪 | W-71 |
5 | 温湿度仪 | HTC-1 |
6 | 湿膜厚度计 | TAIHO |
7 | 温度枪 | TM-550 |
8 | 风速测试仪 | CEM DT-618 |
9 | 电子称 | XS 3250 |
10 | 铅笔固度测试仪 | CT-291 |
11 | 附着力测试仪 | Super |
12 | 重压锤 | - |
2.3水性木器面漆的检测标准
序号 | 检测项目 | 物性要求 | 检测标准 |
1 | 涂膜外观 | 平整光滑 | 目测 |
2 | 干燥时间 | HG/T3838-2006 | |
表 干(min) | 30 | ||
实 干(hr) | 2 | ||
3 | 膜 厚 | - | ASTM 4414, EN ISO 2808 |
4 | 硬 度 | - | ISO 15184-1998 |
5 | 打 磨 性 | 良好 | GB/T 13453.2-1992 |
6 | 重压测试 | 24h无异常 | GB/T 1728-1989 |
3 结果与讨论
我司整套智能涂装设备主要可分成三个阶段的程控升温模式，以下将以大宝水性双组份透明底漆CWR-336A/GB针对不同操作变因参数进行探讨，包含了温度、膜厚，进而得到整套设备最佳之干燥参数。
3.1 干燥测试－温度变因
Table. 1与Table. 2为主要针对在不同阶段升温条件下之干燥模式进行干探讨，各样板涂膜厚度固定为为100 g/m2，并于风速为2 sec/m的条件下进行测试。编号A-1至编号A-3的样板操作变因为阶段一的温度，从中可发现编号A-3样板由于在阶段一的部分由于温差较大，导致该样板的涂膜表面于第一阶段结束时已有起痱子的状况产生；且此阶段皆因表干过快，导致最终涂膜都有发白或是涂膜起皱的状况产生，实际在最后评比丰满度与硬度上的表现也都明显较差。
编号 | 阶段一(15min) | 阶段二(30min) | 阶段三(15min) | |||
温度 | 涂膜状况 | 温度 | 涂膜状况 | 温度 | 涂膜状况 | |
A-1 | 15℃ | 1 | 60℃ | 4 | 75℃ | 4 |
A-2 | 30℃ | 1 | 60℃ | 4 | 75℃ | 4 |
A-3 | 45℃ | 4 | 60℃ | 4 | 75℃ | 5 |
A-4 | 30℃ | 1 | 30℃ | 2 | 75℃ | 4 |
A-5 | 30℃ | 1 | 45℃ | 2 | 75℃ | 4 |
A-6 | 30℃ | 1 | 60℃ | 4 | 75℃ | 5 |
A-7 | 30℃ | 1 | 45℃ | 2 | 50℃ | 2 |
A-8 | 30℃ | 1 | 45℃ | 2 | 60℃ | 3 |
A-9 | 30℃ | 1 | 45℃ | 2 | 70℃ | 4 |
涂膜状况：1未干沾黏 2指触 3指压 4痱子现象 5漆膜损毁 | ||||||
Table. 1 不同阶段升温下之干燥性探讨
Fig. 1最适化温度曲线变化图
编号A-4至编号A-6则是根据前述的实验结果选定阶段一的优化温度30℃，再进行第二阶段的温度调整，经过第二个阶段的升温涂膜皆已表干，但在编号A-6的部分却有起痱子的状况产生，主要可能由于温度提升过快，导致迅速涂膜已表干，漆膜却来不及破泡所产生痱子现象，且最后升温至75oC后，由于持续的高温烘烤，编号A-6样板甚至发生漆膜轻微焦化的现象；此阶段在最后物性评比时，平均丰满度表现较前述样板佳，其中样板A-5甚至可达到HB的硬度，可惜因第三段温度过高，在最终涂膜状态的结果上产生了痱子的弊病。
编号 | 硬度 | 最终涂膜弊病 | 丰满度 |
A-1 | 2B | 起皱、发白、痱子 | △－ |
A-2 | B | 起皱、发白、痱子 | △－ |
A-3 | B | 起皱、焦化、痱子 | △－ |
A-4 | 2B | 发白、痱子 | △ |
A-5 | HB | 痱子 | ○－ |
A-6 | B | 起皱、焦化、痱子 | △+ |
A-7 | 6B | 未完全干燥 | ○ |
A-8 | HB | 无 | ○ |
A-9 | F | 痱子 | ○－ |
Table. 2 样板A-1至A-9物性观察测试
最后一阶段也根据了先前的实验结果选定了阶段二的最适化温度45℃，并调降了阶段三的升温条件至50℃、60℃、70℃，其中编号A-7样板因温度过低，在最终结束烘烤后并未完全干燥，而编号A-9样板虽然硬度可达到F，但却因为末段温度过高而发生的起痱子的状况，因此最佳之升温曲线幅度为样板A-8之结果(如Fig. 1)，不仅在最终涂膜上未发生任何弊病，丰满度表显良好，且硬度可达到HB。
3.2干燥测试－膜厚变因
在此部分将探讨膜厚对干燥速度的各方面影响，程控阶段升温条件将会参照前述3.1中A-8的优化参数，测试的结果请见Table. 3与Table. 4。编号B-3由于膜厚较高，在第三阶段干燥后，漆膜产生了痱子的状况，硬度与重压稍低于B-1与B-2样板，打磨性也稍差；而B-1与B-2样板于升温的第二阶段皆已达到指压，最终漆膜无其他弊病，硬度达到F级，也可以通过重压1Psi的测定，但其编号B-1样板由于喷涂量较少，导致漆膜整体丰满度较差，因此最终选定编号B-2的膜厚90 g/m2为最适化漆膜厚度。
编号 | 膜厚 | 阶段一(15min) | 阶段二(30min) | 阶段三(15min) | |||
温度 | 涂膜状况 | 温度 | 涂膜状况 | 温度 | 涂膜状况 | ||
B-1 | 60 g/m2 | 30℃ | 1 | 45℃ | 3 | 60℃ | 3 |
B-2 | 90 g/m2 | 30℃ | 1 | 45℃ | 3 | 60℃ | 3 |
B-3 | 120 g/m2 | 30℃ | 1 | 45℃ | 2 | 60℃ | 4 |
涂膜状况：1未干沾黏 2指触 3指压 4痱子现象 5漆膜损毁 | |||||||
Table. 3 不同膜厚下之干燥性探讨
编 号 | B-1 | B-2 | B-3 |
透 明 性 | 1 | 2 | 3 |
硬 度 | F | F | HB |
涂膜弊病 | 无 | 无 | 痱子 |
丰 满 度 | △ | ○ | ○ |
重 压 | 1Psi | 1Psi | 0.5Psi |
打 磨 性 | ○ | ○ | ○－ |
Table. 4 样板B-1至B-3物性观察测试
3.3实际工艺流程与客户端应用
以下为实际于客户端新宏基家具以大宝水性木器漆搭配了大宝独家开发的智能化立体干燥设备系统的整体工艺流程。主要分为开放效果与封闭效果两种：
A开放效果
素材：水曲柳
工艺流程：
B封闭效果
素材：桃花芯
工艺流程：
Fig. 2 三种干燥方式的工时比较
从Fig. 2与上述实际应用实例在客户端新宏基家具的流程可以得知：在步骤较少的开放流程中，仅需花费短短的7.5小时就能完善的由底至面完成整套流程；即使需要较多步骤涂装的封闭流程中，也只费时10.6小时左右便可以完成整套涂装程序。我们可以发现不论是在开放或是封闭的流程上，采用了大宝「纳米电解热风干燥炉」所需工时与自然待干法相较只需1/3左右的时间，若是与传统干燥设备相比也可节约一半的生产时间；如此一来，往后客户将再不受各种环境或天气因素所苦进而影响到生产效率，从而实现每日早上上线，晚上即可出货的境界。
Fig. 3新宏基家具涂装设备与实际成品效果
4 结论
根据不同的阶段的升温来进行干燥，我们取得最佳的干燥参数为：在风速为2 sec/m、涂膜厚度为90 g/m2，而升温条件第一阶段30ＯC，第二阶段45ＯC，最后第三阶段为60ＯC的环境下，可以在一个小时左右有效将一道流程完成干燥程序，并于一天内完成所有涂装工艺，达到可供客户端出货的物性条件，最终做到当初目标的一早上线，晚上出货的量产模式。因此依此模式，2017年已成功与许多家具厂商配合，从投入各项水性设备、在线整改及选用大宝水性木器涂料，达成国家对油改水的整改工程及产品市场销售。
面对国家环保政策的压力，大宝涂料坚持着专业、创新、谦和、亲切致力于水性木器涂料的研发工作，使水性木器涂料能更加贴合市场需求，并为绿色环境的永续发展提供最大的贡献。
（文章摘选自《2017年中国涂料产业研究报告》）
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