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水性木器涂料施工方式浅论,总结归纳了各具特色的9种水性木器涂料的施工方式和工艺
2019年06月28日    阅读量:19057    新闻来源:中国资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿

0 前言

我们常说涂料是半成品,只有当它被涂装到不同基材表面,形成完整涂膜才能够实现它的使用价值。涂料从液态的流体(粉末涂料除外)变成凝固的涂膜,附着在基材表面装饰并保护着被涂装的物体。我们通常将固态涂膜的优秀性能作为我们追求的目标,优秀的配方开发和良好的生产工艺是我们获得优质涂料的保证,涂料施工在实现这一过程中发挥至关重要的作用涂料在线coatingol.com。俗话说“三分涂料,七分施工”,虽不尽是如此比例,但也强调了施工的重要性。


内外墙乳胶漆涂膜对平整度、细腻度要求不高,质感涂料甚至要求粗犷的质感;而有些涂料如3C塑胶漆,对表面效果的要求极高,不能够接受一点瑕疵。有多种多样效果的木器涂料,有如镜光滑的木地板涂料,也有要求质感粗犷的户外木器涂料,有亮丽如新的现代家具涂料,也有返璞归真的美式涂装效果涂料,有展示美丽木纹原始风格的开放式涂装,也有完全不见木头的全封闭实色涂装。实现这林林总总的涂膜效果,除了涂料本身的性能以外,施工工艺也发挥着极为重要的作用。


随着木器涂料逐渐向水性化过渡,水性木器涂料的施工工艺也出现新的变化。有的水性木器涂料可以采取更加简单的施工方式,有的为达到溶剂型涂料的效果施工工艺变得更加复杂,有的水性木器涂料可以采取更加高效的施工方式,有的不得不通过调整配方来配合新的施工要求。针对不同的木头材质、不同的涂膜要求、不同施工环境、不同的工件形状和大小,水性木器涂料使用者应用不同的施工方式和工艺,为消费者呈现出完美的水性木器涂料涂膜。以下简单介绍水性木器涂料的各种施工方式。


1 水性木器涂料的施工方式

1.1 最传统的施工方式——刷涂

提起木器涂料,我们能够想到的最传统的施工方式就是刷涂。从长沙马王堆古代墓葬中的精美漆器,到现代化居民区内防腐木亲水平台的现场涂装,以及部分家庭门套、窗套、家具的涂装,都可以看到工人师傅这样的身影。溶剂型涂料成膜树脂是溶解在有机溶剂中,树脂呈充分舒展形态,所以刷涂的溶剂型涂料涂膜光泽和流平性都较高。水性木器涂料树脂大部分是以乳液状分散在水中,树脂都是球状且粒径大小各异,因此水性木器涂料的光泽和流平性都较溶剂型涂料差。


相比较于水性木器涂料,溶剂型涂料特别是硝基涂料更适合于刷涂,我们过去常常在建材超市中看到各种手扫漆就属于这种类型。刷涂水性木器涂料仍然在某些地方得到应用,特别是需要现场施工的户外防腐木工程,以及一些重新翻新的木质建筑。在欧美许多国家,特别是加拿大许多家庭热衷于居住在木屋中,这些木屋绝大部分在我国江浙地区生产,出厂的时候已经做过木器涂料的涂装,一般都是采用水性的纯丙烯酸木器涂料,比溶剂型涂料有更好的耐候性。


刷涂是纯粹的人力劳动,不借助任何现代化的设备,因此对水性木器涂料性能要求非常高,对施工师傅手艺要求也非常高。刷涂要求涂料有较快的干燥速度,而且要求在立面施工涂料挂漆性能好又不能够流挂。刷涂用水性木器涂料要求涂膜有良好的流平性,否则涂膜表面就会留下明显的刷痕。对于表面要求高的涂膜,每次刷完涂料,干燥后还需要用砂纸打磨。


如果涂料流平性不好涂膜大半就会被打磨掉,因此需要多遍涂装,“事倍功半”就是形容这种状态。水性木器涂料刷涂最大的好处就是,无论现场施工的师傅还是事后入住的业主都不用忍受刺鼻的溶剂味道,在涂料的生产、运输和销售阶段都可以按照非危险品来操作。


1.2 最常规的施工方式——喷涂

所谓喷涂就是,涂料借助一定压力从一个细小的孔中急速喷出,由于涂料离开喷嘴后,压力瞬间消失,从而使得液体涂料雾化成若干的雾点往基材表面飞去。根据是否使用空气源作为动力,又可分为无气喷涂和有气喷涂,前者往往用于内外墙乳胶漆的施工,而后者最典型的应用就是木器涂料的施工。有气喷涂可以实现涂料更加良好的雾化,可以使涂料喷射到基材表面,一定程度上防止流挂。


另外喷涂施工可以针对任意曲面形状。通过调整气压的大小、涂料流量的多少、喷枪移动的速度、喷枪离基材的距离以及喷涂扇形面的张角,可以控制涂膜涂装的厚度、涂装的效率以及涂膜的平整度。溶剂型木器涂料和水性木器涂料同样都适合喷涂施工,只不过溶剂型涂料雾化后挥发性更强,气味更重,安全性更差,而水性木器涂料则没有这样的问题。另外喷涂用涂料一般要求黏度比刷涂用涂料黏度低,往往是20~25s(涂4杯)。


一般情况下,喷涂采取人工操作的方式,由油漆师傅手持喷枪进行涂装,这对工人师傅的技术要求很高,涂料既要求有较好的丰满度又不能够流挂,需要仔细认真、全神贯注又要体力良好。绝大部分时候工人师傅都是站着操作,对于溶剂型涂料,工人师傅还得忍受溶剂挥发,因此涂装工作往往是家具厂中工资较高的工种。大多数木制品工厂和家具厂都设有专门的涂装车间,除了空压机和喷枪外,就是大大小小的涂装平台和吊架,车间里的墙壁上装有排风机把挥发的溶剂和没有能够落到基材表面的涂料雾点排出到室外。

现在很多木制品厂的涂装车间采用喷涂水帘柜,将未曾落到基材上的涂料用水帘加以回收而不再排放到空气中。为了提高施工的效率,很多家具厂设立喷涂流水线,采用往复式的喷枪,设定好喷枪的流量、压力、喷角和距离以及流水线的速度和工位,通过几把喷枪的配合,实现高效率自动化的涂装。对于形状复杂的木器家具,为了实现完美的涂装效果甚至可以采用工业机器手臂,保持喷嘴到基材表面距离始终一致,实现完美涂装效果。


为了提高涂料干燥速度,在现代化的涂装车间中都有专门的烘干设备,使得喷涂—干燥—打磨—再喷涂能够形成高效的作业流程。溶剂型涂料的干燥往往是采用热风强制干燥,伴随而来的是溶剂在短时间内大量挥发。干燥水性木器涂料当下最先进的设备当属红外烘干设备,利用特定波长的红外线引发水分子的共振并离开涂膜表面,从而实现最低能耗条件下的涂膜干燥。


1.3 最费神的施工方式——擦涂

所谓擦涂就是用棉布或者无纺布蘸满涂料在木器表面来回地擦拭。擦涂并不单独使用,往往用于给木器上色。在底漆或者面漆中混入色精直接喷涂也可以上色,但是这种施工工艺往往给人感觉颜色是在涂料里面,浮在木头表面,而不是木头本来具有的自然颜色,缺乏层次感。


因此单独的擦色工序是必须的,给木头变换颜色后再上漆。醇溶性色精或者擦色宝,往往是红黄黑3种色精按照配方调成需要的颜色,充入木器涂料后搅拌均匀所得。溶剂型涂料不被木材所吸收,所以可以在木头白坯上直接擦涂,颜色浅的地方擦布可以多停留些时间,颜色深的地方可以往复多擦几遍直至和周围颜色浓淡一致。


水性木器涂料则不能按照这样的施工工艺。木材属于易吸水基材,不同部位吸收速度不同,擦布上保持色精的多少、擦布移动的快慢都会导致颜色不均匀且不易修正。通常的工艺是,在白坯表面做一道透明薄底漆,等干燥后再将木头表面打磨平整。一方面防止水性色精引起木材的“胀筋”,另一方面可以保证即使某些部位上色过深也可以通过多几次的往复擦拭匀色。往往单次擦色颜色偏浅,目前流行的工艺是,不再单独使用无树脂体系的色精擦色,而是在色精中加入碱溶性树脂或者直接加入水性木器涂料(需要看体系稳定性),提高色精的湿附着性能。


如果有必要还可以在后续水性木器底漆、面漆中混入少量色精进行加深着色和修色,所谓底着色、面修色即是如此。擦色需要工人师傅全神贯注于木器,任何的颜色不匀、色差、浮色都是不能够接受的。木头的每一寸面积都要被来回地擦拭多次,直至颜色完全均匀,实在是一项费神的工作。另外,铅笔表面涂装用的水性木器涂料,也是采用擦涂方式,但是它和我们传统上理解的擦涂不一样。


铅笔从一个盛满涂料的橡胶碗中不停地从上往下通过,底部的橡胶在和铅笔摩擦的过程中把橡胶碗里的水性木器涂料擦到铅笔的白坯表面。不管是圆形的还是六边形的铅笔都可以采用这种擦涂方式。笔者在义乌的一家铅笔工厂中看到过这样的施工场景。



1.4 最简单的施工方式——浸涂

涂料是半成品,我们希望用最快的方式施工,将半成品变成最终的涂膜。实现这一转变的方式有很多,浸涂无疑是最便捷的一种。我们一直感叹水性木器涂料的涂膜性能赶不上溶剂型涂料,施工性能上也和溶剂型涂料有差距。


但是在施工方式上,水性涂料占有很大的优势,特别是浸涂施工。由于水作为稀释剂它的成本几乎为零,而且漆槽敞开后溶剂挥发到大气中对环境没有伤害,对施工人员也没有伤害,因此浸涂施工就成了水性涂料的专利,这其中用得最为广泛的当属水性木器涂料。


但是浸涂用的水性木器涂料也存在一定的局限性,比如说,由于木器工件各表面的垂直度不一样,造成同样黏度的水性木器涂料挂漆性能不一致。水平的表面涂膜较厚,而垂直的表面涂膜上薄下厚。流挂现象是令人头痛的事情,刚从漆槽中拎出来的木器工件表面有一层均匀的涂膜,由于重力的原因没等涂膜干燥就会形成流挂,极大地影响了涂层的美观性,这是由浸涂施工方式的特点所决定。


为克服这个缺点,采用浸涂工艺的车间都有一个倒离心机,甩出工件上过多涂料,同时采取强制干燥的方式,在涂膜再次形成流挂之前让涂膜干燥。我们也可以通过一些流变改性助剂,就是通常所说的增稠剂来适当地改变这一缺点。抗流挂和流平是一对矛盾的涂料特性,抗流挂好的涂料流平性必然较差,我们优化配方就是为了取得抗流挂和流平性的平衡。开放式的涂装不需要丰满的涂膜,色漆中加入3~5倍的水搅拌均匀,涂料带着颜色渗透到木材导孔中显现天然质感。


针对浸涂施工的特点,选择这种施工方式的木器工件往往形状复杂不适合其他方式的施工,或者说是一些需要各种部件装配好以后再涂装的木器工件。那些不要求涂膜丰满度的木器工件也同样适合浸涂。目前应用浸涂方式最多的木器工件往往是户外家具和户外木制品。在浙江省特别是安吉地区,有很多户外家具厂,生产各种户外休闲椅、桌子、木花坛、木篱笆。


在涂装车间准备一个大漆槽和具有烘干功能的挂钩流水线,工人把这些户外木制品在漆槽中搅拌几下,一方面让涂料充分浸透家具,另一方面可以将漆槽中的各种颜色的色浆搅拌均匀,因为铁红铁黄和炭黑(或者铁黑)沉降速度不一样,不经常搅拌会颜色分层。


1.5 最奇特的施工方式——滚涂

笔者曾经去过浙江临海山区里的一个小村庄,这里家家户户都制作木柄,其产量几乎占到全国的一半以上。这些木柄大部分用于儿童跳绳的手柄,工厂车床的摇轮手柄,还有出口阿拉伯国家的木烟嘴等等。客户一直强调,需要水性木器涂料快干、抗磨、耐刮擦、上色快、牢度好。


带着满腹狐疑,笔者决定亲自到现场一探究竟。走进客户那间专用的涂装车间看到,一边是像混凝土搅拌机一样的旋转滚筒,喷枪把地上涂料桶中的涂料喷入滚筒;另一边是大土灶,里面烧着加工木器工件后多余的边角料和木屑,鼓风机不停把热风吹入滚筒中心。客户不时把手伸进大滚筒,随机拿起几根木柄看上漆情况。刚开始,有些木柄只涂了头部,尾部还是白坯;有些木柄刚刚上了斑斑点点的颜色,有的几乎还没上色,但是随着时间推移,所有的木柄都均匀上色了,而且不互相粘在一起。


看到这里终于明白了,这里的滚涂不是用辊筒涂装,而是放在滚筒中,利用像混凝土搅拌机一样的滚筒不停地转动,通过木头工件之间的互相摩擦,将喷入的涂料彼此上色。据客户讲,在浙南地区特别是丽水市云和县,这种施工方式非常流行。


云和县是全世界的木制玩具加工中心,包括各种木制积木、拼图和工艺品。那里的工厂基本上都是采用滚筒涂装的方式。这种涂装方式要求水性木器涂料快干、抗磨、抗粘连、高光泽、高固含、低黏度,目前都是采用浙江当地的水性或者半水性的涂料。这类水性木器涂料能够达到这样的基本要求,只是除了耐水性不够好,而水乳型的涂料往往不适合这种涂装方式。


1.6 最高效的施工方式——辊涂

我们通常所理解的辊涂往往是,把羊毛辊筒放入涂料桶充分蘸漆后在基材上涂布。这样的方式谈不上高效,很少工厂用这种方法给木器工件上漆。家庭装修中,偶尔有工人会用短毛的羊毛辊筒给木门、木地板等平面上漆,也仅局限于透明底漆和白底漆,面漆都很少用这种施工方式。这种情况下要求水性木器涂料干燥速度较慢,让涂膜有较多的时间流平,配方中丙二醇的加入有助于增加开放时间从而延长流平时间。


工厂应用的水性木器涂料辊涂施工,往往是采用几支橡胶辊筒相配合的方法。其中上料辊筒一半浸入漆槽,另一半露在空气中和涂装辊筒相接,刮刀把涂装辊筒上多余的漆料刮掉,涂装辊筒再压住木器平面把水性木器涂料涂装上去后,木器工件随即进入烘箱。有的流水线还可以设置多个辊筒,同时在木器的正反两面上漆。该施工方法特别适合木地板和木门的涂装,因为这二者都是大面积的平面且双面都需要涂装。


辊涂施工方法和水性覆膜胶的上胶方法以及纸张的联机水性光油上光工艺类似。涂装流水线的速度可调,有的流水线的速度甚至可以达到60~100 m/min。随着流水线速度的提高,相应的烘道的长度也要增加,目前最新研发的红外加热设备,能够引起水分子的共振,最大限度地提高水分的挥发效率,可以适当减少能源的消耗。高速辊涂确实是一种高效的涂装方式,但只能够针对大面积的平面涂装,因此具有一定的局限性。


1.7 最苛求设备的施工方式——淋涂

大部分木器加工厂涂装车间的设备是,一台空压机两把喷枪,然后是各种各样的平台和吊架。设备投资很小,也不复杂。但是对于水性UV涂料来说,情况远比这样复杂。UV涂料也称光固化涂料,往往是通过机器设备自动淋涂到木材平面上,在紫外光的照射下促使引发剂产生自由基,引发低聚物和活性稀释剂单体的加成反应,瞬间固化成膜。


100%固含的UV涂料可以大大消除有机挥发物(VOC)对环境的污染,但是由于UV涂料所用的主要成分为低聚物,黏度较高,因此在涂布时必须加入活性稀释剂以调节黏度和流变性。目前常用的丙烯酸酯类活性稀释剂对眼睛有较强的刺激作用,皮肤接触易过敏,影响操作者的身体健康。


另外,许多反应性稀释单体在紫外光辐照过程中难以完全反应,残留单体起到增塑等副作用,并具有可渗透性,直接影响固化膜的长期性能。而水性UV涂料使用水作为稀释剂,并采用UV辐照固化,两种技术的结合可更好地发挥综合效能。水性UV涂料往往采用淋涂的方式,将涂料贮存于高位槽中,通过喷嘴或窄缝从上方淋下,呈帘幕状淋在由传送装置带动的木器工件上,形成均匀涂膜,多余的涂料流回容器,通过泵送到高位槽循环使用。


通过喷嘴的大小或窄缝的宽度来控制产品上涂膜的厚度。淋涂可以实现较厚涂膜的涂装,专门的淋涂机可以完成这一步骤。但是1台淋涂机是远不能够实现整个涂装工艺的。UV涂膜较硬所以附着力相对较差,并且白坯的木材具有较强的吸水性,因此在木地板,或者是中纤板(MDF)的涂装工艺中,往往采用辊涂一道水性涂料后,再用淋涂的方式涂装一道水性UV涂料。由于水的挥发能较高,且UV涂料的瞬间固化特性,往往需要采用红外线微波等方式去除涂膜水分后再行光固化,否则水分子有可能在涂膜固化后还残留在其中影响性能。


典型的水性UV涂料在木地板行业采用的设备和工艺包括:

(1)除尘机(除尘);

(2)辊涂机(辊涂底漆);

(3)红外干燥机(干燥底漆);

(4)淋涂机(淋涂水性UV涂料);

(5)红外干燥机(去除UV涂料中水分);

(6)汞灯固化设备(固化面漆);

(7)打包机(地板打包)。如此多的设备和淋涂机配合,非一般小厂能够负担,只有规模较大的地板厂可以投资并高效生产。


1.8 最科技的施工方式——静电喷涂

静电喷涂是原先应用在粉末涂料上的涂装方式,是一种利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动,并将涂料微粒吸附在木器工件表面的喷涂方法。近几年随着科技的发展,水性木器涂料也可以采用这种涂装方法。笔者曾经在一家大型的儿童家具生产厂中看到:整个一个房间被设置成一个喷漆房,吊架式的流水线绕着墙壁四周,流水线设置成高低双层,从房间的一侧传入另一侧传出,中间有一个大型的喷头上面有很多的孔就像洗浴用的莲蓬头,我们称为自动静电旋杯。


涂装的时候,中间的旋杯在高速自转中把带有负电的水性木器涂料雾点洒向四周,同时旋杯自身又在做高低往复动作,吊架流水线按照设定的速度开动,涂装完毕后直接进入烘房干燥。


水是极性分子容易带上负电,当水性木器涂料经过旋杯喷口时就带上了大量的电子,成为带负电的微粒。旋杯与木器工件之间形成一个高压电晕放电场,涂料微粒经过放电区时便在静电吸引的作用下,被吸附到带正电荷的木器工件上去。当涂料附着到一定厚度时,则会发生“同性相斥”的作用,不能再吸附涂料,从而使各部分的涂层厚度均匀,然后经加温干燥后成为均匀的涂膜。通过设定涂料的喷涂量和流水线的速度可以调整涂膜厚度。


其实我们调试一套水性木器涂料的静电喷涂设备,需要设定很多参数,比如电场强度、旋杯自转和上下往复的速率等。我们需要研究静电力对涂料颗粒的路径的影响有多少以及其他的影响因素如重力和气流对路径的影响。


高速喷射涂料漆雾会产生很大的动力,这降低了静电力的影响,粒子的惯性力可能比静电力影响更大,这些都是需要精确计算和科学设置的,因此称静电喷涂为最科技的涂装方式实不为过。最后还需要强调一点,施工现场的安全必须得到重视,工作区中的所有物体必须接地,包括喷房、输送机、零部件支架、应用设备及喷涂操作者。


1.9 最复杂的施工方式——美式涂装

所谓美式涂装并不是一个独立的涂装方式,而是一系列木器表面涂装工艺和加工手法的结合。涂装特点体现复古和回归自然的风格。美式涂装从前采用的涂料几乎都是硝基涂料(NC)系列产品,它并不要求丰满的涂膜,但是涂装道数较多且穿插各种做旧家具的工艺。硝基涂料干燥速度快,因此一直是用于美式涂装最主要的涂料品种之一。近年来由于环保要求提高,加之硝基涂料本身的溶剂挥发比例高,国内也逐渐开始将水性木器涂料应用于美式涂装。


美式涂装工艺主要包括素材处理、腻子填充、破坏处理等白坯加工手法,涂装工艺包括整体着色、水性底漆、吐纳、水性格丽斯着色、修色、二度水性底漆、布印、干刷、牛尾痕、苍蝇点、水性面漆、抛光打蜡等工艺。从水性木器涂料的施工方式上看,同时应用了刷涂、擦涂、喷涂3种涂装方式,再加上各种做旧的工艺,其复杂程度可见一斑。


2 结语

水性木器涂料在涂装方式上占有一定优势。不同施工方式需要水性木器涂料的黏度不同,水作为稀释剂调整黏度几乎没有成本,但需要注意由于水性木器涂料的增稠机理,涂料的黏度变化往往不是随着水的逐渐加入而缓慢变化,有可能在某个区间黏度急剧下降,从而导致无法施工。另外木材作为吸收性基材,能够吸入涂料中部分的水,加快涂料的干燥速度,适合水性木器涂料的施工,但是需要注意木材胀筋的影响。


一件木制工艺品的涂装也不仅仅局限于一种涂装方式,比如前面介绍的实木地板的涂装往往是辊涂和淋涂的结合,美式涂装更是几种不同施工方式的结合。我们根据不同木器工件的形状、大小、表面涂膜要求以及涂装车间所具有的工艺条件选择合适的涂装方式,最高效地实现从半成品涂料到完美涂膜的转变。另外我们需要把水性木器涂料的配方调整、涂装方式和涂装工艺有机结合起来。


比如说尽量选择高固低黏的配方,采用烘烤设备有助于减少成膜助剂的添加量,使用快干的配方有助于提高生产效率,良好的打磨性、抗粘连性都会对我们设计涂装工艺有影响。配方中流变体系调整也很重要,不同的涂装工艺需要不同的流变体系,有的需要流平,有的需要抗流挂,有的需要防颜料沉降,配方设计人员根据实际条件深入研究。


随着各种先进涂装设备、干燥设备的出现,结合各种涂装方式,水性木器涂料定会得到深入推广。


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