data-full-width-responsive="true"> 微波干燥应用于双组分水性聚氨酯木器漆的干燥过程吴海生1, 2, 黄卫2, 施国萍1, 高建东3( 1 拜耳材料科技(中国)有限公司, 上海201206;2 上海交通大学化学化工学院, 上海200030; 3 立邦涂料中国有限公司木器漆技术本部, 上海201201)水性木器漆由于使用水作为分散介质, 使得其干性较溶剂型木器漆更易受到温度和湿度的影响, 强制干燥是解决水性木器涂料干性的常用手段。在工业生产中目前普遍采用的就是热风干燥和红外加热干燥, 但是这两种强制干燥方式对于水性木器漆都存在不同程度的缺点: ( 1)热风干燥的特点是设备投入较简单, 但是对底材和湿膜的加热速度较慢, 延长了整个干燥过程所需要的时间, 并且施工情况和外界环境因素的改变对干燥效果影响较大( 如漆膜的厚度、空气的湿度以及热风的温度等); ( 2) 红外加热干燥相比热风干燥能够缩短整个干燥过程, 但是会产生明显的温度梯度, 由于
它的干燥是由表面向内部延伸的, 使其不适合用于干燥较厚的涂膜, 且红外干燥只能加热红外线能够照射到的区域, 不能用来干燥立体的物件, 并且红外干燥对于能量的消耗也较大[ 1] 。而微波干燥却能避免上述缺陷。1 微波干燥原理和特点111 微波干燥原理微波技术起源于20世纪30年代, 微波是指波长为1 mm~ 1 m, 频率为30x 102 ~ 30x 105 MH z, 具有穿透性的电磁波, 常用的微波频率为915MH z和2 450MH z。微波发生器的磁控管接受电源功率而产生微波功率, 通过波导输送到微波加热器, 需要加热的物料在微波场的作用下被加热[ 2- 3]。112 微波干燥特点( 1) 微波加热的即时性用微波加热介质物料时, 加热非常迅速。只要有微波辐射, 物料即刻得到加热。反之, 物料就得不到微波能量而立即停止加热, 它能使物料在瞬间得到或失去热量来源。表现出对物料加热的无惰性。( 2) 微波加热的整体性和选择性微波加热过程在整个物体内同时进行, 升温迅速, 温度均匀, 温度梯度小, 是一种/ 体热源0, 大大缩短了常规加热中热传导的时间。除了特别大的物体外, 一般可以做到表里一起均匀加热。这符合工业连续化生产和自动化控制的要求。( 3)微波加热能量利用的高效性与常规电加热方式相比, 一般可以节电30% ~ 50%。另外微波加热安全卫生无污染, 且有很强的杀菌能力。2 微波干燥在水性双组分聚氨酯涂料干燥过程中的应用研究211 实验部分21111 主要原材料水性丙烯酸树脂B ayhydro lA 2651、水性多异氰酸酯固化剂Bayhydur XP2655: 拜耳材料科技; 消泡剂( A ir product) 、润湿剂( cvonik)、流平剂: 科宁公司。21112 微波干燥设备意大利Giardina 公司MOS Lab 微波干燥机: 微波频率为50 H z; 微波功率为500~ 2 000W; 输出形式: 矩形波导; 电耗: 15 kW。21113 测试所用标准根据水性木器涂料的技术要求, 按国标GB /T 23999-2009《室内装饰装修用水性木器涂料》和GB 24410- 2009《室内装饰装修材料水性木器涂料中有害物质限量》检测。溶剂型按照HG /T 2454-2006《溶剂型聚氨酯涂料(双组分) 》进行检测。涂膜溶胀率测定: 将固化完成的涂膜称质量, 记为m 1, 在二甲苯溶液中浸泡24 h后取出, 迅速用滤纸吸干涂膜上的残留溶剂, 称质量, 记为m2, 依据式( 1)计算溶胀率:溶胀率= (m2 - m 1 ) /m1x 100% 式( 1)21114 测试所用配方采用拜耳经典的水性双组分产品Bayhydro l A 2651 和BayhydurXP2655配制涂料产品。由于固化剂会被水消耗一部分, n (- NCO) ：n( -OH ) 10 。参考配方见表1。
212 结果与讨论21211 不同干燥方式除水效果对比[ 5]蔡佳斌等[ 1] 研究了单组分水性聚氨酯采用微波干燥方式对于涂膜中水分挥发速度的影响。在经过微波干燥之后水性涂膜中的水分脱除了90%, 而同样时间内烘箱加热干燥则只能脱除总水分的50%左右。双组分聚氨酯水性木器漆的干燥主要分两个阶段, 第一阶段为水和少量成膜助剂的挥发; 第二阶段则是树脂和固化剂的化学反应。如果干燥条件不利于水分快速挥发的话, 则会造成大量的水分与多异氰酸酯竞争反应, 从而使漆膜中产生二氧化碳( CO2 ) 。CO2 的产生还会降低体系的pH, 导致聚集粒子收缩, 如果挥发物蒸出前有太多反应, 可能会发生分散粒子的不完全聚结。由此可见加快水分挥发对双组分聚氨酯水性木器漆涂膜性能提高具有更重要意义[ 6] 。取双组分聚氨酯水性木器漆n (- NCO) ：n(- OH ) = 1 5喷涂3块玻璃板, 使用室温干燥、烘箱加热和微波干燥这3种干燥方式来干燥水性木器漆, 通过测试干燥前和干燥后的质量变化来表征涂膜中水分挥发的速度。图1为不同干燥条件下涂膜失质量比较。
由图1可以看出, 不同的干燥条件对水性木器漆的脱水效果差异比较明显。考虑到所采用的水性木器漆的固含量为38%, 可见采用微波干燥2 m in 基本脱除了配方中所有水分,而45 c 烘箱烘烤10 m in水分还无法完全脱除, 若采用室温条件下( 23 c , 55% )自然干燥的方式, 20 m in 后漆膜已经表干, 水分挥发已非常困难。其结果与微波干燥在单组分水性聚氨酯木器漆相似。
