En el campo de la fabricación y decoración de muebles, el proceso de secado de pinturas a base de agua es un eslabclave. No es sólo un requisito previo para asegurar que la calidad del acabado cumpla con los estándares, sino también un proceso importante que es indispensable durante todo el proceso de acabado. No debe subestimarse su impacto sobre los costes de producción y la eficiencia del trabajo.

Históricamente, el abandono de las condiciones de secado del revestimiento en los primeros procesos de acabado de muebles ha llevado a un gran número de problemas de calidad del producto. Por ejemplo, en algunos muebles de madera hechos a medida por aristócratas europeos en la edad media, debido al principio de secado desconocido de las pinturas a base de agua en ese momento, muchos de los muebles desarrollaron defectos tales como brillo pobre, una superficie áspera similar a la cáscara de naranja, y pinagujeros poco después de su uso. En casos graves, el estrés interno desarrollado dentro de la película de pintura, reduciendo considerablemente la adhesión. En su uso posterior, estos muebles presentan grietas, pierden sus funciones protectoras y decor, y su apariencia y durabilidad se han reducido considerablemente. Esto refleja profundamente el enorme impacto de las condiciones de secado del recubrimiento en la calidad del producto final.

El secado del revestimiento es un proceso que no sólo se repite con frecuencia en la producción, sino que también requiere mucho tiempo. En el contexto de la moderna producción industrial en masa, la forma de acelerar este proceso se ha convertido en la clave para acortar los ciclos de producción y ahorrar espacio de producción. También es un cuello de botella técnico que debe ser superado para lograr una construcción continua y automatización. Esto implica principios científicos complejos y la optimización de los procesos de producción. Por ejemplo, la «teoría de optimización de procesos» en la gestión de la producción moderna enfatiza que la mejora de la eficiencia de procesos clave como el secado de recubrimiento tiene un efecto multiplicador en la mejora de la eficiencia de todo el sistema de producción.

Esto demuestra que la investigación en profundidad sobre el secado de pinturas a base de agua es de gran importancia para garantizar la calidad del acabado y mejorar la eficiencia del acabado. Esta es una forma importante de mejorar la eficiencia de secado y un tema importante para promover el desarrollo de la industria de fabricación de muebles, con un valor de aplicación extremadamente alto. En particular, las pinturas a base de agua para muebles de madera utilizan agua como medio, con un contenido de sólidos muy bajo, normalmente sólo del 20% al 30%, y un alto contenido de humedad de aproximadamente el 70%. Esto significa que el proceso de secado es principalmente un proceso de evaporación de agua. Más abajo vamos a echar un vistazo más de cerca al proceso de formación de la película de pinturas a base de agua y el proceso de evapordel agua.

Proceso de formación de película de pinturas al agua para muebles

El proceso de formación de la película de pinturas a base de agua es un fenómeno sutil de condensde la cadena molecular, que se puede dividir aproximadamente en tres pasos: evapordel agua, deformación de partículas y coalde partículas.

Una vez finalizada la aplicación, la primera etapa es la evaporación del agua. Según la investigación en el campo de la química de la pintura, cuando el volumen de las partículas de látex en la capa acuosa de recubrimiento alcanza el 74%, las partículas se mueven más cerca entre sí y entran en un estado denso, empaquet. Esto es como un grupo de pequeñas partículas dispuestas muy juntas, con la distancia entre ellas disminuyendo gradualmente. Entonces, a medida que el agua continúa evaporándose, las partículas de polímero comienzan a deformar. En este punto, la presión capilar excede la resistencia de deformación de las partículas de polímero, y la presión se acumula entre las partículas. Cuanto más se evapora el medio, mayor es la presión, y las partículas se unen y se fusionpara formar una película de recubrimiento continuo. Este proceso es como pequeños bloques de construcción que se unen gradualmente bajo presión. Finalmente, a medida que el agua continúa evapor, las cadenas de polímero se difungradualmente entre sí, nivel por nivel, cuando la presión es suficiente para causar que las cadenas moleculares en cada partícula se propaguen en las cadenas moleculares de otra partícula. Este proceso es como una fina malla que se va tejiendo gradualmente, con cada eslabestrechamente conectado e indispensable.

Investigación sobre el proceso de evapordel agua

El análisis teórico en profundidad muestra que el proceso de evaporpor humedad de la pintura a base de agua sigue la teoría de secado vertical de la superficie al interior. Esta teoría sostiene que la evaporde la humedad durante la formación de la película de pintura a base de agua se puede dividir en tres etapas.

En la primera etapa, las partículas de resina experimentan un movimiento browniano aleatorio, y el agua se evapora a la misma velocidad que en el agua pura, alo largo de la interfaz agua-aire. Esto es como una pista de baile animada, donde las personas (moléculas de agua) baillibremente (movimiento browniano) y poco a poco se alej(evapor). En la segunda etapa, el medio en el que las partículas de resina son suspendisminuye, y las partículas de resina se acercan, se acumuly se aglomer, al igual que una multitud comienza a reunirse. Esto hace que la interfaz agua-aire se encoja, que el área total disminuya y que la tasa de evapordel agua disminurápidamente. En la etapa final, la tasa de evapordel agua continúa disminuyendo, y el agua restante necesita difundirse a través de los capilares en la membrana a la superficie de aire de película para evaporarse. Todo el proceso se desarrolla desde la capa superficial de las partículas de resina hacia el interior, y la tasa de evaporde la humedad disminuye debido a la reducción continua de la humedad y el cambio de modo de transferencia de la brecha entre las partículas a la transferencia a través del polímero. Esta serie de cambios es como una danza bien coreografi, con cada movimiento teniendo su propio ritmo y lógica específica.

Método de secado

El proceso de secado de la madera es un proceso de eliminación gradual de la humedad interna de la madera, y el secado de muebles recubiercon pintura a base de agua es también, en gran medida, un proceso de eliminación gradual de la humedad del interior de la capa. En cierto sentido, hay similitudes entre los dos. La analogía es un método de investigación común en la ciencia de materiales moderna. Por lo tanto, al explorar el secado de pinturas a base de agua en muebles de madera, podemos recurrir a los métodos de secado de madera relativamente maduros. En el campo del secado de madera, métodos como el secado natural, el secado al aire caliente, el secado por microondas, el secado ultravioleta, el secado por infrarrojos, el secado solar, el secado de alta frecuencia y el secado combinado son teóriaplicables al secado de pinturas a base de agua. Sin embargo, cada método de secado necesita ser estudiado en profundidad para sus parámetros técnicos específicos cuando se aplica al secado de recubrimientos a base de agua.

De hecho, los principales factores que afectan la velocidad de secado de los revestide madera a base de agua son la temperatura ambiente, la humedad relativa, el grosor de la película y la velocidad de flujo de aire. Así como los factores ambientales afectan el crecimiento de los seres vivos, estos factores interactúan entre sí para afectar el proceso de secado. Wu Zhongyue y otros expertos señalaron en su investigación que el uso de recubrimientos de madera a base de agua para la pintura en línea no sólo acelera el secado, sino que también mejora la dureza de la película, reduce los COV y evita eficazmente una serie de problemas causados por el «secado lento». Cai Jiabin y otros estudiosos llevaron a cabo investigaciones sobre la aplicación del secado por microondas en revestide madera a base de agua de poliuretano. Los resultados mostraron que después del secado por microondas, la tasa de eliminación de humedad en la película de recubrimiento a base de agua es tan alta como el 90%, mientras que al mismo tiempo, el secado en horno sólo puede eliminar aproximadamente el 50% de la humedad total. Además, la película de recubrimiento después del secado por microondas puede alcanzar inmediatamente un estado seco, y se puede lijar, apilar y envas. Estos resultados de la investigación nos proporcionan una base sólida para elegir el método de secado adecuado.

La velocidad de secado y la calidad de formación de película de los recubrimientos a base de agua varían significativamente dependiendo del método de secado. En la siguiente sección se ofrece una descripción detallada de los diferentes métodos de secado para recubrimientos a base de agua.

El secado Natural

El calor latente de evapordel agua es tan alto como 2457,7kj /Kg, y la evapordel agua en un recubrimiento a base de agua requiere la absorción de una gran cantidad de calor. Esta característica determina que la evapordel agua se vea afectada por la temperatura atmosférica, la humedad y la velocidad del viento. Desde un punto de vista físico, cuando la temperatura aumenta, el movimiento térmico de las moléculas se intensifica, y las moléculas de agua líquida son más propensas a escapar de la atracción de otras moléculas de agua y convertirse en moléculas de vapor. Por lo tanto, la velocidad de evaporaumenta con el aumento de la temperatura. Por el contrario, a medida que la humedad del aire aumenta, la proporción de vapor de agua en el aire aumenta, y la presión parcial de vapor de agua aumenta, lo que hará que más moléculas de vapor de agua se conviertan en moléculas de agua líquida, reduciendo así la tasa de evapordel agua. El efecto de la velocidad del viento es que cuanto mayor es la velocidad del viento, más moléculas de agua se eliminan de la superficie del evaporador por unidad de tiempo, y más rápida es la tasa de evapor.

Aunque el secado natural es un método simple y ampliamente utilizado, su desventaja obvia es su lenta velocidad de secado. En el entorno natural, la temperatura, la humedad y la velocidad del viento cambian constantemente, lo que provoca una velocidad de secado inestable y una calidad de formación de película. Por ejemplo, en condiciones de alta temperatura y humedad o en condiciones de alta humedad, el recubrimiento es propenso al blanquey la velocidad de secado se reduce significativamente. En ambientes de baja temperatura, la velocidad de secado es aún más lenta, y a 5°C en particular, las pinturas a base de agua apenas pueden formar una película en absoluto. Estos problemas han limitado en gran medida la aplicación de pinturas a base de agua. Es como cultivar cultivos en condiciones climáticas cambiantes, donde factores ambientales inestables pueden afectar la cosecha. La inestabilidad del secado natural dificulta la aplicación de pinturas a base de agua.

Secado con aire caliente

El secado por aire caliente es un método de secado por calentamiento que se basa en el principio de convección. Aire caliente a una temperatura de 40-60 °C se utiliza como un portador de calor para transferir energía térmica a la capa en la superficie de la pieza de trabajo. El recubrimiento absorbe la energía y luego se cura y forma una película. Por lo general, la electricidad o el vapor se utiliza como fuente de calor para calentar el aire primero, y luego el calor se transfiere a la superficie del recubrimiento por convec, de modo que el recubrimiento se seca rápidamente.

En este proceso, el aire caliente que rodea el recubrimiento actúa como medio de calentamiento. Dado que el recubrimiento tiene un cierto espesor, toma tiempo para que el calor se transfiera de la superficie del recubrimiento al límite interno. La tasa de transferencia de calor depende del espesor del recubrimiento y su conductividad térmica. Por lo tanto, cuando se calienta por convec, la superficie del recubrimiento siempre se calienta primero. Durante la fase de secado inicial, la capa superficial evapora la mayor cantidad de humedad, y el revestimiento se cura de la capa superficial, extendiéndose gradualmente a las capas subyacentes, que se secan por último. Este método de secado puede acelerar significativamente el secado del recubrimiento y es altamente adaptable. Actualmente es uno de los métodos de secado más utilizados. En las grandes fábricas de muebles, las líneas de secado por aire caliente eran originalmente la principal forma de secado forzado para recubrimientos a base de disolvente. Cuando se aplica al secado de recubrimientos a base de agua, debido al largo tiempo de secado de los recubrimientos a base de agua, por un lado, el equipo de secado debe ser estudiado de una manera específica, y por otro lado, el proceso de secado debe ser optimi. Factores como la temperatura, la humedad, la velocidad de la pieza (tiempo de secado) y las condiciones de ventilación en varios puntos alo largo de la línea de secado son cruciales para garantizar la calidad de secado y la calidad final de la película de pintura. Es como un proceso de cocción complejo, donde el ajuste de cada parámetro puede afectar el sabor (calidad) del plato final (calidad de la película de pintura).

Secado por microondas

Las microondas están penetrando ondas electromagnéticas con longitudes de onda de 1 mm a 1 m y frecuencias de 300 MHz a 300 GHz. Las frecuencias de microondas más utilizadas son de 915 MHz a 2450 MHz. El calentamiento por microondas utiliza el principio de pérdida dieléctrica. La constante dieléctrica del agua es mucho mayor que la de la materia seca, por lo que la mayor parte de la energía liberada por el campo electromagnético es absorbida por el agua de la pintura.

El campo de microondas cambia periódicamente la dirección del campo eléctrico aplicado a una alta velocidad de varios cientos de millones de veces por segundo, causando que las moléculas de agua giren rápidamente y produzcan un efecto térmico significativo, aumentando así rápidamente la temperatura en el interior y en la superficie del recubrimiento al mismo tiempo. Las ventajas del calentamiento por microondas son excepcionales: velocidad de secado extremadamente rápida, absorción selectiva de las microondas por diferentes sustancias, no hay requisitos de forma para el objeto a secar, el calentamiento muy uniforme de la película de recubrimiento, sin gradiente de temperatura, y la capacidad de secar películas gruesas. Las microondas con una frecuencia de 2450 MHz tienen la mejor conversión de energía y balance de pérdida para las moléculas de agua. Las microondas a esta frecuencia pueden penetrar una capa de agua de 30 mm de espesor y se pueden utilizar para secar pinturas a base de agua de diversos grosores. Es como si se hubieran instalado innumerables calentadores en miniatura dentro de la pintura, completando de manera uniforme y eficiente el proceso de secado.

Secado UV

Para los recubrimientos de madera UV a base de agua se puede utilizar un curado UV, es decir, el recubrimiento de madera UV a base de agua se cura con luz ultravioleta con una longitud de onda de 300 a 400 nm. Los recubrimientos UV a base de agua contienen una pequeña cantidad de fotosensibilizador. Cuando se expone a la luz ultravioleta, el fotosensibilise descompone después de absorber la luz ultravioleta de una longitud de onda específica, produciendo radicales activos que inician la reacción de polimeridel material que forma la película para formar una estructura de red, lo que cura el revestimiento. El curado UV tiene las ventajas de un curado rápido y una buena calidad de revestimiento. Sin embargo, este método tiene sus limitaciones: sólo se puede utilizar para secar pinturas UV a base de agua y sólo se pueden secar paneles de muebles planos. Es como una llave especial que sólo puede abrir una cerradura específica (secado de un tipo específico de recubrimiento y forma del objeto).

Secado por infrarrojos

El curado por infrarrojos se puede utilizar para secar revestide madera a base de agua. Específicamente, los paneles de muebles recubiery sus recubriestán expuestos a la luz infrarroja, que absorbe la energía radiante y la convierte en calor, curando así el recubrimiento. El infrarrojo es un rayo invisible entre la luz visible y las microondas con una longitud de onda de 0,72-1000um. Se puede dividir en infrarrojos «cercano», «medio» y «lejano» de acuerdo con el rango de longitud de onda. El infrarrojo lejano se utiliza comúnmente para secar recubrimientos.

El curado por infrarrojos tiene las ventajas de una rápida velocidad de curado, un rápido aumento de la temperatura y una buena calidad de curado. Sin embargo, cuando se utiliza el calentamiento por infrarrojos para secar recubrimientos, hay un gradiente de temperatura significativo en el recubrimiento, y el secado se extiende desde la superficie hasta el interior, lo que lo hace inadecuado para el secado de películas recubiertas más gruesas. Además, el secado por infrarrojos sólo puede calentar el área que puede ser irradipor rayos infrarrojos, y no se puede utilizar para secar objetos tridimensionales. Esto es similar a la luz solar que brilla en un objeto, que sólo ilumina la superficie, y no tiene ningún efecto en el interior y las partes sombreadas. El secado por infrarrojos también tiene limitaciones similares.