Dans le domaine de la fabrication et de la décoration de meubles, le processus de séchage des peintures à base d'eau est un maillon essentiel. Il s'agit non seulement d'une condition préalable pour garantir que la qualité de la finition répond aux normes, mais aussi d'un processus important qui est indispensable tout au long du processus de finition. Son impact sur les coûts de production et l'efficacité du travail ne doit pas être sous-estimé.

Historiquement, la négligence des conditions de séchage des revêtements dans les premiers processus de finition des meubles a entraîné un grand nombre de problèmes de qualité des produits. Par exemple, dans certains meubles en bois fabriqués sur mesure par des aristocrates européens au Moyen Âge, en raison du principe de séchage inconnu des peintures à base d'eau à l'époque, de nombreux meubles présentaient des défauts tels qu'un faible brillant, une surface rugueuse semblable à de la peau d'orange et des trous d'épingle peu de temps après l'utilisation. Dans les cas les plus graves, des tensions internes se sont développées dans le film de peinture, réduisant considérablement l'adhérence. Lors d'une utilisation ultérieure, ces meubles se sont fissurés, perdant leurs fonctions protectrices et décoratives, et leur apparence et leur durabilité ont été considérablement réduites. Ceci reflète bien l'impact énorme des conditions de séchage du revêtement sur la qualité du produit final.

Le séchage des revêtements est un processus qui est non seulement fréquemment répété dans la production, mais qui prend également beaucoup de temps. Dans le contexte de la production industrielle moderne de masse, l'accélération de ce processus est devenue la clé du raccourcissement des cycles de production et de l'économie d'espace. Il s'agit également d'un goulot d'étranglement technique qu'il faut éliminer pour parvenir à une construction continue et à l'automatisation. Cela implique des principes scientifiques complexes et l'optimisation des processus de production. Par exemple, la "théorie de l'optimisation des processus" dans la gestion moderne de la production souligne que l'amélioration de l'efficacité des processus clés tels que le séchage des revêtements a un effet multiplicateur sur l'amélioration de l'efficacité de l'ensemble du système de production.

Cela montre qu'une recherche approfondie sur le séchage des revêtements de peinture à base d'eau est très importante pour garantir la qualité de la finition et améliorer l'efficacité de la finition. Il s'agit d'un moyen important d'améliorer l'efficacité du séchage et d'un sujet important pour promouvoir le développement de l'industrie de la fabrication de meubles, avec une valeur d'application extrêmement élevée. En particulier, les peintures à l'eau pour les meubles en bois utilisent l'eau comme médium, avec une teneur en solides très faible, généralement seulement 20% - 30%, et une teneur en humidité élevée d'environ 70%. Cela signifie que le processus de séchage est principalement un processus d'évaporation de l'eau. Nous allons examiner de plus près le processus de formation du film des peintures à l'eau et le processus d'évaporation de l'eau.

Procédé de formation d'un film de peintures à base d'eau pour meubles

Le processus de formation du film des peintures à base d'eau est un phénomène subtil de condensation de la chaîne moléculaire, qui peut être grossièrement divisé en trois étapes : évaporation de l'eau, déformation des particules et coalescence des particules.

Une fois l'application terminée, la première étape est l'évaporation de l'eau. Selon des recherches dans le domaine de la chimie des peintures, lorsque le volume des particules de latex dans la couche de revêtement aqueux atteint 74%, les particules se rapprochent les unes des autres et entrent dans un état dense et compact. C'est comme un groupe de petites particules disposées étroitement les unes à côté des autres, la distance entre elles diminuant progressivement. Ensuite, comme l'eau continue à s'évaporer, les particules de polymère commencent à se déformer. À ce stade, la pression capillaire dépasse la résistance à la déformation des particules de polymère et une pression s'établit entre les particules. Plus le milieu s'évapore, plus la pression augmente, et les particules coalescent et fusionnent pour former un film de revêtement continu. Ce processus s'apparente à l'assemblage progressif de minuscules blocs de construction sous l'effet de la pression. Enfin, à mesure que l'eau continue de s'évaporer, les chaînes de polymères se diffusent progressivement les unes dans les autres, niveau par niveau, lorsque la pression est suffisante pour que les chaînes moléculaires de chaque particule se répandent dans les chaînes moléculaires d'une autre particule. Ce processus s'apparente à un maillage fin qui se tisse progressivement, chaque maillon étant étroitement lié et indispensable.

Recherche sur le processus d'évaporation de l'eau

Une analyse théorique approfondie montre que le processus d'évaporation de l'humidité de la peinture à base d'eau suit la théorie du séchage vertical, de la surface vers l'intérieur. Selon cette théorie, l'évaporation de l'humidité pendant la formation du film de peinture à base d'eau peut être divisée en trois étapes.

Dans un premier temps, les particules de résine subissent un mouvement brownien aléatoire et l'eau s'évapore à la même vitesse que dans l'eau pure, le long de l'interface eau-air. C'est comme une piste de danse animée, où les gens (les molécules d'eau) dansent librement (mouvement brownien) et s'éloignent progressivement (évaporation). Dans un deuxième temps, le milieu dans lequel les particules de résine sont en suspension diminue, et les particules de résine se rapprochent, s'accumulent et s'agglomèrent, tout comme une foule commence à se rassembler. L'interface entre l'eau et l'air se rétrécit, la surface totale diminue et le taux d'évaporation de l'eau diminue rapidement. Au stade final, le taux d'évaporation de l'eau continue à diminuer et l'eau restante doit se diffuser à travers les capillaires de la membrane jusqu'à la surface du film-air pour s'évaporer. L'ensemble du processus se développe de la couche superficielle des particules de résine vers l'intérieur, et le taux d'évaporation de l'humidité diminue en raison de la réduction continue de l'humidité et du changement du mode de transfert de l'espace entre les particules vers le transfert à travers le polymère. Cette série de changements ressemble à une danse bien chorégraphiée, chaque mouvement ayant son propre rythme et sa propre logique.

Méthode de séchage

Le processus de séchage du bois consiste à éliminer progressivement l'humidité interne du bois, et le séchage des meubles recouverts d'une peinture à base d'eau consiste également, dans une large mesure, à éliminer progressivement l'humidité de l'intérieur du revêtement. D'une certaine manière, il existe des similitudes entre les deux. L'analogie est une méthode de recherche courante dans la science moderne des matériaux. Par conséquent, lorsque nous étudions le séchage des revêtements de peinture à base d'eau sur les meubles en bois, nous pouvons nous inspirer des méthodes de séchage du bois relativement matures. Dans le domaine du séchage du bois, des méthodes telles que le séchage naturel, le séchage à l'air chaud, le séchage par micro-ondes, le séchage par ultraviolets, le séchage par infrarouges, le séchage solaire, le séchage à haute fréquence et le séchage combiné sont toutes théoriquement applicables au séchage des revêtements de peinture à base d'eau. Toutefois, chaque méthode de séchage doit faire l'objet d'une étude approfondie afin de déterminer ses paramètres techniques spécifiques lorsqu'elle est appliquée au séchage des revêtements à base d'eau.

En fait, les principaux facteurs qui influencent la vitesse de séchage des revêtements pour bois à base d'eau sont la température ambiante, l'humidité relative, l'épaisseur du film et la vitesse du flux d'air. Tout comme les facteurs environnementaux affectent la croissance des êtres vivants, ces facteurs interagissent les uns avec les autres pour affecter le processus de séchage. Wu Zhongyue et d'autres experts ont souligné dans leurs recherches que l'utilisation de revêtements pour bois à base d'eau pour la peinture à la chaîne permet non seulement d'accélérer le séchage, mais aussi d'améliorer la dureté du film, de réduire les COV et d'éviter efficacement une série de problèmes causés par un "séchage lent". Cai Jiabin et d'autres chercheurs ont mené des recherches sur l'application du séchage par micro-ondes aux revêtements en bois à base d'eau à base de polyuréthane. Les résultats ont montré qu'après le séchage par micro-ondes, le taux d'élimination de l'humidité dans le film de revêtement à base d'eau est aussi élevé que 90%, alors que dans le même temps, le séchage au four ne peut éliminer qu'environ 50% de l'humidité totale. En outre, le film de revêtement après séchage par micro-ondes peut immédiatement atteindre un état sec et peut être poncé, empilé et emballé. Ces résultats de recherche nous fournissent une base solide pour choisir la méthode de séchage appropriée.

La vitesse de séchage et la qualité de formation du film des revêtements à base d'eau varient considérablement en fonction de la méthode de séchage. La section suivante fournit une description détaillée des différentes méthodes de séchage pour les vernis à base d'eau.

Séchage naturel

La chaleur latente d'évaporation de l'eau atteint 2457,7 KJ/Kg, et l'évaporation de l'eau dans un revêtement à base d'eau nécessite l'absorption d'une grande quantité de chaleur. Cette caractéristique fait que l'évaporation de l'eau est affectée par la température atmosphérique, l'humidité et la vitesse du vent. D'un point de vue physique, lorsque la température augmente, le mouvement thermique des molécules s'intensifie et les molécules d'eau liquide sont plus susceptibles d'échapper à l'attraction d'autres molécules d'eau et de devenir des molécules de vapeur. Par conséquent, le taux d'évaporation augmente avec la température. Au contraire, lorsque l'humidité de l'air augmente, la proportion de vapeur d'eau dans l'air augmente et la pression partielle de la vapeur d'eau augmente, ce qui fait que davantage de molécules de vapeur d'eau se transforment en molécules d'eau liquide, réduisant ainsi le taux d'évaporation de l'eau. L'effet de la vitesse du vent est le suivant : plus la vitesse du vent est élevée, plus le nombre de molécules d'eau éliminées de la surface de l'évaporateur par unité de temps est important, et plus le taux d'évaporation est rapide.

Bien que le séchage naturel soit une méthode simple et largement utilisée, son inconvénient évident est sa lenteur. Dans l'environnement naturel, la température, l'humidité et la vitesse du vent changent constamment, ce qui rend instables la vitesse de séchage et la qualité de la formation du film. Par exemple, dans des conditions de température et d'humidité élevées, le revêtement a tendance à blanchir et la vitesse de séchage est considérablement réduite. Dans les environnements à basse température, la vitesse de séchage est encore plus lente et, à 5°C en particulier, les peintures à base d'eau peuvent à peine former un film. Ces problèmes ont largement limité l'application des peintures à base d'eau. C'est comme cultiver dans des conditions météorologiques changeantes, où des facteurs environnementaux instables peuvent affecter la récolte. L'instabilité du séchage naturel entrave l'application des peintures à l'eau.

Séchage à l'air chaud

Le séchage à l'air chaud est une méthode de séchage par chauffage qui repose sur le principe de la convection. L'air chaud à une température de 40-60°C est utilisé comme vecteur de chaleur pour transférer l'énergie thermique au revêtement à la surface de la pièce. Le revêtement absorbe l'énergie, durcit et forme un film. En général, l'électricité ou la vapeur sont utilisées comme source de chaleur pour chauffer l'air, puis la chaleur est transférée à la surface du revêtement par convection, de sorte que le revêtement sèche rapidement.

Dans ce processus, l'air chaud entourant le revêtement agit comme un moyen de chauffage. Le revêtement ayant une certaine épaisseur, il faut un certain temps pour que la chaleur soit transférée de la surface du revêtement à la limite intérieure. Le taux de transfert de chaleur dépend de l'épaisseur du revêtement et de sa conductivité thermique. Par conséquent, lors du chauffage par convection, la surface du revêtement est toujours chauffée en premier. Au cours de la phase initiale de séchage, la couche superficielle évapore le plus d'humidité et le revêtement durcit à partir de la couche superficielle, s'étendant progressivement aux couches sous-jacentes, qui sèchent en dernier. Cette méthode de séchage permet d'accélérer considérablement le séchage du revêtement et est très adaptable. C'est actuellement l'une des méthodes de séchage les plus utilisées. Dans les grandes usines de meubles, les lignes de séchage à air chaud étaient à l'origine la principale forme de séchage forcé pour les revêtements à base de solvants. Dans le cas du séchage des revêtements à base d'eau, en raison du long temps de séchage des revêtements à base d'eau, l'équipement de séchage doit être étudié de manière ciblée et le processus de séchage doit être optimisé. Des facteurs tels que la température, l'humidité, la vitesse de la pièce (temps de séchage) et les conditions de ventilation à différents endroits de la chaîne de séchage sont essentiels pour garantir la qualité du séchage et la qualité finale du film de peinture. C'est comme un processus de cuisson complexe, où l'ajustement de chaque paramètre peut affecter le goût (la qualité) du plat final (la qualité du film de peinture).

Séchage par micro-ondes

Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques pénétrantes d'une longueur d'onde de 1 mm à 1 m et d'une fréquence de 300 MHz à 300 GHz. Les fréquences micro-ondes les plus couramment utilisées sont comprises entre 915 MHz et 2450 MHz. Le chauffage par micro-ondes utilise le principe de la perte diélectrique. La constante diélectrique de l'eau étant beaucoup plus élevée que celle de la matière sèche, la majeure partie de l'énergie libérée par le champ électromagnétique est absorbée par l'eau contenue dans la peinture.

Le champ de micro-ondes modifie périodiquement la direction du champ électrique appliqué à une vitesse élevée de plusieurs centaines de millions de fois par seconde, ce qui fait osciller rapidement les molécules d'eau et produit un effet thermique important, augmentant ainsi rapidement la température à l'intérieur et à la surface du revêtement. Les avantages du chauffage par micro-ondes sont remarquables : vitesse de séchage extrêmement rapide, absorption sélective des micro-ondes par différentes substances, aucune exigence quant à la forme de l'objet à sécher, chauffage très uniforme du film de revêtement, absence de gradient de température et possibilité de sécher des films épais. Les micro-ondes d'une fréquence de 2 450 MHz présentent le meilleur bilan de conversion et de perte d'énergie pour les molécules d'eau. Les micro-ondes à cette fréquence peuvent pénétrer une couche d'eau de 30 mm d'épaisseur et peuvent être utilisées pour sécher des revêtements de peinture à base d'eau de différentes épaisseurs. C'est comme si d'innombrables radiateurs miniatures avaient été installés à l'intérieur de la peinture, achevant le processus de séchage de manière uniforme et efficace.

Séchage UV

Les vernis UV à base d'eau pour le bois peuvent être durcis aux UV, c'est-à-dire que le vernis UV à base d'eau pour le bois est durci par une lumière ultraviolette d'une longueur d'onde de 300 à 400 nm. Les vernis UV à base d'eau contiennent une petite quantité de photosensibilisateur. Lorsqu'il est exposé à la lumière ultraviolette, le photosensibilisateur se décompose après avoir absorbé la lumière ultraviolette d'une longueur d'onde spécifique, produisant des radicaux actifs qui déclenchent la réaction de polymérisation du matériau filmogène pour former une structure en réseau, durcissant ainsi le vernis. Le durcissement par UV présente les avantages d'un durcissement rapide et d'une bonne qualité de revêtement. Toutefois, cette méthode a ses limites : elle ne peut être utilisée que pour sécher les vernis UV à base d'eau et seuls les panneaux de meubles plats peuvent être séchés. C'est comme une clé spéciale qui ne peut ouvrir qu'une serrure spécifique (séchage d'un type de vernis et d'une forme d'objet spécifiques).

Séchage par infrarouge

Le séchage par infrarouge peut être utilisé pour sécher les revêtements en bois à base d'eau. Plus précisément, les panneaux de meubles revêtus et leurs revêtements sont exposés à la lumière infrarouge, qui absorbe l'énergie radiante et la convertit en chaleur, durcissant ainsi le revêtement. L'infrarouge est un rayon invisible situé entre la lumière visible et les micro-ondes, dont la longueur d'onde est comprise entre 0,72 et 1 000 mm. Il peut être divisé en infrarouges "proches", "moyens" et "lointains" en fonction de la gamme de longueurs d'onde. L'infrarouge lointain est couramment utilisé pour sécher les revêtements.

Le séchage par infrarouge présente les avantages d'une vitesse de séchage rapide, d'une augmentation rapide de la température et d'une bonne qualité de séchage. Cependant, l'utilisation du chauffage infrarouge pour sécher les revêtements entraîne un gradient de température important dans le revêtement et le séchage s'étend de la surface vers l'intérieur, ce qui le rend inadapté au séchage de films revêtus plus épais. En outre, le séchage par infrarouge ne peut chauffer que la zone pouvant être irradiée par les rayons infrarouges et ne peut pas être utilisé pour sécher des objets tridimensionnels. C'est un peu comme la lumière du soleil sur un objet, qui n'éclaire que la surface et n'a aucun effet sur l'intérieur et les parties ombragées. Le séchage par infrarouge présente également des limites similaires.