가구 제조 및 장식 분야에서 수성 페인트 코팅의 건조 공정은 핵심적인 연결 고리입니다. 마감 품질이 표준을 충족하도록 보장하기 위한 전제 조건일 뿐만 아니라 전체 마감 공정에서 없어서는 안 될 중요한 공정입니다. 생산 비용과 작업 효율성에 미치는 영향을 과소평가해서는 안 됩니다.

역사적으로 초기 가구 마감 공정에서 코팅 건조 조건을 소홀히 하면 제품 품질에 많은 문제가 발생했습니다. 예를 들어, 중세 유럽 귀족들이 주문 제작한 일부 목제 가구의 경우 당시 수성 페인트의 건조 원리를 알지 못해 사용 직후 광택이 떨어지거나 표면이 오렌지 껍질처럼 거칠고 핀홀이 생기는 등의 결함이 많이 발생했습니다. 심한 경우에는 페인트 필름 내부에 응력이 발생하여 접착력이 크게 저하되기도 했습니다. 이후 사용 시 균열이 발생하여 보호 및 장식 기능을 상실하고 외관과 내구성이 크게 저하됩니다. 이는 코팅의 건조 조건이 최종 제품의 품질에 미치는 막대한 영향을 깊이 반영합니다.

코팅 건조는 생산 과정에서 자주 반복될 뿐만 아니라 시간도 매우 많이 소요되는 공정입니다. 현대 산업 대량 생산의 맥락에서 이 공정의 속도를 높이는 방법은 생산 주기를 단축하고 생산 공간을 절약하는 데 핵심이 되었습니다. 또한 지속적인 건설과 자동화를 달성하기 위해 반드시 극복해야 하는 기술적 병목 현상이기도 합니다. 여기에는 복잡한 과학적 원리와 생산 공정의 최적화가 포함됩니다. 예를 들어, 현대 생산 관리의 '공정 최적화 이론'은 코팅 건조와 같은 주요 공정의 효율성을 개선하면 전체 생산 시스템의 효율성을 개선하는 데 승수 효과가 있다고 강조합니다.

이는 수성 페인트 코팅의 건조에 대한 심층적 인 연구가 마감 품질을 보장하고 마감의 효율성을 향상시키는 데 큰 의미가 있음을 보여줍니다. 이는 건조 효율을 향상시키는 중요한 방법이자 가구 제조 산업의 발전을 촉진하는 중요한 주제이며 응용 가치가 매우 높습니다. 특히 목재 가구용 수성 페인트는 물을 매체로 사용하며, 고형분 함량은 일반적으로 20% - 30%에 불과하고 수분 함량은 약 70%로 매우 낮습니다. 이는 건조 과정이 주로 수분 증발 과정이라는 것을 의미합니다. 아래에서는 수성 페인트의 막 형성 과정과 수분 증발 과정에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

가구용 수성 페인트의 필름 형성 공정

수성 페인트의 필름 형성 과정은 분자 사슬 응축의 미묘한 현상으로, 크게 수분 증발, 입자 변형, 입자 응집의 세 단계로 나눌 수 있습니다.

도포가 완료되면 첫 번째 단계는 물의 증발입니다. 페인트 화학 분야의 연구에 따르면 수성 코팅층의 라텍스 입자의 부피가 74%에 도달하면 입자가 서로 가까워지고 밀도가 높은 밀집 상태가 됩니다. 이는 마치 작은 입자들이 서로 가깝게 배열된 그룹처럼 입자 사이의 거리가 점차 줄어드는 것과 같습니다. 그런 다음 물이 계속 증발함에 따라 폴리머 입자가 변형되기 시작합니다. 이 시점에서 모세관 압력이 폴리머 입자의 변형 저항을 초과하고 입자 사이에 압력이 쌓이게 됩니다. 매체가 더 많이 증발할수록 압력은 더 커지고 입자들은 합쳐지고 합쳐져 연속적인 코팅 필름을 형성합니다. 이 과정은 마치 작은 빌딩 블록이 압력을 받아 서서히 결합되는 것과 같습니다. 마지막으로 물이 계속 증발함에 따라 각 입자의 분자 사슬이 다른 입자의 분자 사슬에 퍼지기에 충분한 압력이 가해지면 폴리머 사슬이 한 단계씩 서로 확산됩니다. 이 과정은 마치 미세한 그물망이 서서히 짜여지는 것과 같으며, 모든 연결 고리가 서로 밀접하게 연결되어 필수 불가결합니다.

수분 증발 과정에 대한 연구

심층적인 이론 분석에 따르면 수성 페인트의 수분 증발 과정은 표면에서 내부로 수직 건조 이론을 따릅니다. 이 이론에 따르면 수성 페인트의 필름이 형성되는 동안 수분이 증발하는 과정은 세 단계로 나눌 수 있습니다.

첫 번째 단계에서 수지 입자는 무작위 브라운 운동이 일어나고 물과 공기 계면을 따라 순수한 물과 같은 속도로 물이 증발합니다. 이것은 마치 사람(물 분자)이 자유롭게 춤을 추다가(브라운 운동) 서서히 멀어지는(증발하는) 활기찬 댄스 플로어와 같습니다. 두 번째 단계에서는 수지 입자가 부유하는 매질이 감소하고 수지 입자가 서로 가까이 이동하고 축적되어 군중이 모이기 시작하는 것처럼 응집됩니다. 이로 인해 물-공기 계면이 줄어들고 전체 면적이 감소하며 수분 증발 속도가 급격히 감소합니다. 마지막 단계에서 물 증발 속도는 계속 감소하고 남은 물은 막의 모세혈관을 통해 필름-공기 표면으로 확산되어 증발해야 합니다. 전체 공정은 수지 입자의 표면층에서 내부로 진행되며 수분의 지속적인 감소와 입자 사이의 틈새에서 폴리머를 통한 전달로의 전달 모드 변경으로 인해 수분 증발 속도가 감소합니다. 이러한 일련의 변화는 마치 잘 안무된 춤과 같으며, 각 동작마다 고유한 리듬과 논리가 있습니다.

건조 방법

목재의 건조 과정은 목재 내부의 수분을 서서히 제거하는 과정이며, 수성 페인트로 코팅된 가구의 건조 과정도 대체로 코팅 내부의 수분을 서서히 제거하는 과정입니다. 어떤 의미에서 이 둘 사이에는 유사점이 있습니다. 유추는 현대 재료 과학의 일반적인 연구 방법입니다. 따라서 목재 가구의 수성 페인트 코팅 건조를 탐구할 때 비교적 성숙한 목재 건조 방법을 활용할 수 있습니다. 목재 건조 분야에서는 자연 건조, 열풍 건조, 마이크로파 건조, 자외선 건조, 적외선 건조, 태양 건조, 고주파 건조 및 복합 건조와 같은 방법이 모두 이론적으로 수성 페인트 코팅의 건조에 적용될 수 있습니다. 그러나 각 건조 방법을 수성 코팅의 건조에 적용하려면 특정 기술 파라미터에 대해 심층적으로 연구해야 합니다.

실제로 수성 목재 코팅의 건조 속도에 영향을 미치는 주요 요인으로는 주변 온도, 상대 습도, 필름 두께 및 공기 유속이 있습니다. 환경 요인이 생물의 성장에 영향을 미치는 것처럼 이러한 요인은 서로 상호 작용하여 건조 과정에 영향을 미칩니다. 우종유와 다른 전문가들은 연구에서 라인 페인팅에 수성 목재 코팅을 사용하면 건조 속도가 빨라질 뿐만 아니라 필름 경도가 향상되고 VOC가 감소하며 '느린 건조'로 인한 일련의 문제를 효과적으로 피할 수 있다고 지적했습니다. 차이 지아빈과 다른 학자들은 폴리우레탄 수성 목재 코팅에 마이크로파 건조를 적용하는 연구를 수행했습니다. 그 결과 마이크로파 건조 후 수성 코팅 필름의 수분 제거율은 90%에 달하는 반면 오븐 건조는 전체 수분의 약 50% 만 제거 할 수있는 것으로 나타났습니다. 또한 전자레인지 건조 후 코팅 필름은 즉시 건조 상태에 도달할 수 있으며 샌딩, 적층 및 포장이 가능합니다. 이러한 연구 결과는 적절한 건조 방법을 선택할 수 있는 강력한 근거를 제공합니다.

수성 코팅의 건조 속도와 필름 형성 품질은 건조 방법에 따라 크게 달라집니다. 다음 섹션에서는 수성 코팅의 다양한 건조 방법에 대해 자세히 설명합니다.

자연 건조

물의 증발 잠열은 2457.7KJ/Kg에 달하며, 수성 코팅에서 물이 증발하려면 많은 양의 열을 흡수해야 합니다. 이 특성은 물의 증발이 대기 온도, 습도 및 풍속의 영향을 받는다는 것을 결정합니다. 물리적 관점에서 보면 온도가 상승하면 분자의 열 운동이 강해지고 액체 물 분자는 다른 물 분자의 인력을 피해 증기 분자가 될 가능성이 더 높습니다. 따라서 온도가 상승함에 따라 증발 속도가 증가합니다. 반대로 공기 습도가 증가하면 공기 중 수증기의 비율이 증가하고 수증기의 분압이 증가하여 더 많은 수증기 분자가 액체 물 분자로 다시 변하여 물의 증발 속도가 감소합니다. 풍속의 효과는 풍속이 클수록 단위 시간당 증발기 표면에서 더 많은 물 분자가 제거되고 증발 속도가 빨라진다는 것입니다.

자연 건조는 간단하고 널리 사용되는 방법이지만 건조 속도가 느리다는 단점이 있습니다. 자연 환경에서는 온도, 습도, 풍속이 지속적으로 변하기 때문에 건조 속도와 필름 형성 품질이 불안정합니다. 예를 들어, 고온다습하거나 습도가 높은 조건에서는 코팅이 하얗게 변하기 쉽고 건조 속도가 현저히 떨어집니다. 저온 환경에서는 건조 속도가 더욱 느려지고, 특히 5°C에서는 수성 페인트가 필름을 거의 형성하지 못합니다. 이러한 문제로 인해 수성 페인트의 적용이 크게 제한되었습니다. 이는 마치 불안정한 환경 요인이 수확에 영향을 미칠 수 있는 변화무쌍한 기상 조건에서 농작물을 재배하는 것과 같습니다. 자연 건조의 불안정성은 수성 페인트의 적용을 방해합니다.

열풍 건조

열풍 건조는 대류 원리에 의존하는 가열 건조 방식입니다. 40~60°C 온도의 뜨거운 공기를 열 운반체로 사용하여 작업물 표면의 코팅에 열 에너지를 전달합니다. 코팅은 에너지를 흡수한 다음 경화되어 필름을 형성합니다. 일반적으로 전기 또는 증기를 열원으로 사용하여 공기를 먼저 가열한 다음 대류에 의해 열이 코팅 표면으로 전달되어 코팅이 빠르게 건조됩니다.

이 과정에서 코팅을 둘러싼 뜨거운 공기가 가열 매체 역할을 합니다. 코팅의 두께가 일정하기 때문에 열이 코팅 표면에서 내부 경계로 전달되는 데 시간이 걸립니다. 열 전달 속도는 코팅의 두께와 열전도율에 따라 달라집니다. 따라서 대류 가열 시에는 항상 코팅 표면이 먼저 가열됩니다. 초기 건조 단계에서 표면층이 가장 많은 수분을 증발시키고 코팅은 표면층에서 경화되어 점차적으로 밑바닥 층으로 퍼져 마지막에 건조됩니다. 이 건조 방법은 코팅의 건조 속도를 크게 높일 수 있으며 적응성이 뛰어납니다. 현재 가장 널리 사용되는 건조 방법 중 하나입니다. 대형 가구 공장에서 열풍 건조 라인은 원래 솔벤트 기반 코팅을 위한 강제 건조의 주요 형태였습니다. 수성 코팅의 건조에 적용하면 수성 코팅의 건조 시간이 길기 때문에 한편으로는 건조 장비를 목표 방식으로 연구해야하고 다른 한편으로는 건조 공정을 최적화해야합니다. 건조 라인의 여러 지점에서의 온도, 습도, 작업물의 속도(건조 시간) 및 환기 조건과 같은 요소는 건조 품질과 페인트 필름의 최종 품질을 보장하는 데 매우 중요합니다. 각 매개변수의 조정이 최종 요리의 맛(품질)에 영향을 미칠 수 있는 복잡한 요리 과정과 같습니다(페인트 필름 품질).

전자렌지 건조

마이크로파는 파장이 1mm~1m, 주파수가 300MHz~300GHz인 투과성 전자파를 말합니다. 가장 일반적으로 사용되는 마이크로파 주파수는 915MHz~2450MHz입니다. 마이크로파 가열은 유전체 손실 원리를 사용합니다. 물의 유전 상수는 건조 물질보다 훨씬 높기 때문에 전자기장에 의해 방출되는 대부분의 에너지가 페인트의 물에 흡수됩니다.

마이크로파 장은 초당 수억 번의 고속으로 적용된 전기장의 방향을 주기적으로 변경하여 물 분자를 빠르게 흔들고 상당한 열 효과를 생성하여 코팅 내부와 표면의 온도를 동시에 빠르게 상승시킵니다. 마이크로파 가열의 장점은 매우 빠른 건조 속도, 다양한 물질에 대한 마이크로파의 선택적 흡수, 건조 대상물에 대한 모양 요구 사항 없음, 코팅 필름의 매우 고른 가열, 온도 구배 없음, 두꺼운 필름 건조 능력 등 매우 뛰어납니다. 2450MHz 주파수의 전자레인지는 물 분자에 대한 에너지 변환 및 손실 균형이 가장 좋습니다. 이 주파수의 전자레인지는 30mm 두께의 물 층을 투과할 수 있으며 다양한 두께의 수성 페인트 코팅을 건조하는 데 사용할 수 있습니다. 마치 수많은 소형 히터가 페인트 내부에 설치되어 있는 것처럼 균일하고 효율적으로 건조 과정을 완료합니다.

자외선 건조

수성 UV 목재 코팅의 경우 UV 경화, 즉 300~400nm 파장의 자외선에 의해 경화되는 UV 경화 방식을 사용할 수 있습니다. 수성 UV 코팅에는 소량의 감광제가 포함되어 있습니다. 자외선에 노출되면 감광제는 특정 파장의 자외선을 흡수한 후 분해되어 활성 라디칼을 생성하여 필름 형성 물질의 중합 반응을 시작하여 네트워크 구조를 형성하여 코팅을 경화시킵니다. UV 경화는 경화가 빠르고 코팅 품질이 좋다는 장점이 있습니다. 그러나 이 방법은 수성 UV 코팅을 건조하는 데만 사용할 수 있고 평평한 가구 패널만 건조할 수 있다는 한계가 있습니다. 특정 자물쇠(특정 유형의 코팅과 물체 모양만 건조)만 열 수 있는 특수 열쇠와 같습니다.

적외선 건조

적외선 경화는 수성 목재 코팅을 건조하는 데 사용할 수 있습니다. 구체적으로 코팅된 가구 패널과 그 코팅이 적외선에 노출되어 복사 에너지를 흡수하고 이를 열로 변환하여 코팅을 경화시킵니다. 적외선은 가시광선과 마이크로파 사이의 보이지 않는 광선으로 파장은 0.72~1000um입니다. 파장 범위에 따라 '근적외선', '중적외선', '원적외선'으로 나눌 수 있습니다. 원적외선은 일반적으로 코팅을 건조하는 데 사용됩니다.

적외선 경화는 빠른 경화 속도, 빠른 온도 상승 및 우수한 경화 품질이라는 장점이 있습니다. 그러나 적외선 가열을 사용하여 코팅을 건조할 때 코팅에 상당한 온도 구배가 있고 건조가 표면에서 내부로 확장되므로 두꺼운 코팅 필름을 건조하는 데 적합하지 않습니다. 또한 적외선 건조는 적외선을 조사할 수 있는 영역만 가열할 수 있으며 3차원 물체를 건조하는 데는 사용할 수 없습니다. 이는 물체에 햇빛을 비추면 표면만 비추고 내부와 그늘진 부분에는 영향을 미치지 않는 것과 유사합니다. 적외선 건조도 비슷한 한계가 있습니다.