No campo da fabricação e decoração de móveis, o processo de secagem de revestimentos de tinta à base de água é um elo fundamental. Ele não é apenas um pré-requisito para garantir que a qualidade do acabamento atenda aos padrões, mas também um processo importante e indispensável em todo o processo de acabamento. Seu impacto nos custos de produção e na eficiência do trabalho não deve ser subestimado.

Historicamente, a negligência das condições de secagem do revestimento nos primeiros processos de acabamento de móveis levou a um grande número de problemas de qualidade do produto. Por exemplo, em alguns móveis de madeira feitos sob medida por aristocratas europeus na Idade Média, devido ao princípio de secagem desconhecido das tintas à base de água naquela época, muitos dos móveis desenvolveram defeitos como pouco brilho, uma superfície áspera semelhante à casca de laranja e furos logo após o uso. Em casos graves, o estresse interno se desenvolveu dentro da película de tinta, reduzindo muito a adesão. Em uso posterior, esses móveis apresentaram rachaduras, perdendo suas funções protetoras e decorativas, e sua aparência e durabilidade foram bastante reduzidas. Isso reflete profundamente o enorme impacto das condições de secagem do revestimento sobre a qualidade do produto final.

A secagem do revestimento é um processo que não só se repete com frequência na produção, mas também consome muito tempo. No contexto da moderna produção industrial em massa, a forma de acelerar esse processo se tornou a chave para reduzir os ciclos de produção e economizar espaço de produção. Trata-se também de um gargalo técnico que precisa ser superado para alcançar a construção e a automação contínuas. Isso envolve princípios científicos complexos e a otimização dos processos de produção. Por exemplo, a "teoria de otimização de processos" no gerenciamento moderno da produção enfatiza que a melhoria da eficiência dos principais processos, como a secagem do revestimento, tem um efeito multiplicador na melhoria da eficiência de todo o sistema de produção.

Isso mostra que uma pesquisa aprofundada sobre a secagem de revestimentos de tinta à base de água é de grande importância para garantir a qualidade do acabamento e melhorar a eficiência do acabamento. Essa é uma maneira importante de melhorar a eficiência da secagem e um tópico importante para promover o desenvolvimento do setor de fabricação de móveis, com valor de aplicação extremamente alto. Em particular, as tintas à base de água para móveis de madeira usam a água como meio, com um teor de sólidos muito baixo, geralmente apenas 20% - 30%, e um alto teor de umidade de cerca de 70%. Isso significa que o processo de secagem é principalmente um processo de evaporação da água. A seguir, daremos uma olhada mais de perto no processo de formação do filme de tintas à base de água e no processo de evaporação da água.

Processo de formação de filme de tintas à base de água para móveis

O processo de formação de filme de tintas à base de água é um fenômeno sutil de condensação da cadeia molecular, que pode ser dividido em três etapas: evaporação da água, deformação de partículas e coalescência de partículas.

Após a conclusão da aplicação, o primeiro estágio é a evaporação da água. De acordo com pesquisas no campo da química de tintas, quando o volume das partículas de látex na camada de revestimento aquoso atinge 74%, as partículas se aproximam umas das outras e entram em um estado denso e compactado. Isso é como um grupo de pequenas partículas dispostas juntas, com a distância entre elas diminuindo gradualmente. Em seguida, à medida que a água continua a evaporar, as partículas de polímero começam a se deformar. Nesse ponto, a pressão capilar excede a resistência à deformação das partículas de polímero, e a pressão se acumula entre as partículas. Quanto mais o meio evapora, maior é a pressão, e as partículas se aglutinam e se fundem para formar um filme de revestimento contínuo. Esse processo é como se pequenos blocos de construção fossem gradualmente unidos sob pressão. Por fim, à medida que a água continua a evaporar, as cadeias de polímeros se difundem gradualmente umas nas outras, nível por nível, quando a pressão é suficiente para fazer com que as cadeias moleculares de cada partícula se espalhem pelas cadeias moleculares de outra partícula. Esse processo é como uma malha fina sendo gradualmente tecida, com cada elo intimamente conectado e indispensável.

Pesquisa sobre o processo de evaporação da água

Uma análise teórica aprofundada mostra que o processo de evaporação da umidade da tinta à base de água segue a teoria da secagem vertical da superfície para o interior. Essa teoria sustenta que a evaporação da umidade durante a formação do filme de tinta à base de água pode ser dividida em três estágios.

No primeiro estágio, as partículas de resina sofrem um movimento browniano aleatório e a água evapora na mesma velocidade da água pura, ao longo da interface água-ar. Isso é como uma pista de dança animada, onde as pessoas (moléculas de água) dançam livremente (movimento browniano) e se afastam gradualmente (evaporação). No segundo estágio, o meio no qual as partículas de resina estão suspensas diminui, e as partículas de resina se aproximam, se acumulam e se aglomeram, assim como uma multidão começa a se reunir. Isso faz com que a interface água-ar encolha, a área total diminua e a taxa de evaporação da água diminua rapidamente. No estágio final, a taxa de evaporação da água continua a diminuir, e a água restante precisa se difundir pelos capilares da membrana até a superfície do filme-ar para evaporar. Todo o processo se desenvolve da camada superficial das partículas de resina para o interior, e a taxa de evaporação da umidade diminui devido à redução contínua da umidade e à mudança do modo de transferência do espaço entre as partículas para a transferência através do polímero. Essa série de mudanças é como uma dança bem coreografada, com cada movimento tendo seu próprio ritmo e lógica específicos.

Método de secagem

O processo de secagem da madeira é um processo de remoção gradual da umidade interna da madeira, e a secagem de móveis revestidos com tinta à base de água também é, em grande parte, um processo de remoção gradual da umidade do interior do revestimento. De certa forma, há semelhanças entre os dois. A analogia é um método de pesquisa comum na moderna ciência dos materiais. Portanto, ao explorar a secagem de revestimentos de tinta à base de água em móveis de madeira, podemos nos basear nos métodos de secagem de madeira relativamente maduros. No campo da secagem de madeira, métodos como secagem natural, secagem por ar quente, secagem por micro-ondas, secagem por ultravioleta, secagem por infravermelho, secagem solar, secagem por alta frequência e secagem combinada são todos teoricamente aplicáveis à secagem de revestimentos de tinta à base de água. No entanto, cada método de secagem precisa ser estudado em profundidade quanto aos seus parâmetros técnicos específicos quando aplicado à secagem de revestimentos à base de água.

Na verdade, os principais fatores que afetam a velocidade de secagem dos revestimentos de madeira à base de água incluem a temperatura ambiente, a umidade relativa, a espessura do filme e a velocidade do fluxo de ar. Assim como os fatores ambientais afetam o crescimento dos seres vivos, esses fatores interagem entre si para afetar o processo de secagem. Wu Zhongyue e outros especialistas apontaram em suas pesquisas que o uso de revestimentos de madeira à base de água para pintura de linha não apenas acelera a secagem, mas também melhora a dureza da película, reduz os VOCs e evita efetivamente uma série de problemas causados pela "secagem lenta". Cai Jiabin e outros acadêmicos realizaram uma pesquisa sobre a aplicação de secagem por micro-ondas em revestimentos de madeira à base de água de poliuretano. Os resultados mostraram que, após a secagem por micro-ondas, a taxa de remoção de umidade no filme de revestimento à base de água chega a 90%, enquanto que, ao mesmo tempo, a secagem em forno só consegue remover cerca de 50% da umidade total. Além disso, o filme de revestimento após a secagem por micro-ondas pode atingir imediatamente um estado seco e pode ser lixado, empilhado e embalado. Esses resultados de pesquisa fornecem uma base sólida para escolhermos o método de secagem adequado.

A velocidade de secagem e a qualidade de formação de filme dos revestimentos à base de água variam significativamente, dependendo do método de secagem. A seção a seguir fornece uma descrição detalhada dos vários métodos de secagem para revestimentos à base de água.

Secagem natural

O calor latente da evaporação da água chega a 2457,7KJ/Kg, e a evaporação da água em um revestimento à base de água requer a absorção de uma grande quantidade de calor. Essa característica determina que a evaporação da água seja afetada pela temperatura atmosférica, umidade e velocidade do vento. Do ponto de vista físico, quando a temperatura aumenta, o movimento térmico das moléculas se intensifica, e é mais provável que as moléculas de água líquida escapem da atração de outras moléculas de água e se tornem moléculas de vapor. Portanto, a taxa de evaporação aumenta com o aumento da temperatura. Por outro lado, à medida que a umidade do ar aumenta, a proporção de vapor de água no ar aumenta e a pressão parcial do vapor de água aumenta, o que fará com que mais moléculas de vapor de água se transformem novamente em moléculas de água líquida, reduzindo assim a taxa de evaporação da água. O efeito da velocidade do vento é que, quanto maior a velocidade do vento, mais moléculas de água são removidas da superfície do evaporador por unidade de tempo e mais rápida é a taxa de evaporação.

Embora a secagem natural seja um método simples e amplamente utilizado, sua desvantagem óbvia é a baixa velocidade de secagem. No ambiente natural, a temperatura, a umidade e a velocidade do vento mudam constantemente, o que leva a uma velocidade de secagem instável e à qualidade da formação do filme. Por exemplo, em condições de alta temperatura e umidade ou de alta umidade, o revestimento é propenso ao branqueamento e a velocidade de secagem é significativamente reduzida. Em ambientes de baixa temperatura, a velocidade de secagem é ainda mais lenta e, principalmente a 5°C, as tintas à base de água dificilmente conseguem formar um filme. Esses problemas limitaram muito a aplicação de tintas à base de água. É como plantar em condições climáticas variáveis, em que fatores ambientais instáveis podem afetar a colheita. A instabilidade da secagem natural dificulta a aplicação de tintas à base de água.

Secagem com ar quente

A secagem por ar quente é um método de secagem por aquecimento que se baseia no princípio da convecção. O ar quente a uma temperatura de 40-60°C é usado como transportador de calor para transferir energia térmica para o revestimento na superfície da peça de trabalho. O revestimento absorve a energia e, em seguida, cura e forma um filme. Normalmente, a eletricidade ou o vapor são usados como fonte de calor para aquecer o ar primeiro e, em seguida, o calor é transferido para a superfície do revestimento por convecção, para que o revestimento seque rapidamente.

Nesse processo, o ar quente que envolve o revestimento atua como meio de aquecimento. Como o revestimento tem uma certa espessura, leva tempo para que o calor seja transferido da superfície do revestimento para o limite interno. A taxa de transferência de calor depende da espessura do revestimento e de sua condutividade térmica. Portanto, no aquecimento por convecção, a superfície do revestimento é sempre aquecida primeiro. Durante a fase inicial de secagem, a camada superficial evapora a maior parte da umidade, e o revestimento cura a partir da camada superficial, espalhando-se gradualmente para as camadas subjacentes, que secam por último. Esse método de secagem pode acelerar significativamente a secagem do revestimento e é altamente adaptável. Atualmente, é um dos métodos de secagem mais usados. Em grandes fábricas de móveis, as linhas de secagem com ar quente eram originalmente a principal forma de secagem forçada para revestimentos à base de solvente. Quando aplicado à secagem de revestimentos à base de água, devido ao longo tempo de secagem dos revestimentos à base de água, por um lado, o equipamento de secagem precisa ser estudado de forma direcionada e, por outro lado, o processo de secagem precisa ser otimizado. Fatores como temperatura, umidade, velocidade da peça de trabalho (tempo de secagem) e condições de ventilação em vários pontos da linha de secagem são cruciais para garantir a qualidade da secagem e a qualidade final do filme de tinta. É como um processo de cozimento complexo, em que o ajuste de cada parâmetro pode afetar o sabor (qualidade) do prato final (qualidade do filme de tinta).

Secagem por micro-ondas

As micro-ondas são ondas eletromagnéticas penetrantes com comprimentos de onda de 1 mm a 1 m e frequências de 300 MHz a 300 GHz. As frequências de micro-ondas mais comumente usadas são de 915 MHz a 2450 MHz. O aquecimento por micro-ondas usa o princípio da perda dielétrica. A constante dielétrica da água é muito maior do que a da matéria seca, portanto, a maior parte da energia liberada pelo campo eletromagnético é absorvida pela água na tinta.

O campo de micro-ondas muda periodicamente a direção do campo elétrico aplicado em uma velocidade alta de várias centenas de milhões de vezes por segundo, fazendo com que as moléculas de água se movam rapidamente e produzam um efeito térmico significativo, aumentando rapidamente a temperatura interna e na superfície do revestimento ao mesmo tempo. As vantagens do aquecimento por micro-ondas são extraordinárias: velocidade de secagem extremamente rápida, absorção seletiva de micro-ondas por diferentes substâncias, nenhum requisito de formato para o objeto que está sendo seco, aquecimento muito uniforme do filme de revestimento, nenhum gradiente de temperatura e a capacidade de secar filmes espessos. As micro-ondas com frequência de 2450 MHz têm a melhor conversão de energia e equilíbrio de perda para moléculas de água. As micro-ondas com essa frequência podem penetrar em uma camada de água de 30 mm de espessura e podem ser usadas para secar revestimentos de tinta à base de água de várias espessuras. É como se inúmeros aquecedores em miniatura tivessem sido instalados dentro da tinta, concluindo o processo de secagem de maneira uniforme e eficiente.

Secagem por UV

Para revestimentos UV para madeira à base de água, pode-se usar a cura UV, ou seja, o revestimento UV para madeira à base de água é curado por luz ultravioleta com comprimento de onda de 300 a 400 nm. Os revestimentos UV à base de água contêm uma pequena quantidade de fotossensibilizador. Quando exposto à luz ultravioleta, o fotossensibilizador se decompõe após absorver a luz ultravioleta de um comprimento de onda específico, produzindo radicais ativos que iniciam a reação de polimerização do material formador de filme para formar uma estrutura de rede, curando assim o revestimento. A cura por UV tem as vantagens da cura rápida e da boa qualidade do revestimento. No entanto, esse método tem suas limitações: ele só pode ser usado para secar revestimentos UV à base de água e somente painéis de móveis planos podem ser secos. É como uma chave especial que só pode abrir uma fechadura específica (secagem de um tipo específico de revestimento e formato de objeto).

Secagem por infravermelho

A cura por infravermelho pode ser usada para secar revestimentos de madeira à base de água. Especificamente, os painéis de móveis revestidos e seus revestimentos são expostos à luz infravermelha, que absorve a energia radiante e a converte em calor, curando assim o revestimento. O infravermelho é um raio invisível entre a luz visível e as micro-ondas, com comprimento de onda de 0,72 - 1000um. Ele pode ser dividido em infravermelho "próximo", "médio" e "distante" de acordo com a faixa de comprimento de onda. O infravermelho distante é comumente usado para secar revestimentos.

A cura por infravermelho tem as vantagens da velocidade de cura rápida, do aumento rápido da temperatura e da boa qualidade da cura. No entanto, ao usar o aquecimento por infravermelho para secar revestimentos, há um gradiente de temperatura significativo no revestimento, e a secagem se estende da superfície para o interior, o que o torna inadequado para a secagem de filmes revestidos mais espessos. Além disso, a secagem por infravermelho só pode aquecer a área que pode ser irradiada por raios infravermelhos e não pode ser usada para secar objetos tridimensionais. Isso é semelhante à luz do sol incidindo sobre um objeto, que ilumina apenas a superfície e não tem efeito sobre as partes internas e sombreadas. A secagem por infravermelho também tem limitações semelhantes.