水性木器多功能封閉底漆的研究

李冠來 謝燈咨

摘 ?要：該文說明了水性木器漆的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，針對不同的底材的色素及油脂情況，尤其是水性木器封閉底漆的封閉機理、配方設(shè)計、制備方法、應(yīng)用情況、發(fā)展?fàn)顩r及趨勢進(jìn)行了分析。其中水性樹脂主要包括丙烯酸、丙烯酸聚氨酯共聚物、聚氨酯、陽離子樹脂。助劑包括成膜助劑、特殊封閉助劑、基材潤濕劑、消泡劑、防霉殺菌劑、防凍劑、pH調(diào)節(jié)劑等。

關(guān)鍵詞：水性木器;多功能;封閉

中圖分類號：TQ630.7 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著中國木器涂料行業(yè)的迅速發(fā)展，我國的木器涂料產(chǎn)量2018年已經(jīng)超過160萬t，其中水性木器涂料產(chǎn)量約為15萬t，占比不足10%，能應(yīng)用于木器封閉底的水性涂料也越來越多[1]。隨著政府及家具行業(yè)對環(huán)境保護(hù)的重視及關(guān)注，結(jié)合家居家具產(chǎn)業(yè)自動化程度不高、環(huán)保壓力日盛的現(xiàn)狀，水性涂料成為促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要法寶;由于中國未來的環(huán)保法規(guī)不斷完善，VOC排放要求越來越高，水性木器及工業(yè)漆在各方面都順應(yīng)了這個標(biāo)準(zhǔn)，因此，其未來方向?qū)⒊蔀樾袠I(yè)發(fā)展的焦點[2]。

水性木器漆是以水為稀釋劑的綠色環(huán)保涂料，不含有毒有害物質(zhì)，施工簡便，慢慢地在家庭裝修及兒童家具的首選涂飾材料中普及，由于推廣對資源的合理利用和環(huán)境衛(wèi)生的改善十分有利，施工操作簡單，近3年里國內(nèi)已經(jīng)刮起了水漆小旋風(fēng)。不僅有國內(nèi)知名裝修裝飾公司，還有大型的木門企業(yè)（夢天木門及大自然家居）及屋內(nèi)全套定制家具廠，紛紛推進(jìn)“油改水”革新環(huán)保使命，逐漸深入民心。同時，在水性木器涂料的涂裝過程中，由于不同的木質(zhì)底材油脂及色素含量不一致，還存在一些需要解決的問題。特別是使用松木（東北松及章子松、芬蘭松等）及橡木（紅橡、白橡），中高密度纖維板、楊木、松木等基材底材進(jìn)行實色涂裝工藝時，尤其是在使用白色涂料時，由于底材的色素及油脂滲出引起漆膜變黃變色、并引起層間附著力變差及脫落等各方面問題，正因為木質(zhì)底材的多變因素制約了水性木器漆迅猛發(fā)展。所以，研發(fā)強封閉及多功能效果的底漆是解決此問題行之有效的方法，助力水性木器市場的推廣。

1 封閉木質(zhì)底材的原理

木材其實就是天然的高分子材料，也是一種由生物細(xì)胞組成的多孔性植物纖維材料，具有多孔性及密度不均勻性，在木材加工過程中，含水率變化會出現(xiàn)濕漲干縮、變形并易開裂等現(xiàn)象，同時有些木材內(nèi)含有化學(xué)成分的物質(zhì)，單寧、色素、松脂及揮發(fā)性油類化學(xué)物質(zhì)，對于木材的著色和涂飾性能都造成了一定的影響。

水性封閉底漆封閉機理就是高滲透性及自交聯(lián)的化學(xué)反應(yīng)活性，形成致密性耐水耐化學(xué)品性較好的漆膜，作為屏障。目前，選用納米級別的改性丙烯酸樹脂及混拼自交聯(lián)PUD等高滲透性樹脂，可低溫成膜并深入滲入木質(zhì)纖維空隙，由于粒徑細(xì)小且表面張力較小，很容易滲入木材的空隙纖維內(nèi)部，與木材內(nèi)的化學(xué)類物質(zhì)反應(yīng)或形成致密性自交聯(lián)耐水漆膜，讓纖維內(nèi)部形成大分子結(jié)構(gòu)的化合物，將纖維里面的單寧及木質(zhì)色素，油脂等化學(xué)物質(zhì)封鎖在木材表層內(nèi)部，使其無法滲透到漆膜表面，從而加強了涂膜致密和封閉的效果，避免不少漆膜弊病。

水性封閉底除了封閉色素及單寧，油脂外，還可以有效地防止木器的發(fā)霉及底材的干裂，封閉木材的異味，并且可防止木材遇水漲筋。兼顧水性多功能封閉的效果。

2 配方設(shè)計的基礎(chǔ)配方

封閉底漆在基材和漆面層起到承上接下的作用，既增強了木質(zhì)底材的附著力，又提高了漆膜表面豐滿度，不容易造成漆膜下陷。大致的基礎(chǔ)配方列表見表1。針對表格的原材料作一下梳選原則。

2.1 水性樹脂選用原則

選用封閉底水性樹脂可以按以下7點原則。1）粒徑最好選用納米級別。2）耐水及耐化學(xué)品性能要優(yōu)良。3）附著力在木質(zhì)纖維上優(yōu)良，透明度高。4）顏色淺、保色性優(yōu)、不會加深木質(zhì)底材顏色。5）可通過環(huán)氧改性及有機硅改性提升水溶性丙烯酸的耐水及耐候性能效果。6）選用水性PUD關(guān)注干燥時間及打磨性。同時最好選用自交聯(lián)類型，耐水耐醇性優(yōu)異，不易發(fā)白。7）選用陽離子樹脂時，必須注意層間附著力及與漆膜的相容性。陽離子樹脂產(chǎn)品在市場上多家外資企業(yè)在推廣，例如DSM及克雷威利等陽離子產(chǎn)品。同時陽離子的穩(wěn)定性及相容性相對較差，在生產(chǎn)時要注意成膜助劑的添加方法，避免絮凝。但是陽離子的樹脂產(chǎn)品也有一定特色，取長補短，發(fā)揮其最好性能[4]。

2.2 成膜助劑

成膜助劑又稱輔助成膜聚結(jié)助劑，一般乳液都有成膜溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低于乳液成膜溫度時乳液不易成膜，成膜助劑能幫助乳液成膜，改善性能，而成膜后，成膜助劑揮發(fā)，不會影響涂膜性能。水性配方中常用的成膜助劑有DPNB、DPM、BCS、PNB、BDG和EDG等。選擇成膜助劑DPNB和成膜助劑DPM的組合，可以確保體系在水性單組分配方體系中，助溶劑不僅具有成膜作用，提升體系的性能，同時改善成膜性能 并帶來優(yōu)異的綜合耐性， 從而形成一定的開放時間和揮發(fā)梯度，有助于氣泡的溢出，同時不影響表面流平性。

2.3 特效封閉助劑

特效封閉助劑可以分為物理及化學(xué)方法進(jìn)行封閉，物理封閉方法指利用納米級別的水溶性樹脂優(yōu)異的滲透性及干結(jié)成膜性快速來封閉單寧酸等化學(xué)物質(zhì)滲移，而化學(xué)方法指采用螯合劑（中性及堿性）等相關(guān)特效助劑，利用水性金屬陽離子與單寧酸的陰離子發(fā)生螯合反應(yīng)，在單寧酸上形成苯酚環(huán)，形成大分子結(jié)構(gòu)物，從而減少單寧酸的水溶性。市場上有相關(guān)的產(chǎn)品，如普為TB-131及龍海化工的2544單寧酸抑制劑。

2.4 潤濕劑

潤濕劑可分基材潤濕劑及表面潤濕劑，由于木材的表面張力比水低，水的表面張力較高，當(dāng)溫度是25°時，表面張力達(dá)72 dynes/cm，需要加入潤濕劑，降低水性涂料的表面張力，改善其對木質(zhì)基材的潤濕性和空隙纖維的滲透性;同時考慮選用不穩(wěn)泡高滲透的潤濕劑，可以選用TEGO270或普為的W118高效潤濕劑。

2.5 消泡劑

由于木質(zhì)底材及纖維底材表面遇水產(chǎn)生氣泡以及涂料本身有穩(wěn)泡性助劑，在施工涂裝中會產(chǎn)生起泡，需要添加消泡劑確保，施工效果。水性木器封閉底漆由于黏度較低，選擇消泡劑很重要。因此，從抑泡和破泡這2個方面控制消除氣泡。常用的水性消泡劑主要包括機硅類、礦物油類、炔二醇類;其中，有機硅消泡劑能快速抑泡脫泡，消除體系中的微泡，將體系中的細(xì)泡快速遷移到表面消除，但是添加量過多容易造成縮孔;礦物油消泡劑能迅速遷移到漆膜表面，刺破漆膜表面大泡，也需要確定適當(dāng)用量，過量同樣造成縮孔而且嚴(yán)重影響體系流平性;而炔二醇類消泡劑在體系中消泡效果稍差。經(jīng)過實驗測試，選擇使用有機硅與礦物油消泡劑混搭，其效果最為理想[3]。

2.6 防霉殺菌劑

水性封閉底漆中存在微生物所需的水分和養(yǎng)分，所以在其生產(chǎn)、使用、運輸及貯存過程的過程中，往往會有微生物寄生在漆中，從而導(dǎo)致漆液會出現(xiàn)黏度下降、發(fā)臭、乳液破乳等現(xiàn)象。因此加入少量防霉殺菌劑來抑制微生物的生長，防止涂料腐敗或涂層霉變。

防霉殺菌劑的選擇遵循高效、廣譜、穩(wěn)定和環(huán)保的原則，目前，異噻唑啉酮類化合物最為常用。

2.7 pH調(diào)節(jié)劑

pH調(diào)節(jié)助劑能保持水性體系pH值的穩(wěn)定性、對潤濕流平性起到較好效果，在中性或微堿性的條件下讓殺菌劑保持長效性，如果漆體系的pH值過高或過低時，漆樣會產(chǎn)生各種漆膜不良現(xiàn)象，如分層、沉底、變味和返粗等。因此小助劑，大效果。

pH調(diào)節(jié)劑常見有氨水和AMP-95，氨水價格便宜，但味道大，pH值范圍廣，不穩(wěn)定。而AMP-95 的特點包括 pH值穩(wěn)定性高、并具有潤濕分散效果及可調(diào)整pH值多功能效果，是一種高效的助劑。

2.8 防凍助劑

由于水的冰點溫度為零度，如果水性涂料在冰點以下貯存時必須加入抗凍劑。它能夠提高涂料的凍融穩(wěn)定性，防止涂料結(jié)冰而凍壞變質(zhì)。丙二醇、乙二醇是常見的防凍劑。從環(huán)保角度及綜合性能看，丙二醇較好。

2.9 綜述

水性封閉底漆具有環(huán)保、優(yōu)異封閉性，附著力較強及防漲筋等特點。可以使水性木器涂料上漆后不易變色。有效地防止木材中單寧酸及油脂滲出，增加基材與涂層之間的附著力。尤其采用納米級別的水溶性改性丙烯酸樹脂及混拼自交聯(lián)PUD所做的水性封閉底漆對含有單寧酸或油脂類物質(zhì)的各類板材具有一定封閉作用，尤其防止木材變形以及封閉異味，防潮防霉防漲筋，效果顯著，對漆膜的豐滿度及外觀色相起到了很好的作用，是一種多功能的封閉底漆[5]。

3 水性木器多功能封閉底漆的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

在“十三五”規(guī)劃中，我國環(huán)境友好型涂料占比增速增加了1倍，到2020年占比從51%增加到57%。涂料行業(yè)的綠色環(huán)保不僅是單一環(huán)節(jié)的研究方向，而且是整個涂料產(chǎn)業(yè)鏈的重點發(fā)展方向，國內(nèi)的水性封閉底漆也正在逐步的發(fā)展，為環(huán)境友好涂料——水性木器漆的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。解決木質(zhì)底材封閉及涂裝出現(xiàn)的問題：例如在面漆施工的過程中松木、楊木及杉木等軟木和橡膠木漲筋及豐滿度提高問題，以及在紅白橡木、水曲柳等實木中做實色涂裝工藝時易出現(xiàn)滲色、變色黃變等現(xiàn)象，正因為封閉底作用，提高了水性木器漆的整體涂裝效果性能。水性木器多功能封閉底漆技術(shù)研究將是未來的重點發(fā)展方向之一。

參考文獻(xiàn)

[1] 岳怠艷.水性木器漆涂料的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題[J].涂料工業(yè)，2004（10）：4.

[2] 徐玲，張先進(jìn)，胡志濱.水性木器漆中助劑的選擇及應(yīng)用[J].中國涂料，2004（8）：41.

[3] 曾秀娜. 水性木器涂料的配方研究[D].湖南：湖南大學(xué)，2010.

[4] 張洪濤，黃盡霞.乳液聚合新技術(shù)及應(yīng)用[M].北京 ：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[5] 何藝華. 高硬度水性木器涂料的設(shè)計與優(yōu)化原理[D].廣州：華南理工大學(xué)，2009：14-15.