中国水性木器涂料的发展探讨

stucco

我国是木器生产大国，除供应国内广大市场需求外，尚大量出口，耗用大量涂料。主要是溶剂型涂料，含有挥发性有机化合物VOC，污染环境，损害漆工健康，又易燃易爆，并浪费石油资源。
木材是制造家具的宝贵材料，树木必须长许多年才能成有用之材，需有优良涂料予以涂饰。木器涂料大多是清漆，以显露木材的纹理。涂料的成膜物的体系常取决于各地的风格，如北欧和印尼流行腥醛醇酸的酸固化涂料，美国流行硝基纤维素涂料，意大利较多是聚氨醋和不饱和聚醋涂料。英国在2005年的工业木材涂料总共23SO0t，其中酸固化漆9870t(42%)，硝基漆4935t(21%)，水性漆3290t(14%)，聚氨醋漆2350t(10%)，辐射固化漆(6%)，不饱和聚醋漆(6%)。
上海的家具工厂在20世纪50年代习用硝基漆涂饰，在1960年因其固体含量低，必须涂多道，乃由上海家具厂王建华等试制聚氨醋涂料，合成了双组分涂料，在1968年5月通过鉴定，命名为“685”涂料，在上海、江苏、浙江的家具厂采用，其原料是蓖麻油、甘油、TDI等，并拼入顺丁烯二酸改性松香油醋。此松香醋是当年硝基木器漆中常含成分，以提高涂料的固体分、附着力和光泽，所以沿用而加入“685”涂料中。涂膜中虽含有松香醋，但按笔者多年观察，用于一般家具上能满足要求，家具出口亦无不良反映。改革开放后，广东是我国最大的家具生产基地，耗用大量涂料，该地著名涂料公司有华润、嘉宝莉、鸿昌等等，顺德成为涂料之乡，其木器清漆主要是溶剂型聚氨醋，而商售名称，常称为聚醋漆以吸引用户。国际上聚醋涂料习惯上指不饱和聚醋(如拜耳公司的Roskydai)，不宜与聚氨醋混淆。
十多年来我国研究水性木器涂料的报道颇多，其开发成功者当推嘉宝莉公司与华南理工大学合作的成果，已建成年产万吨级生产基地，制造聚氨醋分散体(PUD)与丙烯酸醋原位聚合，其涂膜的硬度与耐水性已接近于溶剂型聚氨醋。（相关报道见：嘉宝莉高性能乳液及水性木器漆项目验收）
欧洲的家具制造公司约有90000家，其中雇工20人以下者占60000家以上，多见于意大利、西班牙和英国。而雇工在100人以上的公司有1500家，其产值占总产值的70%。家具工业所用涂料主要是溶剂型，在1997一2000年间占80%以上，据2000年统计，工业木材涂料约43万t，分布如下:

涂料类型	比例 [/td]
聚氨醋	33%
酸固化	14%
硝基漆	17%
聚酯	12%
水性	11%
辐射固化	11%
其它	2%

家具生产的成本、木料、制造人工费、管理费等占75%，涂饰占6%。随着欧洲对有机溶剂排放的严格控制，许多中小型家具工厂感到困难，缺乏资金添加必要的设施以符合VOC法规。
法国木器技术中心的开发部经理M.L.Roux介绍了欧洲英、法、荷、葡、丹麦、意大利、德等国Roux探讨了水性木器涂料、光固化涂料、高固体分涂料等，以及与溶剂型涂料性能的比较。家具厂选择以下几方面的技术为满足要求:美观Aesthetics、性能(如耐磨、擦伤、耐化学性)、生产成本符合市场要求、符合环保规定。
试用的结果认为水性/光固化涂料性能比单纯水性涂料较好。2001年巴黎的家具厂试用，2002年里斯本家具厂K.Soljamo试验报告，已采用水性/光固化涂料取代酸固化涂料。显示水性涂料的光泽及硬度较低。
我国兰州科瑞公司谭海龙等详细介绍了水性氨醋油的制备合成。其涂膜平整光滑，附着力、柔韧性、耐冲击、耐磨性均极优秀。郭年华等报告了水性丙烯酸接枝氨醋油。
水性木器涂料的研发品种中，最多的是聚氨醋分散体(PUD)和聚丙烯酸醋乳液的组合，所以常写成PUA。PUD是1960年代后期开发的品种，可见D.Dleterich的报告。拼入了聚丙烯酸醋既降低了成本，也提高了硬度、耐水耐醇性。C.R.Hegedus等报告单纯拼混PUD和聚丙烯酸乳液，两者不能充分互相渗透，聚合物相是分开的。所以采用原位聚合，即先加入PUD，再加入丙烯酸醋单体和引发剂进行聚合，生成互穿聚合物网络，两者是分子水平结合。又因为PUD更亲水，倾向位于粒子表面的核壳结构，有利于低温成膜。膜的抗张强度高，搞化学性好。
早期制造PUD常用N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为二羟甲基丙酸的溶剂和成膜剂，且完全水溶性。
现因其对生育基因的毒性，经INRS（Institute Nationale de Recherche et Securite）的研究，欧洲规定2006年底后，若产品中含NMP大于5%，则其馐必须标明有毒。所以现在许多公司的操作改用丙酮，并表明不含NMP。我国亦有类似的PUD研究，并有加入少量环氧树脂以提高硬度和抗性。但华南理工大学的杨标小组和邓朝霞小组在试制时均用NMP'，而国外拜耳公司及Air Products公司产品都标明NMP free。
上述制成的单组分水性涂料用于木材，按使用部位要求有所差别：
室内木材涂料 Interior Wood Coatings 用于
细木工――Joinery
地板―FuSSboden
家具木器―Furniture
这些涂料用于一般细木工和地板，能合乎应用，但对于高质量的家具，则与溶剂型聚氨醋涂料尚有差距，表现在以下方面硬度、耐沸水(上海耐烟蒂)、耐醇及香水等、高光泽物面，丰满、耐擦伤等。
家具工厂涂饰木器部位分为:平面材和立面和曲面材。
平面材常是桌面，橱面等，要耐沸水、酒、香水及擦伤，水性热塑性涂料难以满足要求，应予以一定程度的交联，提高性能:
(l)加入水性异氰酸醋
例如拜耳公司的Bayhydur305，Rhodia公司的RhodoeoatXEM502等。如经基组分为PDA分散体，其分子量已很高，仅少量经基含量已交联度足够，且干燥迅速，但光泽不高，如欲高光泽，则其丙烯酸单体先进行常规的溶液聚合，制得分子量较低的树脂，然后进行相反转(PhaseInversion)，则涂膜的光泽提高。水性异氰酸醋不用芳香族，因为与水反应率太快，故采用脂肪族或位阻的TMXDI。
(2)水性光固化涂料
水性PUD类木器涂料，若在分子中引入若干丙烯酸双键，则能在紫外光辐射下交联固化，提高涂膜硬度和抗热水、抗醇性，且干燥迅速便于家具工厂将制成品堆积，节约场地。紫外光固化最大的缺点是光源设备投资费用大，小型工厂难以负担。
2005年，西班牙拜耳聚合物公司(BayerPolymeros)的C.Irie等和美国的拜耳材料科技公司的R.A.Wade等介绍了含丙烯酸双键的PUD光固化水性涂料。我国地板用木材，大量采用无溶剂光固化涂料，限于施工钻度，制成端丙烯酸基的低分子量齐聚物，并拼入含丙烯酸基的活性稀释剂(对人体刺激强烈)，以降低豁度。上述水性光固化涂料的丙烯酸双键不限于分子端部，而是在分子键中间。
Wade介绍此涂料可用低价的UVA光源固化，硬度达到摆杆硬度115s，耐酒精(1:l)及丙酮，在欧洲市场发展最快，有发展前景。与常规低分子量的光固化涂料不同，此类光固化PUD的重均分子量高达加200000以上，所以少量交联就足以获得良好的性能。为了解决表面氧阻聚，介绍了通入CO2的小试。
此外CyteC公司的M.Tle撇nans等也介绍了制备光固化的PUD。BASF公司的Rei介绍环氧丙烯酸醋(Laromer RTM LR8765)和聚醋丙烯酸酯(Laromer RTM LR8895)的乳液配制光固化木器封底漆。
我国合肥的中国科技大学的C.Y.Bai等报道开发了新的紫外光固化水性聚氨醋涂料，他们引入聚氨醋分子链的方法是先合成季戊四醇二丙烯酸醋，再与IPDI、二经甲基丙酸、丙烯酸经乙醋及三乙胺反应制得水性树脂。
水性木器涂料的实用
家具工厂原先都用溶剂型涂料，近年受政府部门限制VOC排放的规定，才研究转向水性或无溶剂涂料。国外典型的是意大利《水性涂料》杂志(VerniCiaturade1Le)介绍在 Brianza的家具厂从原先的溶剂型涂装工场，改建为水性涂料的涂装工场，具有热风、红外加热和紫外光固化。工场运转很成功，用于涂装木器和门窗。
加拿大的L.Wickman介绍家具工厂用水性涂料涂饰松木家具。
在我国最著名的当推广东嘉宝莉涂料公司已建成万吨水性涂料车间。国外BeckerAcroma公司、Arch公司、Sikkens公司等都生产水性木器涂料。
上海富臣化工公司的伍忠岳等三篇水性木器涂料的使用情况介绍，反映目前采用的主要是单组分PUA一类涂料，价格较贵些，已逐渐被市场接受。有启发性的是该涂料在北京、
天津、沈阳等地区增长快速。因为水性涂料的干燥成膜，首先必须水分挥发，这对上海和广东潮湿地区就很不利。而且北方家庭和厂房都有取暖设备，保证湿度进一步降低。伍文中的木器涂料泛指Woodcoat运郎，未专指家具涂料。
笔者的若干想法
(l)我国是木器生产大国，每年耗用涂料约50万t，同时排放大量VOC，污染环境，有损漆工健康，浪费物质。所以研发水性木器涂料是符合发展大方向。
(2)研发水性木器涂料必须有家具厂、涂料厂、科研院所合作协同才能成功。
(3)我国地域宽广，北方干燥且有取暖设施，以先促进北方推广，再延续向南。对于在南方的有一定规模的家具厂则建议添有加温及紫外光设备。