工业水性木器涂料的现状和发展方向

■ C生H／NA黜COATINGS200706■U _ 我国工业水性木器涂料的 张逸康，林泽聪 (中华制漆(深圳)有限公司．广东深圳518004) _== ≯ _ ¨：≥ 。=≯一 。。。i：j _：-=三 =_ 。=二；一 摘要。介绍了鹭内外啦媾恭器漆瓣巍霉诬中獭用途静发展貔状≯箍蔫室对水性木器涂料在 ．_工娩中的应用徽了展望。。i薯j—j季叠蛰¨|j；．o曩：i叠 董j一 美键词≯童业永性本器潦箨；摩藤前素≯-|震展荔两。：u≯一{=≯j。。 争图分类号；{me30变黻橼识鹤：◇ 蔓文章编号01∞零-一2556(2007)06_0004"03 ^·●-‘o— U 刖吾 在我国现有的工业木器涂料中，以溶剂型聚氨 酯硝基涂料为主。它们的VOC含量均较高，一般施 工固含量为20％～40％大量的有机溶剂不仅在涂料 施工中对工人产生毒害和大气污染，而且还会渗透 到多孔的木材再缓慢释放。这种有机溶剂(苯类、酯 类、醇类和酮类)的缓慢释放会使室内居住者产生长 久的危害。因此，水性木器涂料替代传统产品已成为 了一个未来发展的趋势。 自20世纪40年代，P．Schlack首次制备阳离子 水性聚氨酯以来，到现在双组分水性聚氨酯树脂用于 木器涂料，水性树脂技术已经历了60多年的发展历 程，但作为成熟的技术用于木器(包括木器家具和地板 等)涂装和保护却经历了漫长的发展过程： 1970年，第一代水性醇酸树脂开发成功；第一代 阴离子型水性聚氨酯开发成功；开始将水性丙烯酸一 聚氨酯共混体系用于木质地板涂料。 1980年，水性丙烯酸一聚氨酯共混体系在瑞典、 挪威、丹麦被迅速推广并商品化。 1987年，所有的欧洲国家开始使用水性透明地板 涂料，并首次开发出水性聚氨酯一丙烯酸共聚树脂。 1989年，水性聚氨酯一丙烯酸共聚树脂在欧洲商 品化。 1992年至今，开发出新一代水性树脂；无助溶剂 体系；非乳化剂体系(非皂化)：自交联树脂体系；双组 分体系；水性UV固化树脂体系⋯。 目前，在欧美等发达国家，随着环保法规的日趋 深入，溶剂型木器涂料的销量在下降，水性木器涂料 的用量逐年上升，遍及民用和工业。近年来，水性木 器涂料在我国得到了前所未有的发展，在民用方面 已经有了很大的发展，在工业方面也有了一定的发 展。对水性木器涂料在民用的报道和文章铺天盖地， 但对其在工业用途的介绍却较少。为此，本文在此对 其进行阐述，希望对水性木器涂料在工业用途上的 发展有所帮助。 T国外水性木器涂料在工业用途的发展 情况 欧洲的木器涂料市场通常分为民用涂料(即装 修涂料)、地板涂料以及工业涂料3大类，在欧洲民 用涂料市场中，水性化比例已达到20％，透明罩光 木器涂料的水性化比例已达38％。在欧洲各国，水 性木器涂料的使用比例不尽相同，如英国、德国及北 欧一些国家其木器涂料水性比例已比较高，透明罩 光木器涂料的水性化比例已高达40％～70％，在木 质地板涂料市场中，欧洲各国的水性化比例分别为 5％～80％不等，在工业木器涂料市场中，水性涂料 的比例在7％左右。2000年欧洲水性工业木器涂料的 产量为48200t。 尽管在欧美国家水性木器涂料在工业用途所占 整个工业木器涂料产量的比例较小，但是其增长速 度却非常惊人，年增长率达9％，这主要受日益严格 的环境保护法规的影响。在第五届欧洲涂料会议上 水性木器涂料就被列为一个重要的议 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。目前，在世 界范围内有关替代或减少有机溶剂的基本立法在不 断趋严，在北美和欧洲尤为严格。欧洲制定的有关家 具工业减少VOC的Directive99／B／CE立法要求到 2007年所有企业溶剂的允许消耗量大约为原来的 1／4。在日益严格的环境保护法压力之下，欧洲许多 大公司不惜重金来开发环境适应型涂料技术，水性 涂料首当其冲，欧洲市场最大的木器涂料生产商 BecnerAcroha投入年销量的7％巨资致力于开发环 境适应型涂料。在美国，用量最大的水性木器涂料为 水性聚氨酯类，1998年美国聚氨酯水分散体树脂消 万方数据 耗量为1．8万t，其中较大部分用在木器涂料上[2]。 目前，水性工业木器涂料在美国已经得到了一定的 应用，如在家具、地板等。但在欧洲由于受立法和技 术方面因素的影响，如干燥速度、耐性及抗热粘性 等，同时也受到价格、施工费用及新技术推广等方面 因素的影响，进展仍相对比较缓慢。 2国内水性木器涂料在工业用途的发展 情况 由于我国水性木器涂料起步较晚，整体技术水平 相对落后，因此国内水性木器涂料在工业用途的使用 主要集中在水性丙烯酸技术上，主要在水性木门、门 框、护墙板、儿童玩具板等。其它如水性双组分聚氨 酯和水性UV木器涂料在国内的应用还比较少。 在谈到国内有关水性木器涂料在工业用途的应 用方面，我们就不得不谈到近几年销量较大的水性 木门涂料，在福建也叫“工业水性木器涂料”。就现 市场而言，水性木门涂料一般有两种，一种为全哑的 (PVC比较高)；另一种为三四分光左右(PVC相对 较低)。两者一般所应用的底材和用途也不一样。全 哑的一般所用的底材为杉木和松木，一般是做中层 漆，出口到国外后还需再上面漆，成品主要出口美 国；而三四分光的一般所用的底材为MDF板，做面 漆用，所生产的产品主要出口英国等欧洲市场。2005 年底，福建水性木门被美国建筑装饰协会指定为水 性木门许可使用产品。另外，由于人民币的升值，许 多水性木门的定单流向了中国，从而打破了巴西等 南美国家垄断整个美国水性木门市场的格局。自 2005年底到2006年底截止，中国水性木门在美国市 场的占有率急剧攀升，许多木门厂的全年的定单到 五六月份已经全部排满。据我司相关人员出差福建 相关木门厂和对市场的调查来看，2006年整个福建 市场水性木门涂料的用量约2250t左右，出口木 门约5000柜。再加上湖南、广东、广西、贵州、浙 江的相关水性木门厂所出口的木门可望达到约5300 柜，共消耗水性木门涂料约2400t左右。其它护墙 板、儿童玩具板所用的水性木器涂料基本上与全哑的 水性木门涂料无异，用量暂时不大，但增长势头也比 较猛。而关于三四分光的水性木门涂料的应用始于 2006年中。2005年以来，由于溶剂价格的暴涨，导 致溶剂型木器涂料成本上涨，相应价格也随着上扬。 这为三四分光的水性木门涂料代替普通的硝基哑光面 漆制造了可能。我司相关产品也是在这种条件下被应 用于部分出口英国的木门上的。目前，这种趋势还在 进一步地不断扩大。相信随着性能的进一步提高，它 将大有代替普通的硝基漆的可能。 尽管水性木门涂料作为我国水性木器涂料在工 业用途成功应用的范例，但我们也不难发现我国目 前工业水性木器涂料主要停留在低端的单组分丙烯 酸产品，成本低，厂家所得的利润也偏低。高端产品 虽然在技术上已经逐步走向成熟，在民用市场如室 内地板等已经有了一定的应用，但在工业上批量生 产仍比较少。这主要与我国的环境法规的健全程度 和高档水性木器涂料技术、生产工艺的成熟程度有 关，以及加工厂家的生产成本有较大关系。 3我国水性木器涂料的发展方向 环保法规的进一步健全将是大势所趋，水性木 器涂料在工业用途上的应用也必将迎来一个充满生 机的春天。解决水性木器涂料在工业用途上所遇到 的瓶颈，使其走上产业化走向市场的健康之路。工业 水性木器涂料的发展方向主要有以下几个方面。 3．1 水性木门涂料市场走向成熟和多样化 随着水性木门涂料技术和工艺的日益成熟，加 上人民币的进一步升值，水性木门涂料的出口市场 将进一步扩大，而且将不在局限于木门、木框这些木 制品，所应用的范围也将进一步扩大。二三四分光水 性木器涂料产品应用在木门框、相框和护墙板上将 成为一种趋势。最近，已有部分福建和浙江的客户要 求我司开发相关产品，并提供样板供他们试板。另 外，随着溶剂型木器涂料相关原料成本的进一步上 升，将为单组分丙烯酸木器涂料凭借其较低的成本 优势代替传统的硝基木器漆提供了可能，而且市场 的份额将进一步扩大。 3．2水性聚氨酯将被广泛地应用于家具行业 20世纪30年代开始了聚氨酯的研究，50年代后 大量的科技人员开始从事水性聚氨酯的研究工作， 70年代水性聚氨酯产品被成功地开发出来并商业化， 并逐渐发展成阴离子型、阳离子型及非离子型3种水 性聚氨酯。在水性木器涂料中使用比较多见的阴离 子型聚氨酯树脂。 聚氨酯树脂分子结构具有硬链段和软链段组成 的链段结构决定了其既坚硬有柔韧的独特性能，通 过调节软硬链段的种类和组成比可以得到不同性能 的水性聚氨酯产品。起微观的两相结构使水性聚氨 酯具有优异的低温成膜性、流平性及柔软性，而且耐 磨、硬度高，非常适合于配制各种高档的水性木器面 涂料，如家具涂料和地板涂料。采用聚氨酯树脂制备 的木器涂料具有耐磨性好、丰满度高、低温成膜性 好、柔软性好、手感好及抗热回粘性好等优点，但价 格昂贵。可以将水性聚氨酯树脂和成本相对较低的 丙烯酸乳液混合使用，这样既降低了成本，又提高了 丙烯酸乳液的性能(如耐磨性、低温成膜性、耐冲击 —瞄■瞳■暖—田， 目 ZHONGGUOTULIAO2 0 0 7年 第22卷 第06期 万方数据 C史HINA黜COATINGS200706■、-，■● 性、柔韧性等)。此外，水性双组分聚氨酯虽然没有 水性单组分聚氨酯使用方便，但他具有比水性单组分 更优异的性能，特别是耐溶剂性和耐化学性。与传统 溶剂型双组分聚氨酯木器涂料相比，水性双组分聚氨 酯木器涂料的VOC含量很低，可减少70％～90％t31， 且干燥速度快、光泽高、物化性能及使用期能满足水 性木器涂料的要求，为更高档家具的涂装提供了更好 的选择。环保作为家具生产和销售的主题，正在冲击 着家具生产和原、辅材料的各个环节，而对于家具涂 料来说，也正经历着一场从传统木器涂料向环保涂料 转化的变革，有关专家预测，在不久的将来，水性聚 氨酯家具涂料将取代传统溶剂型木器涂料，成为市场 的主流。水性聚氨酯家具涂料的环保特性是业内人士 所共知的，但由于国内对水性聚氨酯涂料的生产研究 起步晚，工艺技术不成熟，生产成本高，目前市场上 真正的水性涂料大都依赖进口。水性涂料的整体价格 要高出传统溶剂涂料很多，从而制约了其全面推广和 应用。但随着水性聚氨酯树脂的国产化和生产成本的 降低，水性聚氨酯木器涂料的价格将不再高高在上， 而逐步走向“平民化”，并最终占据家具涂料市场的 主导地位。 3．3水性UV木器涂料将被广泛应用于木地板中 UV固化技术最早在木材涂装上得到应用。由于 UV固化涂装具有快速，可流水线生产、涂装美观、 坚实耐用、环保效能好等优势，木材涂装是目前用量 最大和增长最快的应用领域。在应用过程中，也出现 了美中不足的现象，主要是UV固化涂料中活性稀释 剂单体一般在使用温度下(60～70。C)仍有少许部分变 成气体扩散开来，污染生产环境，甚至对皮肤有刺激现 象。因此研究无有机溶剂型的水性UV固化技术是该 技术的发展方向之一。 水性UV固化材料具有无毒性、无污染、无刺激 和生产安全等优点，在木地板涂料领域有广阔的应用 前景。陈文等人以水性UV固化木地板涂料为研究目 标，成功地合成了水性环氧丙烯酸酯树脂(EB)和水性 聚氨酯丙烯酸酯(PUA)，然后配制成水性UV固化木 地板涂料。环氧丙烯酸酯(EA)、聚氨酯丙烯酸酯 (PUA)都是常用的UV固化齐聚物，使其水性化后共 聚固化，获得具有优秀性能的水溶性涂料。在国内关 于水性UV固化木地板涂料的报道还比较少情况下， 该研究通过 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 水性环氧丙烯酸酯和水性聚氨酯丙烯 酸酯两种齐聚物的分子结构和合成路线，合成了水性 UV固化木地板涂料的齐聚物原料，实验获得了较佳 的工艺条件，齐聚物的制备使用性能良好。两种水性 齐聚物进行UV共聚后，可取其两者的优点，避免两者 的缺点[41。在国外，前几年水性UV涂料的性能不太 令人满意，而且价格较高，所以发展很慢。最近，一 种新的UV树脂被开发出来，为一种自乳化的光固化 丙烯酸聚氨酯树脂，它与传统的光固化树脂相比，在 耐化学性、抗沾污性以及打磨性方面性能相近，在环 保、有毒有害物质含量以及价格等方面明显优于传 统的光固化树脂[21。这无疑将为水性UV木器涂料广 泛应用于木地板提供了强有力的技术支持。 3．4水性木器涂料开放着色涂装工艺将被应用于家 具中 随着水性木器涂料的发展，涂装工艺已由清漆 和白漆全封闭发展到清漆着色漆。由于水性木器涂 料固体含量一般都较低，比较适合做开放涂装，它涂 膜薄，能凸现木纹纹理，涂装效果自然而不失环保， 因此比较流行。但由于水性木器涂料以水为溶剂，表 面张力较大，在面修色时着色剂在基材表面很难铺 展开来，从而导致修色不均，不能达到理想的装饰效 果。伍忠岳等对相关问题做了阐述和解答，为水性木 器涂料开放着色涂装工艺应用于家具生产扫清了障 碍。水性木器涂料的开放着色涂装是一种发展趋势， 也是一种流行风格。目前，北京等地的家具厂已开始 该工艺的批量生产制作【5】。 4结语 水性木器涂料在工业上要完全代替溶剂型木器 涂料，还需要一段较长的是时间，毕竟我国水性木器 涂料在价格和性能上与溶剂型的还有一定的差距， 加上我国相关环保法规还不够健全等诸多因素阻碍 了工业水性木器涂料的发展。但从国家提出的建立 “低能耗、节约、环保型社会”的口号中，我们不难 看出，我国相关环保法规必将得到进一步健全，高污 染、高排放的产业必将受到限制。伴随着工业水性木 器涂料技术的日益成熟，工业水性木器涂料的产业 化必将指日可待。 参考文献 [1】陈强．水性木器涂料的进展及市场[J】．涂料工业，2003， 33(5)：45 【2】何庆迪，孔志元，史立平，等．水性木器涂料及树脂的 现状和发展[J】．上海涂料，2006，5，44(5)：14 [3]Dvorchak，MichaelJ．Using‘highperformancetwo componentwaterbornepolyurethane’woodcoatings[J]． JournalofCoatingsTechnology，1997，69(866)：47-52 [4]陈文，杨双明，彭学军，等．水性UV固化木地板涂料 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