王德华1 ，朱 强2 ，胡中源1 ，罗先平1
（ 1.展辰涂料集团股份有限公司北京分厂技术部，北京 101105； 2.展辰涂料集团股份有限公司技术管理中心，上海 201707）
摘要：介绍了水性木器涂料及木材的基本特点,根据水性木器涂料和木材的这些特点选择合适的工业涂装领域(例如儿童玩具、套房家具、木质餐椅、木质窗框、室内木门以及木质地板的涂装等）和涂装工艺，可以更好地使水性木器涂料在工业中得到合理广泛的应用。
关键词：水性木器涂料；工业涂装；家具；木质门窗；木门；儿童玩具；环保
0 前 言
木器涂料是指应用在木质品上的涂料，主要起到保护木材和增加木制品美观的作用。木材是一种多糖类的多孔性纤维组织，由于生长的地域和气候不同，造成其内部构造上差异大，而且具有亲水膨缩性。我国对木材标准含水率一般定为12%～18%，日本为15%，而欧、美标准含水率为12%。木材是多孔性吸湿材料，含水率过高或过低都会直接造成涂膜的开裂、脱落、发白以及长时间不干等问题。如何保持涂膜持久稳定性是木器涂料及木制品涂装的一大难题。传统的木器涂料主要以溶剂型为主。溶剂型涂料含有大量的挥发性有机化合物（VOC），且污染环境、损害油漆工健康、易燃易爆、浪费石油资源，对资源和人类生存环境都是一种危害。随着社会的进步及石油化工技术的发展，涂料类型逐渐向绿色环保型转变，一些新型涂料逐渐被开发出来并得到了木质家具企业的青睐。尤其是水性木器涂料，其用水稀释、无游离TDI、安全不燃烧，在绿色环保性能上具有绝对优势而备受关注。但是水性木器涂料的施工性（例如干燥速度）和物理化学性能（如硬度，耐水、耐乙醇以及耐日用化学品性）相对溶剂型较差也限制了其在工厂化涂装中的应用。所以，水性木器涂料如何选择自己合适的涂装领域以及涂装工艺，对水性木器涂料的持续发展具有非常重要的意义。笔者根据近几年的市场需求和实际应用案例，对水性木器涂料如何可以更好地在工业涂装中的应用进行了简单总结，希望可以对水性木器涂料更好的发展和合理的应用起到一定的促进作用。
1、水性木器涂料适用领域
水性木器涂料的主要成膜物质是水性树脂，木器涂料常用的树脂类型按化学结构分类主要有丙烯酸、聚氨酯、丙烯酸-聚氨酯以及水性醇酸等几大类。而且水性木器涂料的成膜是一个非均相、非分子级的不可逆过程，经历了乳胶粒子的堆积、压缩和融合阶段。为了形成高质量的涂膜，往往需要借助于成膜助剂，致密性相对较差。而且水性木器涂料的成膜物亲水性大，所以涂膜就在耐水性、耐化学品等性能上要相对溶剂型涂料差[1]。上述类型的水性木器涂料主要以单组分为主，为了解决上述单组分水性木器涂料的缺陷，水性双组分木器涂料和水性UV涂料最近几年也发展迅速并得到了广泛的应用。水性木器涂料的优点是施工简单、气味小、附着力好、流平性佳，缺点是干燥速度相对较慢、硬度和耐化学品性能一般。所以水性木器涂料可应用在不要求高硬度、不经常接触强腐蚀的溶剂的木质品涂装上。在工业涂装方面满足上述特点的木制品主要有儿童玩具、套房家具、木质餐椅、木质窗框、室内木门以及木质地板等。
2 、涂装效果及涂装工艺设计
木制品素材种类繁多，从木纹上分，有深导管的（例如水曲柳、橡木等）和浅导管的（如桦木、红樱桃等）；从软硬程度上分，有软木（例如红松、梧桐木、椴木等）和硬木（如老榆木、花梨木、柞木等）；从木制品构成上分有密度板、密度板贴皮、实木复合以及纯实木等。水性木器涂料在工厂化涂装应用中需要根据木制品素材的种类和所涂装的木制品用途来选择合适的涂装效果和涂装工艺。
2.1 木质儿童玩具
我国是全球玩具制造大国，约70%的国际玩具市场销售量由中国提供。木质儿童玩具多以亮丽的色彩和充满想象力的形状来吸引消费者，所以素材需要很好的机械加工性；常用的素材以密度板居多，也有部分榉木、松木等实木产品。密度板价格便宜，机械加工性好，没有天然木材的纹理，最适合的涂装效果就是实色漆，一般采用两底一面的工艺；在榉木、松木上一般涂装清底漆、清面漆或透明色漆达到显露木材自然木纹效果。涂装方式可以采用涂装、刷涂、辊涂以及浸涂等方法。需要注意的是，密度板里面有很多黏合剂，并且所用原材料比较杂乱，水性底漆的施工至关重要。在涂装时，需要选择具有封闭单宁酸、油脂性能的水性底漆，防止涂膜变色。木质儿童玩具从成品涂膜性能上来说要求不高，需要严格控制的主要是涂膜里的有害物质含量，包括重金属、多环芳烃、乙二醇醚及其酯类、苯系物和游离甲醛等。玩具的涂膜气味要小；在耐化学品性能上，只需要能满足一定的耐水、酒精等日用化学品和耐咖啡、绿茶等饮品即可；木质儿童玩具对涂膜硬度也不需要很高的要求，反而需要更好的柔韧性，抗开裂和温变；涂料对木材附着力要好，玩具的边角处不能掉漆；因为很多都是集装箱出口产品，所以还需要具有好的高温抗回黏性能。在多年的实际应用中，水性木器涂料对儿童玩具的以上性能要求都可以很好地满足。
2.2 木质餐椅
从实际应用上来看，餐椅主要是在室内供人吃饭、休闲时倚靠和乘坐的器具。在搬动或挪动位置过程中会出现磕碰，以及使用时会出现咖啡或茶洒在上面的问题，所以木质餐椅成品对涂膜要求有好的附着力，优异的耐茶、耐咖啡、耐红酒以及耐可乐沾污性能，良好的抗粘连性能。木质餐椅生产厂家的日产量较大，一般中等规模的餐椅生产厂家日产1000把以上，要求生产厂家具有高的生产效率，因此木质餐椅生产厂家大多采用流水线涂装作业。流水线都有加热烘干系统，所以，水性木器涂料干燥慢的缺陷可以得到弥补。木质餐椅用的木材多为榉木、柞木、水曲柳、枫木等实木，采用的涂装效果以开放式和半开放式为主，又可以分清漆和实色漆，清漆可以做本色（不做任何颜色效果）涂装效果，也可以做透明色涂装效果，透明色效果一般采用底着色工艺上色；实色一般黑色和白色偏多。典型的涂装工艺大致如下：采用两底一面或两底两面，每遍喷涂1～2枪，每遍涂膜喷涂后先在常温下干燥10min左右，涂膜表干后进入烘烤系统进行强制烘干（一般温度控制在30～40 ℃）1h左右，出来冷却10min后打磨除尘，然后进入下一道工序。经过涂装后的木质餐椅涂膜手感光滑细腻，清漆透明度好、木纹清晰、色彩自然，实色漆遮盖力强，不掉色。
2.3 室内木门
室内装修最具表现力因素的装饰木门的选择和搭配是整个家居装饰装修过程的“画龙点睛”之笔，木质门也越来越受装修业主的青睐。室内木质门在涂膜性能上一般要求气味尽量小，有好的柔韧性和附着力，涂膜手感要佳，具有一定的耐水擦拭性能；一般对耐溶剂性要求不会特别高，硬度适中即可；在工厂化涂装时都是批量生产，喷涂时，先喷涂门的一个平面，待大致5～10 min后喷涂另外一个平面，然后悬挂晾干，所以要求所用的涂料要流平好、干燥快、抗流挂。室内木门的材质种类繁杂，水性木器涂料在室内木门涂装应用中，根据素材种类合理选择涂装工艺尤为重要。①像水曲柳、橡木等木纹较深的木材，一般采用全开放涂装效果，因为水性木器涂料的固体含量相对较低，丰满度相对较差。如果采用全封闭涂装效果，喷涂遍数会需要PU（聚氨基甲酸酯）涂料的两倍甚至以上才能达到满意的涂膜丰满度，而且水性涂料本身干燥速度较PU涂料慢很多，这样工厂生产1套门的时间需要7 d甚至更长时间，大大降低了工厂生产效率。采用开放效果，典型涂装工艺大致为两底一面，每遍只需要喷涂2～3枪即可，大大缩短了干燥速度，提高了生产效率。②像红樱桃、枫木等木纹较浅的木材，才可以采用全封闭的效果，典型工艺大致为三底一面，每遍需要喷涂4～5枪；素材如果是密度板，可以采用实色全封闭涂装效果，因为实色漆的施工固体含量比清漆要高，采用三底一面的涂装工艺，可以达到比较好的涂膜效果。
2.4 木质套房家具
木质套房家具主要指衣橱柜、床及床头柜等，尤其现在的儿童套房家具，水性木器涂料的应用占有很大的比例。套房家具与我们直接接触的时间最长，其气味的大小和有害物质含量多少直接影响着我们的生活和健康。溶剂型涂料虽然在性能上更优于水性木器涂料，但是随着人们对健康的关注，绿色环保的水性木器涂料得到了快速发展。在涂膜性能上，套房家具要求好的附着力、一定的耐水擦拭性、好的耐冲击性能、细腻的手感和较好的透明性；从工厂涂装方面来讲，所用涂料需要具有好的流平性、抗流挂性和快的干燥速度，现在的水性木器涂料也完全能满足以上要求。木质套房家具的素材也跟室内木门一样种类繁多：像水曲柳、橡木等木纹较深的木材，一般采用全开放涂装效果，典型工艺为两底一面；像红樱桃、枫木等木纹较浅的木材，则可以采用全封闭的效果，典型工艺大致为三底一面；素材如果是密度板，可以采用实色全封闭涂装效果。
2.5 木质地板
随着人们生活水平的提高，以前冷冰冰的瓷砖现在越来越多地被木质地板代替来装饰地面甚至护墙板。尤其是卧室、书房和客厅的地面，更多的人喜欢用木质地板来铺设。木质地板脚感舒适，特别适合老人和小孩居住，对人体很适宜，特别能让人感觉到自然温馨的家居环境。地板对涂膜性能最主要的要求是耐磨性和耐划伤性，其次是耐日用化学品性。从性能上考虑，一般的单组分水性木器涂料较难满足要求，尤其是水性丙烯酸体系，耐磨性较难达标。在耐磨性具有一定优势的是水性PUD树脂，其耐磨性甚至比溶剂型PU涂料都要好，但是在丰满度和耐水性上稍有欠缺。所以，木质地板用水性木器涂料体系一般选用的是水性双组分体系或水性UV体系，这里所说的水性双组分体系是指与多异氰酸酯来反应的产品，通过含有—OH的水性树脂甲组分与含有多异氰酸酯聚合物水可分散体的乙组分混合后发生交联反应而生成致密的涂膜，属于交联反应型产品。该类水性木器涂料也是性能最接近于溶剂型涂料性能的一类产品，其耐磨性比溶剂型PU要好；而UV固化水性木器涂料与传统型UV固化涂料性比都可以说优势明显，突出优点是VOC可以趋向为零，不用活性稀释剂，黏度调节容易，不仅减少活性稀释剂臭味和对人体的刺激性，而且可以获得高硬度兼柔韧性的涂膜，其硬度相对传统UV涂料稍差，但耐磨性、抗划伤性、抗化学品性和杯突实验结果可以做到优于传统UV涂料。不足之处就是在进UV机前需要增加红外烘干性能进行水分闪干，但只是一种设备投资，其他涂装线也可以使用，不是一种浪费。从素材上来说，木质地板的素材种类多以实木（包括密度板上贴实木皮）为主，形状多为规则的长方形平板，所以地板工厂化生产多为辅以红外干燥的辊涂生产线为主，UV固化水性木器涂料还并辅以UV机干燥。水性双组分地板涂料典型涂装工艺为两底一面，UV固化水性木器涂料则多为三底一面。
2.6 木质橱柜
随着家居装饰装修业的飞速发展，整体橱柜倍受青睐。整体橱柜可以按照消费者家中厨房结构、面积，以及家庭成员的个性化需求，通过整体配置、整体设计、整体施工，最后形成成套产品；实现厨房工作每一道操作程序的整体协调，并营造出良好的家庭氛围、浓厚的生活气息。而为了更具有个性化和视觉享受，更多的人把木质橱柜板作为首选。从涂膜性能上讲，橱柜用涂料需要具有优异的耐醇、醋、红酒及洗洁灵的擦拭性，又需要具有好的附着力；从工厂生产角度看，需要具有好的流平性和干燥性。现在的整体橱柜多为在工厂是分拆开涂装，到业主家后再进行拼装的，所以形状也跟木质地板一样多为平面板式的，易于喷涂。因为橱柜实际应用时，一般的单组分水性木器涂料较难满足其高耐化学品性，所以，橱柜用水性木器涂料多为水性双组分体系或水性UV体系，因为需要个性化，板面多有简单造型，适合喷涂施工，不太适合辊涂施工。水性双组分橱柜板涂料典型涂装工艺为两底一面，UV固化水性橱柜板涂料则多为三底一面。
2.7 木质窗框
水性涂料用于户外窗框，在国外已经有四五十年的历史，有案例显示可维持窗框完整性及保护性能超过28年而不需要维修。在我国，水性涂料用于木质窗框的涂装也有20年以上的应用案例。木质窗框对涂料的要求主要是附着力好、耐雨水耐晒、柔韧性好，具有一定的抗黏连性，对硬度无特殊要求。采用核-壳结构的水性树脂，并添加紫外线吸收剂、位阻胺及涂膜防腐剂制成的水性木器涂料，具有优异的耐老化性能、柔韧性、耐水耐霉性及优异的附着力，而且具有一定的丰满度，作为木质窗框用涂料，具有非常高的适用性。木质窗框采用的素材主要以松木、楸木和柞木为主，涂装工艺也相对简单。松木导管浅，一般做透明色全封闭效果，典型涂装工艺如下：浸涂底漆（着色）→透明面漆（1～2遍）→透明有色面漆；楸木和柞木具有中等深度的导管，多采用半开放式涂装效果，既可以做透明色，也可以做白色涂装。
2.8 美式仿古木质家具
美式仿古涂装是美国流行仿古家具的涂装方式简称，是通过涂料及施工手法加工家具，使之具有“古色古香”的特点，即人工做旧。美式涂装多以硝基涂料为主，因为其干燥快、固含低、涂膜透明度高。随着环保标准的提高及原材料价格的持续高涨，现在越来越多的工厂开始采用水性木器涂料体系进行美式仿古家具的涂装。仿古涂料里最重要的是颜色体系，包括素材修色、Glaze着色、底修色、布印着色及牛尾干刷等，相应配套透明底漆和透明面漆。仿古家具要的是“古色古香”的特效，涂料起到的只是对木材的简单保护作用，所以对涂膜的性能要求，水性木器涂料可以很好地满足，例如耐水性和附着力。从工厂施工要求上讲，需要有较快的干燥性能以满足量产化。因为仿古涂装每道涂膜厚度较薄，所以就避开了水性木器涂料干燥相对硝基涂料稍慢的缺陷。仿古家具素材多以松木、橡木、红樱桃为主，典型工艺流程如下：素材破坏做旧→素材底色调整（修红修青）→底色→头道底漆→格丽斯着色→底漆→干刷→底漆→布印、牛尾、刷黑边等特效→面漆。虽然工艺
比较复杂，但是因为每道涂膜较薄，整个涂装工艺一般在1天内即可以完成。
除以上常见用途外，也有部分工厂使用水性木器涂料做展架，因为气味极低，所以受到各大商超的欢迎。
3、结 语
水性木器涂料是世界涂料界公认的室内装饰装修和家具装饰保护用涂料的发展方向，与溶剂型木器涂料相比在节约能源和保护环境方面具有无可比拟的优越性。虽然经过国内外科研院所和生产厂商的倾力开发，在技术层面上已经取得了一些列重大突破，但受限于水性树脂本质性能和水性树脂合成技术的发展程度，目前来说，水性木器涂料在短期内难以达到完全代替溶剂型涂料程度，尤其是单组分水性木器涂料，在硬度、丰满度和耐化学品性上与传统溶剂型涂料还有一定差距。如何根据水性木器涂料的特点来选择合适的应用领域和涂装工艺并持续改进意义重大。
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