1、 我國水性木器涂料 發展現狀及存在問題一、水性木器涂料與油性木器 涂料對比水性木器涂料是指以水為分散 介質制造的有機聚合物涂料, 可以直 接用水稀釋, 其涂裝對象為實木木材 (含竹材、 藤材 或者人造板材 (膠合 板、 纖維板等 等的表面, 在涂裝過程 中, 水分逐漸揮發, 形成有機聚合物漆 膜 ; 傳統的油性木器涂料則是聚合物 溶于有機溶劑 (所謂的 “油” 所形成的 溶液, 在涂裝過程中, 有機溶劑逐漸揮 發, 形成有機聚合物漆膜。 二者的根本 區別在于分散介質和稀釋劑不同, 前 者是水, 后者為有機溶劑。 文/李效玉 北京化工大學材料科學與工程學院水性木器涂料除使用極少量的無毒或低毒的醇

2、醚作為成膜助劑外,其分散介質和稀釋劑是水, 價廉無污染、 不燃燒、 使用安全。 而油性木器涂料中所使用的分散介質為有機溶劑,施工過程中使用的稀釋劑 (稀料 也均是石化產品, 通常是芳香烴類、 醇醚類、 醛酮酯類、 鹵代烴類等。 這些有機溶劑和稀釋劑占油性木器涂料總質量的 60%80%, 不但會消耗石油資源, 而且容易燃燒, 易造成環境污染。 在木器家具制造、 室內木質制件的現場裝修和戶外木器工程涂裝的過程中, 油性木器涂料存在以下 3點嚴重問題 :木器涂裝往往是開放的環 境, 油性木器涂料中的有機溶劑不能 回收, 直接排放大氣環境中, 對大氣環 境造成污染, 對涂裝工程師的身體健 康帶來嚴重危

3、害 ; 另外, 殘留在木器 中的有機溶劑往往需要數年才能揮發 完全, 而這些家具大多在室內使用, 給 室內環境帶來了污染, 危害人體健康。 有機溶劑來自于石油, 油性木器涂 料中的有機溶劑僅僅起到工藝作用, 在施工過程中又會揮發出來, 揮發出 的有機溶劑基本無法回收。 我國是木 器家具生產第一大國, 2010年, 木器制 品產值超過 8700億元, 其中, 消耗的新材料產業 NO.6 201145木器涂料約 90萬t, 這其中的 98%以 上為油性木器涂料, 這樣一來, 由油性 木器涂料消耗的有機溶劑約 70萬t、 原 油約 150萬t, 造成了巨大的資源浪費。 由于有機溶劑為易燃物質, 木材

4、也 是易燃物質, 因此, 在木器制品的涂裝 過程中存在較大的火災隱患。不過, 盡管水性木器涂料以水作 為分散介質和稀釋劑, 不存在油性木 器涂料存在的環境污染、 資源消耗和 火災隱患等問題, 但水性木器涂料是 否能滿足木器制品的涂裝工藝和漆膜 性能要求, 成為其未來發展的關鍵。二、我國水性木器涂料發展歷 程回顧從 20世紀 50年代起, 我國就已經 較為廣泛地使用如油性醇酸木器涂料 和油性硝基木器涂料 ; 到 20世紀 60年 代末期, 又發展出了聚氨酯油性木器 涂料 ; 20世紀 90年代, 以聚酯多元醇 和多異腈酸酯為主體樹脂的雙組分聚 氨酯油性木器涂料 (也稱聚酯漆 一度 盛行于市場 ;

5、 進入 21世紀, 以家具出 口引領我國家具業快速增長, 美式涂 裝所需的硝基油性木器涂料在家具行 業中的應用得到快速增長, 形成了油 性聚氨酯木器涂料和油性硝基木器涂 料共同占據木器涂料市場的局面。 相對于油性木器涂料的研發和應 用而言, 我國水性木器涂料發展較晚, 發展速度較慢。 20個世紀末, 國內市場 上首次出現了全進口的德國 “都芳” 水 性木器涂料。 隨后, 山東省萊陽市亞力 美涂料公司 (簡稱 “亞力美” 生產出了 首批國產水性木器涂料, 不過, 由于產 品技術和市場等多種原因, 未經幾年, 亞力美便在市場上隱退。此后, 在國家和地方科技項目的 支持下, 國內部分高等學校和科研院

6、 所也逐步開展了水性木器涂料的研發工作, 水性木器的涂料的研發與產業化就此蓬勃開展起來。 在國家 “863” 計劃的支持下, 北京化工大學聯合武漢安泰化學工業有限公司開展了全丙烯酸酯系高性能水性木器涂料專用乳液合成和高性能水性木器涂料的制備研究, 該項目已于 2005年完成產業化, 并與北京東方水潤涂料公司、 武漢海斯普林科技發展有限公司、 江蘇大象東亞制漆有限公司、 廣東巴德士化工有限公司等多家公司合作實現了高性能水性木器涂料的產業化 ; 在粵港科技合作資助計劃的支持下, 華南理工大學與廣東嘉寶莉涂料有限公司合作,也完成水性聚氨酯木器涂料的研發并實現了產業化 ; 安徽大學、 中海油常州涂料化

7、工研究院等單位在各種科技計劃的支持下, 開發出了水性聚氨酯木器涂料產品。 在此期間, 另有多家涂料廠通過自主研發, 開發了多個品牌的水性木器涂料產品并投入市場。進入 21世紀之后, 我國水性木器涂料技術和產品研發迎來了大發展時期。 據不完全統計, 截至目前, 宣稱能夠生產水性木器涂料產品的涂料廠家大約在 100家以上, 然而, 水性木器涂料的銷售量僅僅占水性木器涂料的2%左右。 發展了 10余年的水性木器涂料遲遲難以打開銷路, 未能在家具制造廠家普遍得以應用, 成為水性木器涂料產業發展的瓶頸。 筆者認為, 其關鍵的 2點, 是產品本身的技術問題和市場的引導問題。三、水性木器涂料存在的技術問題制

8、備高性能水性木器涂料的關鍵, 是作為成膜物質的水性木器涂料專用高性能樹脂的結構設計與合成。如何將易溶于有機溶劑的聚合物材 料制備成穩定的水分散體 (聚合物膠 乳 , 進而制成高性能的水性木器涂 料, 成為涂料界的世界性技術難題, 具 體表現為以下幾點 :為使聚合物能在水中穩定分 散, 勢必在聚合物體系中引入親水性 基團 (親水的側基, 乳化劑等 , 但是這 種親水性基團的引入會對漆膜的耐水 性能造成影響, 一旦樹脂的結構設計 不好, 會嚴重影響涂層的耐水性能。 水的存在, 限制了涂料中聚合 物的許多共價交聯, 使漆膜的耐介質性 能和硬度差, 采用多官能度異氰酸酯交 聯劑交聯時, 往往也會受到水

9、的影響, 造成發泡現象。 因此, 合理的交聯體系 是獲得高性能水性木器涂料的關鍵。 水性木器涂料的聚合物膠乳成 膜過程是乳膠粒子堆積成膜, 如果施 工不當, 極易造成漆膜缺陷 ; 而水性 樹脂結構和水性木器涂料配方設計不 合理, 施工工藝控制不好等, 又極易造 成如漆膜開裂、 泛乳光等問題。在水性木器涂料對木底材進行 施工時, 水對木材的浸潤會導致木材 中的纖維木徑發漲。 雖然在涂裝過程 中經多道涂裝打磨施工, 短時間很難 看出缺陷, 但是時間稍長后, 就會在涂 層表面發現溝壑。 這是木材經水膨脹 以后又收縮的過程所造成的, 選擇合 理的抗溝壑封閉底漆是解決這些問題 的關鍵。木器制品的涂裝施工

10、, 要有一 個完整的涂料配套系統, 包括封閉涂 料, 高打磨性底涂料、 面涂料, 水性透 明膩子, 水性著色體系等。水性木器涂料制備過程中存 在水性木器涂料的助劑和顏色體系不 配套問題。 目前, 制作絕大多數水性木 器涂料所用的工藝助劑并不是水性木Advanced Materials Industry新材料產業 NO.6 201147 油性木器涂料相互爭奪固有市場的問 題, 但鑒于水性木器涂料環保性能帶來 的巨大市場前景, 一些經營良好的大型 油性木器涂料企業對水性木器涂料的 技術研發也投入了大量的人力和物力, 正在進行有效的相關技術儲備。相 對 于 涂 料 企 業 的 “熱” , 應 用 方

11、家具界對水性木器涂料的應用 似乎并不興奮。 筆者認為, 原因可能有 幾個方面 :技術本身的成熟度問題。 由于 高性能水性木器涂料研發和生產是涂 料界的世界性難題, 經過近十余年的發 展, 盡管水性木器涂料研發已經取得了 長足的進步, 但是所投放市場的產品在 很多方面尚不成熟, 產品配套性也差。用戶接受度問題。 部分消費者 單純追求漆膜高硬度、 高豐滿度, 而忽 視環保性能 ; 家具制造商也往往只講 求漆膜性能指標, 拿水性木器涂料與 油性木器涂料相比較。 從涂料科學方 面看, 水性木器涂料很難全面達到油 性木器涂料的漆膜性能, 因此, 水性木 器涂料推廣過程中往往會因為漆膜的 性能不如油性木器

12、涂料而被家具廠和 消費者拒之門外。與此同時, 由于水性木器涂料施 工工藝與油性木器涂料不同, 比如漆 膜干燥和硬化時間長、 施工效率較低, 所以, 在目前大多數家具廠訂單較滿、 都在趕 “單” 的情況下, 大多家具廠并 不愿貿然改造涂裝生產線轉而使用水性木器涂料。國家政策方面的問題。 盡管水性 木器涂料在涂料業內部火熱了10余年, 但就國家層面而言, 并沒有出臺對油性 木器涂料的相關限制措施, 對推廣水性 木器涂料的政策支持也較少, 因此, 單 憑水性木器涂料生產企業一方面進行 水性木器涂料的推廣, 進展較為緩慢。器涂料的專用助劑, 而是沿用為建筑 涂料開發的助劑, 造成了助劑與水性 木器涂料

13、體系不配套, 功能性助劑性 能不好 (如缺少適合水性木器涂料用 的高通透的消光劑、 高通透的蠟助劑 等 , 著色體系的水性色漿、 高透色漿 不配套等問題。上述這些問題是從事水性木器涂 料研發和生產的機構和企業面臨的普 遍問題。 不過, 經過多年的不懈努力, 其中的絕大多數問題正在逐漸得到解 決。 值得一提的是, 北京化工大學聯合 國內多家企業在全丙烯酸酯系高性能 水性木器涂料專用樹脂合成和高性能 水性木器涂料制備方面取得的研發成 果, 已經在多家涂料企業應用。 其中, 在美克國際家私 (天津 制造有限公司 的美式家具涂裝, 北京木材廠等家具 廠的木器家具涂裝, 國家大劇院、 人民 大會堂木門翻

14、修等工程項目涂裝等方 面, 都有了成功的實踐經驗, 除此之 外, 該成果還形成了木器家具涂裝、 家 庭賓館裝修和戶外木器工程涂裝系列 化產品。 華南理工大學與廣東嘉寶莉 涂料有限公司合作, 在聚氨酯高性能 水性木器涂料的研發和生產方面也取 得了重大突破, 并實現了產品較大范 圍的推廣。 可以預計, 隨著水性木器涂 料一些關鍵技術的逐漸解決, 水性木 器涂料完全可以滿足在家具、 家裝和 戶外木器涂裝的使用要求。四、水性木器涂料應用推廣過 程中的瓶頸縱觀我國水性木器涂料10余年的 發展史, 不難發現, 涂料行業開發水性 木器涂料的積極性十分高漲, 特別是一 些剛剛涉足涂料業的小型企業或者已 有的小

15、型涂料企業開發水性木器涂料 的熱情尤甚。 雖然存在水性木器涂料與五、發展水性木器涂料的建議據 報 道, 國 家 安 全 生 產 監 督 管 理總局發布關于治理木質家具企業 高 毒 物 質 危 害 的 通 知, 同 時, 水 性 木器涂料作為環境友好產品被列入 2010年 環 境 經 濟 政 策 配 套 綜 合 名 錄 。 除此之外, 國家對高毒溶劑型 木器涂料進行了明令限制, 讓苦苦 支撐十幾年的水性涂料界人士看到 了曙光。筆者建議, 從事水性涂料研發和 生產的高等學校、 科研院所和相關 涂料企業, 要進一步加大技術和產 品開發的力度, 進一步提高產品質 量、 穩定性和配套性 ; 同時, 要加強 水性木器涂料應用性研究和對施工 人員的培訓, 加大與下游家具制造 業交流的力度, 解決家具業在其生 產線上使用水性木器涂料的工藝技 術問題。 目前, 盡管油性木器涂料的 市場份額仍然很大, 推廣仍然很強 勢, 但是水性木器涂料屬于節能減 排、 環保型產業的典型代表, 是涂料 產業發展的重要方向。 相信在國家 相關政策的支持下,