水性木器多功能封闭底漆的研究

李冠来 谢灯咨

摘  要：该文说明了水性木器漆的现状和发展趋势，针对不同的底材的色素及油脂情况，尤其是水性木器封闭底漆的封闭机理、配方设计、制备方法、应用情况、发展状况及趋势进行了分析。其中水性树脂主要包括丙烯酸、丙烯酸聚氨酯共聚物、聚氨酯、阳离子树脂。助剂包括成膜助剂、特殊封闭助剂、基材润湿剂、消泡剂、防霉杀菌剂、防冻剂、pH调节剂等。

关键词：水性木器;多功能;封闭

中图分类号：TQ630.7   文献标志码：A

随着中国木器涂料行业的迅速发展，我国的木器涂料产量2018年已经超过160万t，其中水性木器涂料产量约为15万t，占比不足10%，能应用于木器封闭底的水性涂料也越来越多[1]。随着政府及家具行业对环境保护的重视及关注，结合家居家具产业自动化程度不高、环保压力日盛的现状，水性涂料成为促进企业转型升级的重要法宝;由于中国未来的环保法规不断完善，VOC排放要求越来越高，水性木器及工业漆在各方面都顺应了这个标准，因此，其未来方向将成为行业发展的焦点[2]。

水性木器漆是以水为稀释剂的绿色环保涂料，不含有毒有害物质，施工简便，慢慢地在家庭装修及儿童家具的首选涂饰材料中普及，由于推广对资源的合理利用和环境卫生的改善十分有利，施工操作简单，近3年里国内已经刮起了水漆小旋风。不仅有国内知名装修装饰公司，还有大型的木门企业（梦天木门及大自然家居）及屋内全套定制家具厂，纷纷推进“油改水”革新环保使命，逐渐深入民心。同时，在水性木器涂料的涂装过程中，由于不同的木质底材油脂及色素含量不一致，还存在一些需要解决的问题。特别是使用松木（东北松及章子松、芬兰松等）及橡木（红橡、白橡），中高密度纤维板、杨木、松木等基材底材进行实色涂装工艺时，尤其是在使用白色涂料时，由于底材的色素及油脂渗出引起漆膜变黄变色、并引起层间附着力变差及脱落等各方面问题，正因为木质底材的多变因素制约了水性木器漆迅猛发展。所以，研发强封闭及多功能效果的底漆是解决此问题行之有效的方法，助力水性木器市场的推广。

1 封闭木质底材的原理

木材其实就是天然的高分子材料，也是一种由生物细胞组成的多孔性植物纤维材料，具有多孔性及密度不均匀性，在木材加工过程中，含水率变化会出现湿涨干缩、变形并易开裂等现象，同时有些木材内含有化学成分的物质，单宁、色素、松脂及挥发性油类化学物质，对于木材的着色和涂饰性能都造成了一定的影响。

水性封闭底漆封闭机理就是高渗透性及自交联的化学反应活性，形成致密性耐水耐化学品性较好的漆膜，作为屏障。目前，选用纳米级别的改性丙烯酸树脂及混拼自交联PUD等高渗透性树脂，可低温成膜并深入渗入木质纤维空隙，由于粒径细小且表面张力较小，很容易渗入木材的空隙纤维内部，与木材内的化学类物质反应或形成致密性自交联耐水漆膜，让纤维内部形成大分子结构的化合物，将纤维里面的单宁及木质色素，油脂等化学物质封锁在木材表层内部，使其无法渗透到漆膜表面，从而加强了涂膜致密和封闭的效果，避免不少漆膜弊病。

水性封闭底除了封闭色素及单宁，油脂外，还可以有效地防止木器的发霉及底材的干裂，封闭木材的异味，并且可防止木材遇水涨筋。兼顾水性多功能封闭的效果。

2 配方设计的基础配方

封闭底漆在基材和漆面层起到承上接下的作用，既增强了木质底材的附着力，又提高了漆膜表面丰满度，不容易造成漆膜下陷。大致的基础配方列表见表1。针对表格的原材料作一下梳选原则。

2.1 水性树脂选用原则

选用封闭底水性树脂可以按以下7点原则。1）粒径最好选用纳米级别。2）耐水及耐化学品性能要优良。3）附着力在木质纤维上优良，透明度高。4）颜色浅、保色性优、不会加深木质底材颜色。5）可通过环氧改性及有机硅改性提升水溶性丙烯酸的耐水及耐候性能效果。6）选用水性PUD关注干燥时间及打磨性。同时最好选用自交联类型，耐水耐醇性优异，不易发白。7）选用阳离子树脂时，必须注意层间附着力及与漆膜的相容性。阳离子树脂产品在市场上多家外资企业在推广，例如DSM及克雷威利等阳离子产品。同时阳离子的稳定性及相容性相对较差，在生产时要注意成膜助剂的添加方法，避免絮凝。但是阳离子的树脂产品也有一定特色，取长补短，发挥其最好性能[4]。

2.2 成膜助剂

成膜助剂又称辅助成膜聚结助剂，一般乳液都有成膜温度，当环境温度低于乳液成膜温度时乳液不易成膜，成膜助剂能帮助乳液成膜，改善性能，而成膜后，成膜助剂挥发，不会影响涂膜性能。水性配方中常用的成膜助剂有DPNB、DPM、BCS、PNB、BDG和EDG等。选择成膜助剂DPNB和成膜助剂DPM的组合，可以确保体系在水性单组分配方体系中，助溶剂不仅具有成膜作用，提升体系的性能，同时改善成膜性能 并带来优异的综合耐性， 从而形成一定的开放时间和挥发梯度，有助于氣泡的溢出，同时不影响表面流平性。

2.3 特效封闭助剂

特效封闭助剂可以分为物理及化学方法进行封闭，物理封闭方法指利用纳米级别的水溶性树脂优异的渗透性及干结成膜性快速来封闭单宁酸等化学物质渗移，而化学方法指采用螯合剂（中性及碱性）等相关特效助剂，利用水性金属阳离子与单宁酸的阴离子发生螯合反应，在单宁酸上形成苯酚环，形成大分子结构物，从而减少单宁酸的水溶性。市场上有相关的产品，如普为TB-131及龙海化工的2544单宁酸抑制剂。

2.4 润湿剂

润湿剂可分基材润湿剂及表面润湿剂，由于木材的表面张力比水低，水的表面张力较高，当温度是25°时，表面张力达72 dynes/cm，需要加入润湿剂，降低水性涂料的表面张力，改善其对木质基材的润湿性和空隙纤维的渗透性;同时考虑选用不稳泡高渗透的润湿剂，可以选用TEGO270或普为的W118高效润湿剂。

2.5 消泡剂

由于木质底材及纤维底材表面遇水产生气泡以及涂料本身有稳泡性助剂，在施工涂装中會产生起泡，需要添加消泡剂确保，施工效果。水性木器封闭底漆由于黏度较低，选择消泡剂很重要。因此，从抑泡和破泡这2个方面控制消除气泡。常用的水性消泡剂主要包括机硅类、矿物油类、炔二醇类;其中，有机硅消泡剂能快速抑泡脱泡，消除体系中的微泡，将体系中的细泡快速迁移到表面消除，但是添加量过多容易造成缩孔;矿物油消泡剂能迅速迁移到漆膜表面，刺破漆膜表面大泡，也需要确定适当用量，过量同样造成缩孔而且严重影响体系流平性;而炔二醇类消泡剂在体系中消泡效果稍差。经过实验测试，选择使用有机硅与矿物油消泡剂混搭，其效果最为理想[3]。

2.6 防霉杀菌剂

水性封闭底漆中存在微生物所需的水分和养分，所以在其生产、使用、运输及贮存过程的过程中，往往会有微生物寄生在漆中，从而导致漆液会出现黏度下降、发臭、乳液破乳等现象。因此加入少量防霉杀菌剂来抑制微生物的生长，防止涂料腐败或涂层霉变。

防霉杀菌剂的选择遵循高效、广谱、稳定和环保的原则，目前，异噻唑啉酮类化合物最为常用。

2.7 pH调节剂

pH调节助剂能保持水性体系pH值的稳定性、对润湿流平性起到较好效果，在中性或微碱性的条件下让杀菌剂保持长效性，如果漆体系的pH值过高或过低时，漆样会产生各种漆膜不良现象，如分层、沉底、变味和返粗等。因此小助剂，大效果。

pH调节剂常见有氨水和AMP-95，氨水价格便宜，但味道大，pH值范围广，不稳定。而AMP-95 的特点包括 pH值稳定性高、并具有润湿分散效果及可调整pH值多功能效果，是一种高效的助剂。

2.8 防冻助剂

由于水的冰点温度为零度，如果水性涂料在冰点以下贮存时必须加入抗冻剂。它能够提高涂料的冻融稳定性，防止涂料结冰而冻坏变质。丙二醇、乙二醇是常见的防冻剂。从环保角度及综合性能看，丙二醇较好。

2.9 综述

水性封闭底漆具有环保、优异封闭性，附着力较强及防涨筋等特点。可以使水性木器涂料上漆后不易变色。有效地防止木材中单宁酸及油脂渗出，增加基材与涂层之间的附着力。尤其采用纳米级别的水溶性改性丙烯酸树脂及混拼自交联PUD所做的水性封闭底漆对含有单宁酸或油脂类物质的各类板材具有一定封闭作用，尤其防止木材变形以及封闭异味，防潮防霉防涨筋，效果显著，对漆膜的丰满度及外观色相起到了很好的作用，是一种多功能的封闭底漆[5]。

3 水性木器多功能封闭底漆的发展现状及趋势

在“十三五”规划中，我国环境友好型涂料占比增速增加了1倍，到2020年占比从51%增加到57%。涂料行业的绿色环保不仅是单一环节的研究方向，而且是整个涂料产业链的重点发展方向，国内的水性封闭底漆也正在逐步的发展，为环境友好涂料——水性木器漆的发展奠定基础。解决木质底材封闭及涂装出现的问题：例如在面漆施工的过程中松木、杨木及杉木等软木和橡胶木涨筋及丰满度提高问题，以及在红白橡木、水曲柳等实木中做实色涂装工艺时易出现渗色、变色黄变等现象，正因为封闭底作用，提高了水性木器漆的整体涂装效果性能。水性木器多功能封闭底漆技术研究将是未来的重点发展方向之一。

参考文献

[1] 岳怠艳.水性木器漆涂料的发展现状及存在问题[J].涂料工业，2004（10）：4.

[2] 徐玲，张先进，胡志滨.水性木器漆中助剂的选择及应用[J].中国涂料，2004（8）：41.

[3] 曾秀娜. 水性木器涂料的配方研究[D].湖南：湖南大学，2010.

[4] 张洪涛，黄尽霞.乳液聚合新技术及应用[M].北京 ：化学工业出版社，2007.

[5] 何艺华. 高硬度水性木器涂料的设计与优化原理[D].广州：华南理工大学，2009：14-15.