第一節(jié)　UV固化木器涂料

木器涂料市場的產(chǎn)量和產(chǎn)值分別占整個涂料市場的7%和9%。根據(jù)相關(guān)機構(gòu)統(tǒng)計，2017年全球木器涂料市場的總產(chǎn)值為81億歐元，產(chǎn)量達(dá)到125萬噸。根據(jù)2017年木器涂料市場價值調(diào)查，光固化木器涂料在木器面漆市場中占總份額的7.6%，光固化木器涂料在平板和中密度纖維板（MDF）木器涂料市場中占總份額的7.3%，詳細(xì)占比見下表3.1。

UV固化木器涂料是光固化涂料領(lǐng)域最大的涂料品種，這是因為木器家具工業(yè)高品質(zhì)、低VOCs和快速施工的要求。UV木器涂料主要被應(yīng)用于板式木器家具、木地板、竹地板、刨花板、層壓板等的表面，起到保護竹木和美觀的作用。它有高光、亞光、高硬度、耐磨、抗劃傷等品種。UV固化木器涂料以清漆為主，包括膩子漆、底漆和面漆。涂裝方式絕大多數(shù)以輥涂為主，也有部分噴涂、淋涂、刮涂等（表3.2）。

（一）木地板涂料

眾所周知，UV固化涂料與傳統(tǒng)的溶劑涂料相比，可以大幅降低涂層工藝中的可揮發(fā)溶劑的使用，這樣可以降低后期的使用風(fēng)險，提高產(chǎn)品的安全性能。UV固化涂料的韌性、耐溶劑性和耐磨性是高性能地板所必需的。UV技術(shù)不僅適用于地板的工廠流水線生產(chǎn)，也適用于手持式UV燈和UV地板固化裝置的現(xiàn)場作業(yè)。預(yù)計到2020—2021年，全球涂料市場規(guī)模估計為1765億美元，工業(yè)地板涂料市場規(guī)模估計為60.7億美元。

環(huán)氧樹脂涂料、聚氨酯、聚脲/聚天冬氨酸和丙烯酸涂料等這些普通地板涂層材料固化以及揮發(fā)水或溶劑所需時間較長，而且涂層區(qū)域需要幾天后才能重新投入使用，這就無形地增加了產(chǎn)品的時間成本。UV固化地板涂料是一種無溶劑、單一組分的產(chǎn)品，可以通過UV實現(xiàn)快速固化，而且它們儲存期限無限制?？焖俟袒档土巳斯こ杀?，與其他商用地板涂料相比具有顯著優(yōu)勢。在某些情況下，可以在一夜之間完成快速修復(fù)工作，并重新投入使用，這是其他涂料無法做到的。加上其“5E”（環(huán)境友好、經(jīng)濟、高效、節(jié)能和適用性廣）特點，可以大范圍地應(yīng)用于工業(yè)倉庫、醫(yī)院和輔助護理設(shè)施、學(xué)校、餐館、零售店、公共建筑、潔凈室、實驗室和食品準(zhǔn)備區(qū)等場所。

目前，在地板涂料行業(yè)使用最多的低聚物是環(huán)氧丙烯酸酯，其中雙酚A環(huán)氧丙烯酸酯在低聚物中是光固化速率最快的品種之一，它被廣泛地用作光固化木材涂料的主體樹脂，其固化膜硬度大、光澤高、耐化學(xué)腐蝕、耐熱性較好。但是雙酚A環(huán)氧丙烯酸酯含有芳香醚鍵，涂層在紫外光照射后容易降解斷鏈而粉化，導(dǎo)致其耐光老化和耐黃變性差，不適合戶外使用?？梢圆捎镁哂泻艽蟊缺砻娣e的無機組分對雙酚A環(huán)氧丙烯酸酯進行改性，通過與聚合物形成較強的界面作用來顯著改善界面載荷傳遞，從而達(dá)到較好的增強增韌效果；也可以利用各種有機物對雙酚A環(huán)氧丙烯酸酯進行改性，使固化膜具有良好的力學(xué)、耐化學(xué)性和耐高溫性能。隨著市場需求的不斷變化，出現(xiàn)了一大批改性環(huán)氧丙烯酸酯，如胺改性環(huán)氧丙烯酸酯、磷酸改性環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯改性環(huán)氧丙烯酸酯、酸酐改性環(huán)氧丙烯酸酯、有機硅改性環(huán)氧丙烯酸酯等（表3.3）。

木地板涂料不僅需要滿足基本的涂層性能，而且對硬度、耐磨性、沖擊強度、抗侵蝕等性能的要求尤為突出。研究表明，可以通過往涂料樹脂中添加無機填料來提高涂層的上述性能，如用納米氧化鋁改性UV固化地板涂料，涂膜具有優(yōu)良的耐劃傷性、耐化學(xué)腐蝕性、較高的硬度、良好的耐沖擊性、耐洗刷性和耐磨性；也可以添加滑石粉，可補強、增加硬度、抗收縮等，從而改善涂層對木質(zhì)基材的附著性能。另外，通過添加無機填料還能使涂層獲得某些特性，例如添加一些導(dǎo)電云母粉、納米氧化錫等，使UV固化涂層長期保持良好的導(dǎo)靜電性能，可以有效防止其表面由于靜電產(chǎn)生的不良效應(yīng)。防靜電地板涂料在電子制造、精密儀器、粉體制造、軍工生產(chǎn)、醫(yī)院重癥監(jiān)護室與手術(shù)室等場所得到了廣泛應(yīng)用。

（二）家具涂料

健康、安全和環(huán)境（HSE）問題越來越受人們的重視。對于木質(zhì)家具來說，HSE的影響與所用材料，如木質(zhì)基材、表面涂層材料、箔材料和膠黏劑類型，以及生產(chǎn)過程密切相關(guān)。在選擇表面涂層材料和生產(chǎn)工藝時，應(yīng)優(yōu)先選擇對人體健康無危害的涂料和對環(huán)境無污染的生產(chǎn)工藝。水性木器漆作為油性木器漆的升級換代產(chǎn)品，在技術(shù)上可以實現(xiàn)低危害、低污染，是可能成為家具涂裝和家裝涂裝的重要發(fā)展方向。但是從目前涂料市場來看，水性涂料的發(fā)展并不太好。一方面，水性木器涂料的固化時間較長，不適合快速的流水線生產(chǎn)，這極大地限制了它的發(fā)展；另一方面，水性木器涂料的單罐價格比傳統(tǒng)油性涂料高得多，一般為油性漆的2～5倍，使得消費者很難在短時間內(nèi)接受，因此市場推廣速度極慢。另外，很多水性涂料的環(huán)保性能也并沒有完全達(dá)到環(huán)保要求。UV固化涂料則不同，紫外線固化速度很快，可運用設(shè)備進行批量化、規(guī)?；a(chǎn)，真正實現(xiàn)自動化、流水化產(chǎn)出，可大大降低涂裝生產(chǎn)的時間成本，且由于是機器施工，可確保家具品質(zhì)的穩(wěn)定性，而且UV固化涂料的環(huán)保性能也是更為優(yōu)秀的。

1967年，Bayer公司作為UV固化工藝的重要革新者之一，將UV-PE工藝引入了家具涂料行業(yè)。在UV固化初期，苯甲酰醚（苯甲酰丁基醚和苯甲酰異丙醚）在清漆中被用作UV引發(fā)劑，取得了較好的光固化效果。第一批工業(yè)涂料工廠應(yīng)用UV涂料生產(chǎn)板材速度可以達(dá)到23m/min，現(xiàn)在UV輥涂設(shè)備采用輸送帶驅(qū)動，生產(chǎn)速度可達(dá)50m/min。但是該生產(chǎn)工藝只適合板材的涂裝，不適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的家具，這極大地限制了UV技術(shù)在家具涂料行業(yè)的發(fā)展。

在過去的20多年里，UV固化行業(yè)已經(jīng)從平面、簡單幾何發(fā)展到復(fù)雜的三維形狀。100%的紫外線固化需要確保部件的每個面接受相同的紫外光源曝光，因此固化三維形狀復(fù)雜的家具所面對的技術(shù)挑戰(zhàn)是巨大的。目前常用的固化方法是UV三維固化，如固定燈陣［圖3.1（a）］，燈位置是預(yù)先設(shè)定的，可在整個零件表面提供均勻的曝光，通過若干個燈陣的配合可以很好地實現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)復(fù)雜的家具面漆固化。隨著機器人技術(shù)的逐漸成熟，機器人也被應(yīng)用于家具三維固化，如圖3.1（b）所示，機器人UV固化技術(shù)就是將UV燈安裝在機器人上，根據(jù)家具的三維結(jié)構(gòu)設(shè)定機器人的運動軌跡、運行速度和曝光角度等，通過這種方式可以完全消除UV固化的陰影區(qū)。雙固化法也是家具涂料比較常用的一種固化方法，它是UV固化配合另一種固化方法形成雙固化體系，例如光-熱雙固化、光-濕氣雙固化和光-氧雙固化等。雙固化法可以很好地彌補紫外光固化的一些缺陷，如固化深度受到光波透射能力的限制；在有色體系中應(yīng)用困難，特別是對于光線到達(dá)不了的陰影區(qū)域不能固化。因此，雙固化法可以實現(xiàn)對于具有復(fù)雜形狀家具的涂裝。UV三維固化技術(shù)和雙固化技術(shù)的不斷進步，大大促進了UV涂料在家具行業(yè)的發(fā)展。

隨著家具市場需求的不斷變化，傳統(tǒng)的UV涂料很難滿足消費者的需求。近幾年水性UV低聚物在涂料中的應(yīng)用也越來越多，其涂層具有優(yōu)良的柔韌性、耐磨性、耐化學(xué)性、高抗沖擊和拉伸強度。水性UV涂料是一種環(huán)保性能優(yōu)越的新型光固化涂料，它與傳統(tǒng)的UV涂料相比，除了水性特有的優(yōu)點之外，還兼顧漆膜的硬度和柔韌性，而傳統(tǒng)的UV固化涂料很難兼顧二者。UV固化水性涂料是家具的理想涂料，但是它往往具有較低的雙鍵含量和分子量，這就使其固化后力學(xué)性能較差。通過添加硅溶膠可以進一步改善UV固化水性涂料的力學(xué)性能和光學(xué)性能，隨著硅溶膠含量的增加，涂層的光澤趨向于亞光。另外，通過添加一些納米填料，也能改善UV水性涂料的力學(xué)性能和光澤度。

（三）UV固化木器涂料的參考配方

木器涂料的配方可參考表3.4～表3.7。