第2章　水性聚氨酯木器漆

2.1　概　　述

木器漆對木質(zhì)家具等不僅有裝飾美化作用，而且起著很好的保護作用。但目前使用的木器漆大多為溶劑型，包括大量使用的聚氨酯漆，都含有大量并且往往具有毒性的有機揮發(fā)性化合物（VOC），嚴重危害生產(chǎn)、施工和使用人員的身體健康，對大氣環(huán)境有著不可逆轉(zhuǎn)的危害。自20世紀60年代以來，世界各國開始重視VOC對大氣的污染，西方發(fā)達國家還成立了專門的管理機構(gòu)，制定了各種法規(guī)對涂裝時的溶劑揮發(fā)量加以嚴格的限制。如1966—66法規(guī)（加利福尼亞/美國），目標是減少涂料（油漆）中的溶劑量；1984年德國油漆生產(chǎn)商協(xié)會公約，目標是降低溶劑刺激性；1991年清潔空氣運動（美國），目標是VOC低于規(guī)定限量；1999年有關(guān)工業(yè)有機揮發(fā)物限制的歐洲導向，目標是從1990年至2007年有機揮發(fā)物的刺激性要降低70%。因此，各種環(huán)境友好型涂料應運而生。作為涂料工業(yè)的重要組成部分的木器漆，同樣也隨之經(jīng)歷了一個重大的變革。20世紀40年代，P.Schlack制備出了陽離子水性聚氨酯，標志著水性聚氨酯涂料的開端。20世紀70年代，陰離子型水性聚氨酯成功開發(fā)。1980年，水性丙烯酸-聚氨酯共混體系在瑞典等北歐國家迅速推廣并商品化。1987年，開發(fā)出水性聚氨酯-丙烯酸共聚樹脂，并開始在歐洲商品化。到20世紀90年代，雙組分體系、水性UV固化樹脂體系開始出現(xiàn)，特別是雙組分體系，使得水性聚氨酯木器漆在性能上接近溶劑型的指標，從而得到廣泛應用。

水性聚氨酯木器漆具有施工性好，附著性、堅韌度高，高度耐撞擊性等優(yōu)點。其成膜物水性聚氨酯樹脂從電荷上分類，主要有陰離子型、陽離子型和非離子型三大類，其中使用比較多的是陰離子型水性聚氨酯樹脂。以水性聚氨酯樹脂為主要成膜物質(zhì)的涂料在多種性能上優(yōu)于水性丙烯酸樹脂，如水性聚氨酯木器漆的光澤較高，較好的可以達到90°以上，而丙烯酸樹脂或PUA/APU一般都只能達到80°～90°。但是，水性聚氨酯木器漆成本較高，結(jié)合保光、保色性、耐候性，往往水性聚氨酯和丙烯酸乳液按不同比例物理混合使用以平衡涂膜的性能及成本。

目前市售的水性聚氨酯木器漆用樹脂主要有三種。

（1）單組分水性聚氨酯樹脂　聚氨酯樹脂分子結(jié)構(gòu)是由硬鏈段和軟鏈段組成的，硬段和軟段有兩個Tg，使水性聚氨酯具有優(yōu)異的低溫成膜性和柔韌性，而且耐磨性好、硬度高、光亮度大、抗熱回黏性好，并且通過調(diào)節(jié)軟、硬鏈段的種類和組成比，可以得到不同性能的水性聚氨酯產(chǎn)品，非常適用于配制各種高檔的水性木器面漆，如家具漆和地板漆[1]。

為了進一步提高水性聚氨酯木器漆的物理性能及耐化學品性，目前人們在制備過程中選用不飽和油（如亞麻油、蓖麻油等），以引入不飽和鍵，制得自交聯(lián)型水性聚氨酯，不僅提高涂膜的物理性能及耐化學品性，還可以提高干燥速率，降低成本。由于水性聚氨酯中引入了親水基團，會導致其耐水性下降，可用含有羥基硅氧烷基團的有機硅化合物或含氟化合物進行封端，制備含硅/氟水性聚氨酯分散體，得到具有優(yōu)異的耐水性、抗劃傷性及耐候性等性能的單組分水性聚氨酯木器漆[2]。

（2）水性聚氨酯-丙烯酸共聚樹脂　綜合水性聚氨酯的物理性能、耐化學品性、抗熱回黏性和水性丙烯酸樹脂的潤濕性、顏料的分散性、成本、含量等特點，可以通過化學接枝改性的方法，制備出了水性聚氨酯-丙烯酸共聚樹脂[3]。在控制成本的同時，大大改善了涂膜的耐化學品、耐溶劑性及耐沾污性。但目前市售的多為水性聚氨酯-丙烯酸共混樹脂，性能上接近共聚樹脂，但水性聚氨酯和丙烯酸乳液為兩種不同的體系，存在著相容性的問題，這不是簡單的pH值問題，還存在熱力學穩(wěn)定性問題，所以在配漆前一定要注意以下幾點。

①相容性。液態(tài)混合放置一段時間，可以觀察混合溶液的外觀，如黏度有無變化、有無沉淀析出、有無成膠甚至分層等現(xiàn)象發(fā)生來判斷其相容性，更好的辦法是在玻璃板上涂覆干燥后，觀察涂膜的透明性及表面狀態(tài)等來判斷其相容性。

②一定要掌握兩種樹脂的離子型態(tài)。相同離子型的混合后穩(wěn)定性相對較好，但即使相同離子型還要注意離子強度和離子的電荷作用，有無自由離子存在（像丙烯酸樹脂中乳化劑）也是在實際混拼過程中要特別注意的。

③要注意樹脂極性的過渡性。比如選一個高極性的和一個相對低極性樹脂相拼，相容不好，可以再選一個極性介于兩者之間的第三種樹脂來平衡兩者的極性。

（3）雙組分水性聚氨酯樹脂　與單組分水性木器漆相比，雙組分水性木器漆采取外加交聯(lián)劑的辦法來提高漆膜的綜合性能，常見的交聯(lián)劑有聚氮丙啶、碳化二亞胺，更多的是用水分散多異氰酸酯[4,5]。雙組分水性聚氨酯樹脂在硬度、光澤、耐水性、耐化學品和耐候性方面與溶劑型雙組分聚氨酯木器漆相近，然而水性雙組分聚氨酯木器漆的VOC含量很低，可減少70%～90%，且干燥速率快，光澤、物化性能及使用期能滿足水性木器漆的要求。但水分散多異氰酸酯中異氰酸酯基不僅與羥基反應，同時也與水發(fā)生反應，生成CO2，這些氣體如果在成膜前不能及時排出，很容易造成涂膜起泡現(xiàn)象，這在實際應用中特別容易出現(xiàn)問題。

水性聚氨酯木器漆除了上述三種樹脂以外，目前還有水性光固化聚氨酯樹脂，它的光固化機理是丙烯酸聚氨酯樹脂中的丙烯酸雙鍵在光催化下斷鍵而固化，與傳統(tǒng)的光固化樹脂相比，在耐化學性、抗沾污性以及打磨性方面性能相近，在環(huán)保、有毒有害物質(zhì)含量以及價格特別是再涂覆性方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的光固化樹脂[6]。

我國是家具大國，但人均年家具消費程度卻很低。據(jù)統(tǒng)計，我國人均家具消費程度僅僅是歐美等發(fā)達國家和地區(qū)的5%。特別是鄉(xiāng)村市場家具的占有率更低。中國是木器漆生產(chǎn)和消費大國，年產(chǎn)量在25萬噸以上，但水性漆所占比例很少。目前歐美市場水性木器漆在不同領(lǐng)域有5%～80%的使用率，且每年以接近9%的比例增長。

水性聚氨酯木器漆在我國先后經(jīng)歷了十幾年的曲折發(fā)展歷程，真正進入市場還是近幾年的事，目前從事水性木器漆研究的高等院校、科研院所和生產(chǎn)企業(yè)據(jù)報道超過200家。水性木器漆產(chǎn)品已漸漸應用于一些高檔賓館、酒店、醫(yī)院等公共場所。品種上，兒童家具用漆發(fā)展速度很快，已經(jīng)成為單獨的品種。水性聚氨酯盡管綜合性能好，但由于價格高，某些性能如豐滿度、硬度等還滿足不了市場需求，所以市場反映不是很積極，客觀上造成了真正從事水性木器漆生產(chǎn)和推廣的企業(yè)寥寥無幾，大部分涂料生產(chǎn)企業(yè)都持觀望態(tài)度。所以在“十二五”涂料行業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中，提出的“清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟、環(huán)境友好、節(jié)能減排”四方面規(guī)劃，為我國水性聚氨酯木器漆的發(fā)展提供了良好的契機。

在過去的幾年中，水性聚氨酯技術(shù)在木器漆領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展，但水性聚氨酯木器漆的全面推廣還需要行政的干預及消費者在理念上的認同。盡管發(fā)展前景一片光明，但需要整個行業(yè)的努力和呵護。從技術(shù)而言，目前國內(nèi)還處在發(fā)展階段，特別是漆膜厚度及光澤度等性能不如溶劑型，施工性能也不如溶劑型發(fā)展得成熟，但這并不妨礙水性聚氨酯木器漆最基本和最重要的保護功能。對涂料產(chǎn)品既強調(diào)環(huán)保性能又苛求物理性能，在目前全球范圍內(nèi)都不是明智的要求。而木器漆的水平在一定程度上體現(xiàn)了一個國家的涂料工業(yè)發(fā)展的水平。我國木器漆主要應用于兩大領(lǐng)域，一是用于家具制造廠，二是用于室內(nèi)裝修裝飾，即家具漆和家裝漆；而根據(jù)木制品不同的使用場所，水性聚氨酯木器漆可分為以下幾個品種。

①木制家具：是目前水性聚氨酯木器漆的主要應用領(lǐng)域，以工廠化生產(chǎn)家具為主，特別是兒童家具制品的涂飾。

②室內(nèi)裝修：以手工刷涂為主要施工手段的家庭裝修和公共場所裝修，如木門、窗、櫥柜、家具等涂飾。

③木地板：是工廠化生產(chǎn)木地板用，目前以水性光固化丙烯酸聚氨酯漆為主。

④木制玩具：以不透明涂飾為主，重金屬含量不能超標是其主要的質(zhì)量指標。

⑤鉛筆涂料：是一類不透明涂飾的專用木器漆，除要求快干外，重金屬含量也不能超標。

⑥戶外用木制品：木制亭閣、休閑木制品、室外木飾。其要求是有一定的耐候性。

隨著水性聚氨酯木器漆的應用領(lǐng)域的不斷擴大，除了性能的提高外，其環(huán)保級別還將不斷發(fā)展和升級[7]。目前的無甲醛、無苯概念已經(jīng)遠遠不能滿足人們的需要。水性聚氨酯木器漆還在向著低VOC（揮發(fā)性有機化合物）、低或無APEO（烷基酚聚氧乙烯醚）、無重金屬的方向不斷發(fā)展，不但要滿足木器裝飾、保護的需要，更要保護好人類健康和生存環(huán)境。