我國水性木器涂料發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題

1、 我國水性木器涂料 發(fā)展現(xiàn)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(zhì)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(fā), 形成有機聚合物漆 膜 ; 傳統(tǒng)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(fā), 形成有機聚合物漆膜。 二者的根本 區(qū)別在于分散介質(zhì)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(zhì)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(zhì)為有機溶劑,施工過程中使用的稀釋劑 (稀料 也均是石化產(chǎn)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(zhì)量的 60%80%, 不但會消耗石油資源, 而且容易燃燒, 易造成環(huán)境污染。 在木器家具制造、 室內(nèi)木質(zhì)制件的現(xiàn)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(huán) 境, 油性木器涂料中的有機溶劑不能 回收, 直接排放大氣環(huán)境中, 對大氣環(huán) 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(shù)年才能揮發(fā) 完全, 而這些家具大多在室內(nèi)使用, 給 室內(nèi)環(huán)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(fā)出來, 揮發(fā)出 的有機溶劑基本無法回收。 我國是木 器家具生產(chǎn)第一大國, 2010年, 木器制 品產(chǎn)值超過 8700億元, 其中, 消耗的新材料產(chǎn)業(yè) 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(zhì), 木材

4、也 是易燃物質(zhì), 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(zhì)和稀釋劑, 不存在油性木 器涂料存在的環(huán)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(fā)展的關(guān)鍵。二、我國水性木器涂料發(fā)展歷 程回顧從 20世紀 50年代起, 我國就已經(jīng) 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(fā)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(lǐng)我國家具業(yè)快速增長, 美式涂 裝所需的硝基油性木器涂料在家具行 業(yè)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(jù)木器涂料市場的局面。 相對于油性木器涂料的研發(fā)和應 用而言, 我國水性木器涂料發(fā)展較晚, 發(fā)展速度較慢。 20個世紀末, 國內(nèi)市場 上首次出現(xiàn)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(chǎn)出了 首批國產(chǎn)水性木器涂料, 不過, 由于產(chǎn) 品技術(shù)和市場等多種原因, 未經(jīng)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(nèi)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(fā)工作, 水性木器的涂料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)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(lián)合武漢安泰化學工業(yè)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(chǎn)業(yè)化, 并與北京東方水潤涂料公司、 武漢海斯普林科技發(fā)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(xiàn)了高性能水性木器涂料的產(chǎn)業(yè)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(fā)并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)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(fā)出了水性聚氨酯木器涂料產(chǎn)品。 在此期間, 另有多家涂料廠通過自主研發(fā), 開發(fā)了多個品牌的水性木器涂料產(chǎn)品并投入市場。進入 21世紀之后, 我國水性木器涂料技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)迎來了大發(fā)展時期。 據(jù)不完全統(tǒng)計, 截至目前, 宣稱能夠生產(chǎn)水性木器涂料產(chǎn)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(fā)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。 筆者認為, 其關(guān)鍵的 2點, 是產(chǎn)品本身的技術(shù)問題和市場的引導問題。三、水性木器涂料存在的技術(shù)問題制

8、備高性能水性木器涂料的關(guān)鍵, 是作為成膜物質(zhì)的水性木器涂料專用高性能樹脂的結(jié)構(gòu)設(shè)計與合成。如何將易溶于有機溶劑的聚合物材 料制備成穩(wěn)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(shù)難題, 具 體表現(xiàn)為以下幾點 :為使聚合物能在水中穩(wěn)定分 散, 勢必在聚合物體系中引入親水性 基團 (親水的側(cè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(lián), 使漆膜的耐介質(zhì)性 能和硬度差, 采用多官能度異氰酸酯交 聯(lián)劑交聯(lián)時, 往往也會受到水

9、的影響, 造成發(fā)泡現(xiàn)象。 因此, 合理的交聯(lián)體系 是獲得高性能水性木器涂料的關(guān)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(jié)構(gòu)和水性木器涂料配方設(shè)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(fā)漲。 雖然在涂裝過程 中經(jīng)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(fā)現(xiàn)溝壑。 這是木材經(jīng)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(guān)鍵。木器制品的涂裝施工

10、, 要有一 個完整的涂料配套系統(tǒng), 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(shù)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(chǎn)業(yè) 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(huán)保性能帶來 的巨大市場前景, 一些經(jīng)營良好的大型 油性木器涂料企業(yè)對水性木器涂料的 技術(shù)研發(fā)也投入了大量的人力和物力, 正在進行有效的相關(guān)技術(shù)儲備。相 對 于 涂 料 企 業(yè) 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(shù)本身的成熟度問題。 由于 高性能水性木器涂料研發(fā)和生產(chǎn)是涂 料界的世界性難題, 經(jīng)過近十余年的發(fā) 展, 盡管水性木器涂料研發(fā)已經(jīng)取得了 長足的進步, 但是所投放市場的產(chǎn)品在 很多方面尚不成熟, 產(chǎn)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(huán)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(shù)家具廠訂單較滿、 都在趕 “單” 的情況下, 大多家具廠并 不愿貿(mào)然改造涂裝生產(chǎn)線轉(zhuǎn)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(yè)內(nèi)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(guān)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(chǎn)企業(yè)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(fā)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(fā)和生產(chǎn)的機構(gòu)和企業(yè)面臨的普 遍問題。 不過, 經(jīng)過多年的不懈努力, 其中的絕大多數(shù)問題正在逐漸得到解 決。 值得一提的是, 北京化工大學聯(lián)合 國內(nèi)多家企業(yè)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(fā)成 果, 已經(jīng)在多家涂料企業(yè)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(jīng)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(chǎn)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(fā)和生產(chǎn)方面也取 得了重大突破, 并實現(xiàn)了產(chǎn)品較大范 圍的推廣。 可以預計, 隨著水性木器涂 料一些關(guān)鍵技術(shù)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(fā)展史, 不難發(fā)現(xiàn), 涂料行業(yè)開發(fā)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(yè)的小型企業(yè)或者已 有的小

15、型涂料企業(yè)開發(fā)水性木器涂料 的熱情尤甚。 雖然存在水性木器涂料與五、發(fā)展水性木器涂料的建議據(jù) 報 道, 國 家 安 全 生 產(chǎn) 監(jiān) 督 管 理總局發(fā)布關(guān)于治理木質(zhì)家具企業(yè) 高 毒 物 質(zhì) 危 害 的 通 知, 同 時, 水 性 木器涂料作為環(huán)境友好產(chǎn)品被列入 2010年 環(huán) 境 經(jīng) 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(fā)和 生產(chǎn)的高等學校、 科研院所和相關(guān) 涂料企業(yè), 要進一步加大技術(shù)和產(chǎn) 品開發(fā)的力度, 進一步提高產(chǎn)品質(zhì) 量、 穩(wěn)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(yè)交流的力度, 解決家具業(yè)在其生 產(chǎn)線上使用水性木器涂料的工藝技 術(shù)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(jié)能減 排、 環(huán)保型產(chǎn)業(yè)的典型代表, 是涂料 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。 相信在國家 相關(guān)政策的支持下,