我国水性木器涂料发展现状及存在问题

1、我国水性木器涂料发展现状及存在问题一、水性木器涂料与油性木器 涂料对比 水性木器涂料是指以水为分散 介质制造的有机聚合物涂料 , 可以直接用水稀释 ,其涂装对象为实木木材 （含竹材、藤材或者人造板材 （胶合板、纤维板等等的表 面, 在涂装过程中, 水分逐渐挥发 , 形成有机聚合物漆膜 ; 传统的油性木器涂料则是 聚合物溶于有机溶剂 （所谓的“油”所 形成的溶液, 在涂装过程中 , 有机溶剂逐渐挥 发, 形成有机聚合物漆膜。 二者的根本区别在于分散介质和稀释剂不同 , 前者是水, 后者为有机溶剂。文 /李效玉北京化工大学材料科学与工程学院 水性木器涂料除使用极少量的 无毒或低毒的醇醚作为成膜助剂

2、外 , 其分散介质和稀释剂是水 , 价廉无污 染、不燃烧、使用安全。而油性木器涂 料中所使用的分散介质为有机溶剂 , 施工过程中使用的稀释剂 （稀料也 均是石化产品 , 通常是芳香烃类、醇 醚类、醛酮酯类、卤代烃类等。这些有 机溶剂和稀释剂占油性木器涂料总质量的 60%80%, 不但会消耗石油资源, 而且容易燃烧 , 易造成环境污染。 在木器家具制造、 室内木质制件的现场装修和户外木器工程涂装的过程中, 油性木器涂料存在以下 3 点严重问题 :木器涂装往往是开放的环 境, 油性木器涂料中的有机溶剂不能 回收, 直接排放大气环境中 , 对大气环 境造成污染 , 对涂装工程师的身体健 康带来严重危

3、 害 ; 另外, 残留在木器 中的有机溶剂往往需要数年才能挥发 完全, 而这些家具大多 在室内使用 , 给 室内环境带来了污染 , 危害人体健康。 有机溶剂来自于石油 , 油性 木器涂 料中的有机溶剂仅仅起到工艺作用 , 在施工过程中又会挥发出来 , 挥发出 的 有机溶剂基本无法回收。 我国是木 器家具生产第一大国 , 2010年, 木器制 品产值超 过 8700亿元, 其中, 消耗的新材料产业 NO.6 201145木器涂料约 90 万 t, 这其中的 98%以 上为油性木器涂料 , 这样一来 , 由油性 木 器涂料消耗的有机溶剂约 70万t、原油约 150万 t, 造成了巨大的资源浪费。

4、由 于有机溶剂为易燃物质 , 木材也 是易燃物质 , 因此, 在木器制品的涂装 过程中存在较 大的火灾隐患。不过, 尽管水性木器涂料以水作 为分散介质和稀释剂 , 不存在油性木 器涂料存 在的环境污染、 资源消耗和 火灾隐患等问题 , 但水性木器涂料是 否能满足木器制 品的涂装工艺和漆膜 性能要求 , 成为其未来发展的关键。二、我国水性木器涂料发展历 程回顾从 20世纪 50年代起, 我国就已经 较为广泛地使用如油性醇酸木器涂料 和油性 硝基木器涂料 ; 到 20世纪 60年代末期, 又发展出了聚氨酯油性木器 涂料 ; 20世纪 90年代, 以聚酯多元醇和多异腈酸酯为主体树脂的双组分聚 氨酯油

5、性木器涂料 （也 称聚酯漆一度盛行于市场 ; 进入 21世纪, 以家具出口引领我国家具业快速增长 , 美 式涂装所需的硝基油性木器涂料在家具行 业中的应用得到快速增长 , 形成了油性 聚氨酯木器涂料和油性硝基木器涂 料共同占据木器涂料市场的局面。 相对于油性 木器涂料的研发和应用而言, 我国水性木器涂料发展较晚 , 发展速度较慢。 20个世 纪末, 国内市场上首次出现了全进口的德国 “都芳”水 性木器涂料。随后, 山东省 莱阳市亚力美涂料公司 （简称“亚力美”生 产出了首批国产水性木器涂料 , 不过, 由 于产品技术和市场等多种原因 , 未经几年 , 亚力美便在市场上隐退。此后, 在国家和地方

6、科技项目的 支持下, 国内部分高等学校和科研院 所也逐步 开展了水性木器涂料的研发工作, 水性木器的涂料的研发与产业化就此蓬勃开展起来。在国家“863”计划的支持下 , 北京化工大学联合武汉安泰化学工业有限公司开展了全丙烯酸酯系高性能水性木器涂料专用乳液合成和高性能水性木器涂料的制备研究, 该项目已于 2005年完成产业化 , 并与北京东方水润涂料公司、 武汉海斯普林科技发展有限公司、 江苏大象东亚制漆有限公司、广东巴德士化工有限公司等多家公司合作实现了高性能水性木器涂料的产业化 ; 在粤港科技 合作资助计划的支持下 , 华南理工大 学与广东嘉宝莉涂料有限公司合作 , 也完成水性聚氨酯木器涂料

7、的研发并 实现了产业化 ; 安徽大学、 中海油常 州涂料化工研究院等单位在各种科技 计划的支持下 , 开发出了水性聚氨酯 木器涂料产品。 在此期间 , 另有多家涂 料厂通过自主研发 , 开发了多个品牌 的水性木器涂料产品并投入市场。 进入 21世纪之后 , 我国水性木器 涂料技术和产品研发迎来了大发展时 期。 据不完全统计 , 截至目前 , 宣称能 够生产水性木器涂料产品的涂料厂家 大约在 100家以上, 然而, 水性木器涂 料的销售量仅仅占水性木器涂料的 2%左右。 发展了 10 余年的水性木器 涂料迟迟难以打开销路 , 未能在家具制造厂家普遍得以应用 , 成为水性木器涂料产业发展的瓶颈。

8、笔者认为 , 其关键的 2点, 是产品本身的技术问题和市场的引导问题。三、水性木器涂料存在的技术问题制备高性能水性木器涂料的关键, 是作为成膜物质的水性木器涂料专用高性能树脂的结构设计与合成。如何将易溶于有机溶剂的聚合物材 料制备成稳定的水分散体 （聚合物胶 乳 , 进 而制成高性能的水性木器涂 料, 成为涂料界的世界性技术难题 , 具 体表现为以下几 点 : 为使聚合物能在水中稳定分 散, 势必在聚合物体系中引入亲水性 基团 （亲水 的侧基, 乳化剂等 , 但是这 种亲水性基团的引入会对漆膜的耐水 性能造成影响 , 一 旦树脂的结构设计 不好, 会严重影响涂层的耐水性能。 水的存在, 限制了

9、涂料中 聚合 物的许多共价交联 , 使漆膜的耐介质性 能和硬度差 , 采用多官能度异氰酸酯交 联剂交联时 , 往往也会受到水的影响 , 造成发泡现象。 因此, 合理的交联体系 是获得 高性能水性木器涂料的关键。 水性木器涂料的聚合物胶乳成 膜过程是乳胶粒子 堆积成膜 , 如果施 工不当, 极易造成漆膜缺陷 ; 而水性 树脂结构和水性木器涂料配 方设计不 合理, 施工工艺控制不好等 , 又极易造 成如漆膜开裂、 泛乳光等问题。 在水性木器涂料对木底材进行 施工时 , 水对木材的浸润会导致木材 中的纤维 木径发涨。 虽然在涂装过程 中经多道涂装打磨施工 , 短时间很难 看出缺陷 , 但是时 间稍长

10、后 , 就会在涂 层表面发现沟壑。 这是木材经水膨胀 以后又收缩的过程所造 成的, 选择合 理的抗沟壑封闭底漆是解决这些问题 的关键。 木器制品的涂装施工 , 要有一 个完整的涂料配套系统 , 包括封闭涂 料, 高打磨 性底涂料、 面涂料, 水性透 明腻子, 水性着色体系等。 水性木器涂料制备过程中存 在水性木器涂料的助剂和颜色体系不 配套问 题。 目前, 制作绝大多数水性木 器涂料所用的工艺助剂并不是水性木Advanced Materials Industry新材料产业 NO.6 201147油性木器涂料相互争夺固有市场的问 题, 但鉴于水性木器涂料环保性能带来 的 巨大市场前景 , 一些经

11、营良好的大型 油性木器涂料企业对水性木器涂料的 技术研发 也投入了大量的人力和物力 , 正在进行有效的相关技术储备。相 对 于 涂 料企 业的 “热” 应, 用 方家具界对水性木器涂料的应用 似乎 并不兴奋。 笔者认为 , 原因可能有 几个方面 :技术本身的成熟度问题。 由于 高性能水性木器涂料研发和生产是涂 料界的 世界性难题 , 经过近十余年的发 展, 尽管水性木器涂料研发已经取得了 长足的进步 , 但是所投放市场的产品在 很多方面尚不成熟 , 产品配套性也差。 用户接受度问题。 部分消费者 单纯追求漆膜高硬度、 高丰满度 , 而忽 视环 保性能 ; 家具制造商也往往只讲 求漆膜性能指标

12、, 拿水性木器涂料与 油性木器涂料 相比较。 从涂料科学方 面看, 水性木器涂料很难全面达到油 性木器涂料的漆膜性 能, 因此, 水性木 器涂料推广过程中往往会因为漆膜的 性能不如油性木器涂料而被 家具厂和 消费者拒之门外。与此同时, 由于水性木器涂料施工工艺与油性木器涂料不同 , 比如漆膜干燥和 硬化时间长、施工效率较低 , 所以, 在目前大多数家具厂订单较满、 都在赶“单”的 情况下, 大多家具厂并不愿贸然改造涂装生产线转而使用水性木器涂料。 国家政策方面的问题。 尽管水性木器涂料在涂料业内部火热了 10余年, 但 就国家层面而言 , 并没有出台对油性木器涂料的相关限制措施 , 对推广水性

13、木器涂 料的政策支持也较少 , 因此, 单凭水性木器涂料生产企业一方面进行 水性木器涂料 的推广, 进展较为缓慢。器涂料的专用助剂 , 而是沿用为建筑涂料开发的助剂 , 造成了助剂与水性木器 涂料体系不配套 , 功能性助剂性能不好 （如缺少适合水性木器涂料用 的高通透的消 光剂、高通透的蜡助剂等 , 着色体系的水性色浆、 高透色浆不配套等问题。上述这些问题是从事水性木器涂 料研发和生产的机构和企业面临的普 遍问 题。不过, 经过多年的不懈努力 , 其中的绝大多数问题正在逐渐得到解 决。值得一 提的是, 北京化工大学联合国内多家企业在全丙烯酸酯系高性能 水性木器涂料专用 树脂合成和高性能水性木器

14、涂料制备方面取得的研发成 果, 已经在多家涂料企业应 用。其中, 在美克国际家私 （天津制造有限公司的美式家具涂装 , 北京木材厂等家 具厂的木器家具涂装 , 国家大剧院、人民大会堂木门翻修等工程项目涂装等方 面, 都有了成功的实践经验 , 除此之外, 该成果还形成了木器家具涂装、 家庭宾馆装修 和户外木器工程涂装系列 化产品。华南理工大学与广东嘉宝莉 涂料有限公司合作 在聚氨酯高性能水性木器涂料的研发和生产方面也取 得了重大突破 , 并实现了产品 较大范围的推广。可以预计 , 随着水性木器涂料一些关键技术的逐渐解决 , 水性木 器涂料完全可以满足在家具、 家装和户外木器涂装的使用要求。四、水

15、性木器涂料应用推广过 程中的瓶颈纵观我国水性木器涂料 10余年的 发展史, 不难发现 , 涂料行业开发水性 木器涂 料的积极性十分高涨 , 特别是一 些刚刚涉足涂料业的小型企业或者已 有的小型涂料 企业开发水性木器涂料 的热情尤甚。 虽然存在水性木器涂料与五、发展水性木器涂料的建议据 报 道, 国 家 安 全 生 产 监 督 管 理总局发布关于治理木质家具企业 高 毒 物 质 危 害 的 通 知, 同 时, 水 性 木器涂料作为环境友好产品被列入 2010年 环 境 经 济 政 策 配 套 综 合 名 录 。 除此之外 , 国家对高毒溶剂型 木器涂料进行了明 令限制 , 让苦苦 支撑十几年的水

16、性涂料界人士看到 了曙光。笔者建议 , 从事水性涂料研发和 生产的高等学校、 科研院所和相关 涂料企业 , 要进一步加大技术和产 品开发的力度 , 进一步提高产品质 量、 稳定性和配套性 ; 同时, 要加强 水性木器涂料应用性研究和对施工 人员的培训 , 加大与下游家具制造 业交流的力度 , 解决家具业在其生 产线上使用水性木器涂料的工艺技 术问题。 目 前, 尽管油性木器涂料的 市场份额仍然很大 , 推广仍然很强 势, 但是水性木器涂料属 于节能减 排、 环保型产业的典型代表 , 是涂料 产业发展的重要方向。 相信在国家 相关政策的支持下 , 水性木器涂料 的研发和应用必将加速。 笔者坚信 , 水性木器涂 料的发展是人们对