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水性木器涂料在实木家具上的涂装应用
杨远，花东栓，闫会玲，李云，宋立强(河北晨阳工贸集团有限公司，河北徐水072550)
0 前言
2015年1月1日正式实施的《环境保护法》被认为“史上最严”的环保法，新法规的出台和实施对于各行各业带来深远的影响，首当其冲的是家具行业，新环保法的实施必然迫使大批家具企业升级转型，进行改革与创新。那么在新《环境保护法》的影响下，家具企业面临新的机遇和挑战，新环保法将掀起家具行业的一场“绿色革命”。
开发无甲醛、无公害的环境友好型家具将成为行业发展的一个主流趋势。水性木器涂料作为溶剂型木器涂料的升级换代产品，是以水性树脂(乳液)作为主要原料，用水作为分散和施工介质，不含苯、甲苯、醋酸乙酯、环己酮等溶剂，不含游离TDI(甲苯二异氰酸酯的英文缩写)的涂料。水性木器涂料以水取代有机溶剂，通过科学的水性化工艺制造而成，具备良好的装饰及保护性功能。面漆涂膜清澈亮丽，透明性佳，具有良好的硬度和耐黄变性能；底漆能在木器表面形成牢固的保护层，特别适合对环保、健康、安全要求高的场所使用。根据性能的要求可以调制出适用于实木家具的水性木器涂料。水性木器涂料在技术上实现了真正环保，市场供求之间的巨大缺口开始吸引一些有实力的厂家涉足其中。从涂料市场的发展趋势来看，水性木器涂料必将成为家具涂装和家装涂装的重要潮流。
而实木家具作为高端家具，有以下优点：(1)由于使用天然木材作主材，使得家具外观更具自然气息，手感舒适。(2)结实耐用、环保系数高，也是实木家具的重要优点。一般制作工艺合格的实木家具，除非使用的涂料有环保问题，否则一般没有污染隐患。
1 实木家具对涂层的一些要求
实木家具使用水性木器涂料如果想达到完美的施工性，必须注意涂料的配套性。所谓涂料的配套性就是涂饰基材和涂料以及各层涂料之间的适应性。选择涂料应依照一定的原则，以保证涂层具有良好的防护性和装饰性，满足使用条件对涂层性能的要求，它包括如下几个方面的内容。
1.1 涂料和基材之间的配套
不同材质的表面，必须选用适宜的涂料品种与其匹配，对于木制品、纸张、皮革和塑料表面不能选用需要高温烘干的烘烤成膜涂料，而必须采用自干或仅需低温烘干就可固化成膜的涂料。
1.2 涂膜各层之间应有良好的配套性
底漆与面漆应配套，最好是烘干型底漆与烘干型面漆配套，自干型底漆与自干型面漆配套，同漆基的底漆与面漆配套。当选用强溶剂的面漆时，底漆必须能耐强溶剂而不被咬起。此外，底漆和面漆应有大致相近的硬度和伸张强度。硬度髙的面漆与硬度很低的底漆配套，常产生起皱的弊病。
1.3 在采用多层涂装时，应考虑涂层之间的附着性
附着力差的面漆应选择附着力强的底漆。在底漆和面漆性能都很好而两者层间结合不太好的情况下，可采用中间过渡层，以改善底层和面层之间的附着性能。
1.4 涂料与施工工艺的配套
每种涂料和施工工艺均有自己的特点和一定的适用范围，配套适当与否直接影响涂层质量、涂饰效率和涂饰成本。涂料的施工工艺应严格按涂料说明书中规定的施工工艺进行，高黏度涂料一般选用髙压无气喷涂、辊涂施工；平板件产品可采用普通喷涂或淋涂，因此，对于一定的涂料必须选用与之相配套的施工工艺。
1.5 涂料与辅助材料之间的配套
涂料的辅助材料虽不是主要成膜物质，但对涂料施工、固化成膜过程和涂层性能却有很大影响。辅助材料包括黏结剂、腻子、着色剂等。它们的作用主要是改善涂层的装饰性能和涂层的相容性，因此，各种辅助材料的使用一定要慎重，切不可马虎。
2 原材料的选择
2.1 目标
根据公司发展规划要求，经市场调研、销售、技术人员协商决定专门研发系列适用于实木家具的水性木器涂料，主要针对实木家具涂料市场，主要目标为替代溶剂型木器涂料。
具体技术指标见表1、表2。
2.2 技术要求分析
2.2.1 南北方天气情况
北方年度整体的温度和湿度都比较低，而且温度方面，北方会有冬天供暖，整体上施工没有问题，南方的天气湿度和温度相对于北方来说都要高一些，所以在配方设计方面要考虑高温高湿的环境。
2.2.2 产品的定位
主要应用于高档实木家具，各项性能均高于国标。
2.3 乳液的选择
以乳液为例，搜寻国际国内主要水性木器涂料面漆乳液样品，根据其参考配方制漆，检测基本性能，筛选合适的乳液，表3为对比数据。
通过试验对比，6#乳液的各种关系因素更为优秀，所以暂时考虑以6#为基础乳液。
3 配方设计与产品性能
用于实木家具的水性木器涂料同其他涂料一样，也常按施工工序进行分类，分为封闭底漆、中涂底漆(二道底漆)、面漆、罩光漆和一些辅料等，下面将对一些水性木器涂料的材料选择和配方设计进行叙述和举例。
3.1 水性木器涂料封闭底漆
3.1.1 基本配方(见表4)
3.1.2 主要性能(见表5)
3.1.3 产品特点
不含苯系物、游离TDI、重金属；填充性及渗透性强；针对木材涂装易出现胀筋和起毛刺现象研发的特殊结构产品，具有抗胀筋、干燥迅速、渗透性强的特点，有效隔断水分子、单宁酸的迁移。
3.2 水性木器涂料中涂底漆
3.2.1 基本配方(见表6)
3.2.2 主要性能(见表7)
3.2.3 产品特点
采用自制的PU改性丙烯酸自制乳液，充分结合木制品的特点，通过科学的水性化工艺制造而成，以水为溶剂，无毒无味，属环境友好健康型产品。涂膜硬度高，具有优异的透明性，耐磨、耐候、不黄变，施工过程中无异味，适用于实木家具、工厂高端装修用底漆。
3.3 水性木器涂料清面漆
3.3.1 基本配方(见表8)
3.3.2 主要性能(见表9)
3.3.3 产品特点
采用自制的PU改性丙烯酸乳液，充分结合木制品的特点，配合特殊功能助剂，采用先进的工艺精制而成。具有极高的耐磨度和抗化学腐蚀能力；硬度好，硬度上升快；涂膜光滑细腻；耐湿热优异，开水杯放置无粘连，无水白痕迹，涂膜无明显变化；不黄变、不褪色，保留了木材的天然外观。用清水稀释，无毒无味，属环境友好健康型产品，适用于实木家具、工厂高端装修用面漆。
3.4 水性修色金油
3.4.1 基本配方(见表10)
3.4.2 主要性能(见表11)
3.4.3 产品特点
采用优质材料精制而成，具有优异的层间附着力和硬度，特别好的颜色通透性和润湿性，用专用水性色精调整所需要的颜色。避免了修色干涩，颜色看不准，厚涂不干的弊病，可也以用作高光泽、高硬度的透明面漆，适合大型工装作业，特别适用于实木家具、工厂高端装修的修色。
3.5 水性格丽斯
3.5.1 基本配方(见表12)
3.5.2 产品特点
水性格丽斯是一种用于素材着色的纯水性环境友好型产品，涂布于需着色的板材上后，根据板材木纹及木茎的吸收不同，从而达到加深木纹，加强立体感的效果，清晰自然。施工宽容性好，施工时限长，易擦涂。不含有毒物质和有害金属，气味低。施工简便，用棉布即可轻松着色。综合性能优异，色泽鲜艳、均匀，着色力好，高端大气。
涂刷面积：15 m2/kg左右。
干燥快：常温干燥1 h后即可上封闭底漆。
3.5.3 施工工艺
(1)木材表面应清洁无污，如有白乳胶，油污等应清洁干净后施工。
(2)白坯用240～400目的砂纸打磨掉表面毛刺，然后用腻子补平钉眼，干燥后进行打磨，最后直接在白坯上进行着色。
(3)用干净的布，螺旋状进行擦涂，把格丽斯擦入木纤维导管中，擦涂完以后顺着木纹擦下。一定要把表面吸收干净，不要留有多余的格丽斯，否则干燥以后颜色会不均匀。
(4)如果觉得表面颜色深，可加点水进行稀释，把表面擦干净。或者拿干净的湿布把表面擦一下。如果觉得颜色浅或颜色不均匀可以补擦。
(5)如果大面积施工时，可以加水0～10%后，先在板材上预先洒上一些，让格丽斯分布开来然后用大块布，大面积擦。
(6)擦完色以后一般情况下不需要打磨，干燥后进行下一道施工。
4 涂装工艺和设备
4.1 白色开放涂装工艺(见表13)
注意事项：
(1)底漆、面漆涂装最好间隔4～8 h，以充分晾干打磨。
(2)白底漆涂装1道，防止将木纹填充变成半开放效果。
(3)严格控制兑水量，白底、白面漆兑水量不超过5%，按照少兑水的原则，只要雾化、流平效果好即可。
(4)不建议使用水砂磨的方法，防止底材未实干，打磨后透底。
(5)建议使用开放工艺时，提前选择纹理较深的素材。
4.2 有色透明开放涂装工艺(见表14)
注意事项：
(1)每道涂装最好间隔4～8 h，以充分晾干打磨。
(2)严格控制兑水量，清底、清面漆兑水量不超过5%，按照少兑水的原则，只要雾化、流平效果好即可。
(3)擦色、面修色时一定要均匀，若发花，可重复一次修补，然后再进行下一道涂装。
(4)腻子调色要小范围测试，然后再大面积施工。
(5)若只进行底着色或面修色，直接省去不需要的着色工序即可。
4.3 实色＋擦金(银)＋清漆涂装体系(深木纹的水曲柳)涂装工艺(见表15)
注意事项：
(1)底漆、面漆涂装最好间隔4～8 h，以充分晾干打磨。
(2)实色面漆薄涂1～2道，防止将木纹填充变成半开放效果。
(3)严格控制兑水量，按照少兑水的原则，只要雾化、流平效果好即可。
(4)不建议使用水砂磨的方法，防止底材未实干，打磨后透底。
(5)建议使用开放工艺时，提前选择纹理较深的素材。
(6)擦涂格丽斯CYWGL-1000快速圈擦，擦入纹理，纹理外面的要清理干净(如果有局部收不干净可以选用1 000目左右细砂纸或0000#钢丝绒轻砂)，注意均匀。
5 水性木器涂料的4种不同干燥方式
水性木器涂料的应用已经是相关行业共同认可的一大趋势，尽管要达到高效作业还有许多的难关需要攻克，很多的技术需要进一步完善，但那只是时间的问题。在诸多的难关中，干燥技术就是其中之一。水性木器涂料的干燥方式有很多，不同的干燥方式对水性涂料的干燥速度和成膜质量有着明显的不同，下面就水性涂料的几种干燥办法概述。
5.1 自然干燥
自然干燥(见图1)具有办法简单、应用普遍的优点，但同时具有干燥速度慢的缺陷。在自然条件下，温度和湿度及风速是不时变化的，干燥速度及成膜质量不稳定。假如在高温高湿或湿度比较大的状况下，涂层容易发白，干燥速度较慢。在低温下，干燥速度很慢；特别是在5 ℃下，水性涂料难以成膜。这些都是限制水性涂料推行应用的重要缘由。
5.2 热空气干燥
热空气干燥是采用对流原理，以温度为40～60℃的热空气为载热体，将热能传送给工件外表的涂层，涂层吸收能量后固化成膜的加热干燥办法。常用电或蒸汽作为热源，先使空气加热，热量经过对流方式由热空气传送给涂层外表，使涂层得到快速干燥。采用热空气干燥工艺，能够明显加快涂层干燥速度，并具有顺应性强的特性，是应用较为普遍的一种干燥方式，见图2。
5.3 微波干燥
微波是指波长为1～ 1 000 mm，频率为300～300 000 MHz，具有穿透性的电磁波，常用的微波频率为915～2 450 MHz。微波加热应用的是介质损耗的原理，而水的介电常数比干物质大得多，电磁场释放能量的绝大局部被涂料中的水分吸收。
微波场以每秒几亿次的高速周期性地改动外加电场的方向，使水分子疾速摆动，产生显著的热效应，从而使涂料内部和外表的温度同时疾速升高。微波加热的优点在于干燥速度特别快，不同的物质对于微波具有选择性吸收；对被干燥物件没有外形要求；对涂膜的加热很平均，不存在温度梯度，能够干燥厚膜，见图3。
5.4 红外线干燥
红外线固化能够用来干燥水性木器涂料的涂层。所谓红外线固化实践上是指被涂饰的家具板件及其涂层在红外线的映照下，吸收辐射能量并被转化成热能，从而完成涂层的固化。红外线是一种不可见射线，介于可见光和微波之间，波长为0.72～1 000μm。按波长范围分，能够分为“近”、“中”、“远”红外线，常用远红外线干燥涂层，见图4。
红外线固化具有固化速度快、升温疾速、固化质量好等优点，但是用红外加热干燥涂层时，涂层存在着明显的温度梯度，它的干燥是由外表向内部延伸的，这就使得它不合适用于干燥较厚的涂膜。
6 结语
在蓝鸟家具厂，经现场使用，涂装后涂膜物理性能检测指标如表16所示。
从表16的检测结果来看，水性木器涂料在实木家具上的物理性能可以和溶剂型PU涂料相媲美。随着国际国内水性树脂与水性助剂的不断创新和更新换代，水性木器涂料的研发技术也在攻克一个又一个的技术难关，水性涂料的一些弊病都逐渐得到解决。新环保法的颁布，使得水性木器涂料成为家具企业变革的首选，据业内专家称：“水性涂料产品的市场一旦大规模启动，涂料行业将会实现跨越式进步。2015年是一个变革时期，业内企业要紧紧抓住这一难得的机遇。”预计水性木器涂料在家具企业的应用，2015-2016年会呈一个井喷式的发展，在天时、地利、人和的大环境下，水性木器涂料的春天已经到来，涂料企业要做的就是全力以赴地抓住这一机遇，培养更多的水性涂料专业人才，肩负起国家寄予的责任和希望，为祖国的环保事业做出应有的贡献。
