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我國水性木器涂料的研究進展及前景
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http://shiquanmuye.com 發(fā)稿日期:2009-3-3
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0概述
2009-2012年中國整體衣柜行業(yè)發(fā)展分析與投資前景 【出版日期】 2009年2月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數量】 150個2009-2012年中國涂料行業(yè)發(fā)展分析與投資前景研究 【出版日期】 2009年2月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數量】 150個2009-2012年中國飾面板行業(yè)發(fā)展分析與投資前景研 【出版日期】 2009年2月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數量】 150個2009-2012年中國耐火材料行業(yè)發(fā)展分析與投資前景 【出版日期】 2009年2月 【報告頁碼】 350頁 【圖表數量】 150個從目前看，木器涂料所使用的涂料樹脂品種主要有：硝基涂料、酸固化氨基醇酸樹脂涂料、不飽和聚酯涂料、丙烯酸酯涂料和聚氨酯涂料，其中聚氨酯涂料是最主要的木器涂料品種。
我國木器涂料年消費量達40萬t以上，其中聚氨酯涂料為30萬t，占75％左右；我國木器涂料生產廠家近千家，品種有數千個，多數在廣東。按涂料所用溶劑分類，在木器涂料里大致可分為溶劑型木器涂料、水性木器涂料、光固化木器涂料等。
而目前在木器涂料行業(yè)人們最關心的是涂料水性化問題。世界工業(yè)發(fā)達國家迫于環(huán)保的壓力，所以在木器涂料方面最注重的是水性涂料的開發(fā)，水性木器涂料最大的優(yōu)勢是綠色環(huán)保，但存在的問題不少，主要是質量方面，與溶劑型木器涂料相比，其存在著硬度低,豐滿度較差，早期抗粘性較差,抗沾污能力差，開罐外觀不理想，耐水性、光澤等均不理想，且有高溫回粘等問題。此外，其價格較高。面對這些缺點，就必須在水性木器涂料用基料的設計上采用合理的分子結構，對樹脂進行改性，選擇合理的水性助劑，如助溶劑、潤濕流平劑、消泡劑、增滑劑、消光劑和增稠劑等，以提高其性能。另外，合成新型水性固化劑來增強其性能也是一種很有效的措施。當然對待水性木器涂料不能只從傳統(tǒng)的消費理念去看待，而歐美國家對待水性木器涂料有其獨到的見解，我們還首先從環(huán)保意識上去考慮。
最近以來，國內各家涂料公司、科研院所和學校等對水性木器涂料的研究和開發(fā)做了大量工作，并取得了不少成效。其中有關水性樹脂的合成方面值得業(yè)內借鑒。
1水性木器涂料用水性樹脂的研究進展
1.1水性醇酸
調節(jié)油度長短來獲得涂膜的一些性能：油度短，則快干、光澤、硬度高；油度長，柔韌性好、耐沖擊性好。引入丙烯酸酯以降低催干劑用量，改善耐黃變性。采用C9樹脂，提高醇酸樹脂快干和抗性,有效降低成本，開發(fā)新型絡合催干劑，改善干性差問題。引入耐水解的合成原料和控制中和度解決其易水解問題。加入丙烯酸乳液或水性聚氨酯樹脂提高醇酸樹脂保光性。
1.2丙烯酸乳液
引入活性—Si(OR)x基團可增加乳液交聯(lián)密度，提高機械強度和耐水性、耐污性和耐候性。通過共聚或共混方式引入微量功能單體，實施對丙烯酸乳液交聯(lián)，使之相應具有穩(wěn)定性、防水性、抗拉伸強度、附著力、耐老化性等。采用無皂聚合、核殼（多相嵌段）聚合以及自交聯(lián)和改性技術來提高其硬度、抗劃傷性、抗粘連性、柔韌性、耐化學品性、耐油污性、耐久性、抗紫外線、抗熱回粘和低溫成膜性等。
1.3水性聚氨酯
為降低其成本，可將水性聚氨酯與成本相對較低的丙烯酸乳液混合使用，同時又可取得性能上的優(yōu)勢互補。為提高水性聚氨酯的機械性能和耐化學品性，可在其制備過程中引入含不飽和鍵的脂肪酸以制成自交聯(lián)型水性聚氨酯。這類自交聯(lián)水性聚氨酯在成膜過程中還可加入金屬類催干劑來催化自交聯(lián)。由于水性聚氨酯中有親水基團會導致耐水性下降問題，可采用外加交聯(lián)劑的辦法來解決。用含硅氧烷基團的有機硅化合物對水性聚氨酯進行封端,可制備室溫固化含硅水性聚氨酯分散體，此產品可用來制造低表面能的水性木器涂料,耐水性、抗劃傷性、柔韌性和耐候性均很優(yōu)異。用水性聚氨酯制成的水性聚氨酯木器涂料分為單組分水性聚氨酯木器涂料和雙組分水性聚氨酯木器涂料兩類。這是因為所用的水性聚氨酯性質不同：前者聚合物的相對分子質量較大，成膜過程中一般不發(fā)生交聯(lián)，具有施工方便的優(yōu)點；后者是由水性樹脂和含多異氰酸酯的固化劑所組成。施工時，將二者混合，成膜過程中二者相互發(fā)生了交聯(lián)反應，故涂膜性能要好。在此分述如下：
1.3.1單組分水性聚氨酯涂料用水性樹脂
與雙組分水性聚氨酯相比，涂料耐化學品性、耐溶劑性欠佳，硬度、光澤和鮮艷度也較低。辦法是采用交聯(lián)改性方法，即先選用多官能度反應物如多元醇、多元胺擴鏈劑和多異氰酸酯交聯(lián)劑等來合成具交聯(lián)結構的水性聚氨酯分散體，然后加后交聯(lián)劑等，這種輔助交聯(lián)劑所發(fā)生的交聯(lián)劑反應在乳膠顆粒內，它能增大乳膠顆粒中聚氨酯鏈的分子量而不影響乳膠的穩(wěn)定性，這樣就能很好地克服當前單組分水性聚氨酯木器涂料所存在的硬度低、耐水性和耐溶劑不良的缺點；熱活化交聯(lián)是由封閉型異氰酸酯乳液與聚氨酯乳液混合形成單組分乳液，干燥后進行熱處理，使高反應性的異氰酸酯基團再生并與聚氨酯分子所含的活性基團反應形成交聯(lián)的涂膜；采用干性或半干性油脂改性聚氨酯，并用金屬催干劑來引發(fā)主鏈上的雙鍵進行交聯(lián);另外，還有用光固化交聯(lián)的辦法，即在聚氨酯中加入先引發(fā)劑，采用射線激發(fā)使之產生交聯(lián)固化。而改變聚氨酯的合成原料也很有效，因為合成聚氨酯的原料為多異氰酸酯、多元醇和擴鏈劑。只要其中任一組分被三官能度以上的原料全部或部分取代就能得到一定支化度和交聯(lián)度的聚氨酯產品，在合成交聯(lián)型聚氨酯乳液時，一般通過使用多官能度擴鏈劑在聚氨酯分子鏈中引入支鏈結構。近年來，對新型交聯(lián)劑和多官能度擴鏈劑的選擇與合成研究相當活躍，并已成為提高水性聚氨酯物理機械性能和耐水性能的主要途徑之一。復合改性是在一定條件下，采取一些方法，實施聚氨酯與其他樹脂的共混、共聚或接枝，結合兩種或者兩種以上樹脂的性能優(yōu)點，取長補短，使聚氨酯的某些性能得到提高。可以與聚氨酯進行復合的樹脂很多，其中研究最活躍的是：丙烯酸樹脂、有機硅樹脂和環(huán)氧樹脂，其他改性有含氟水性聚氨酯、天然高分子或脂肪族聚酯等的改性。
1.3.2雙組分水性聚氨酯涂料用水性樹脂
與溶劑型雙組分聚氨酯木器涂料相比，水性雙組分聚氨酯木器涂料的VOC含量很低，可減少70%～90%，且干燥速度快，其光澤、物化性能及使用期均能滿足水性木器涂料的要求，故制成常溫固化雙組分水性木器涂料是顯著提高涂膜性能的一個重要途徑。水性雙組分聚氨酯經過兩組分溶合、粒子凝結、羥基和水與多異氰酸酯的競爭反應以及二氧化碳的逸出這一系列過程后固化成膜。一般來說，水性羥基組成都設計成帶一定數量的羰基，這些羰基成鹽后可以避免樹脂絮凝，羥基組分可以是乳液，也可以是分散體（按樹脂組成可分為水性丙烯酸、水性聚酯、水性醇酸和水性聚氨酯），羥基分散體的相對分子質量和Tg值一般要高于羥基乳液，而羥基含量太高或玻璃化溫度太高都會使丙烯酸分散體親水性太強而不能有效地使固化劑乳化在水中，丙烯酸分散體粒徑小有利于提高涂膜的硬度和外觀。粒徑小時，粒子的比表面積增大，固化劑分散進入粒子內部的路程縮短，從而提高了羥基的利用率。
另外，隨著粒度的降低，在成膜過程中出現毛細作用，這些作用也有利于兩組分的聚結；水性雙組分聚氨酯的適用期通常較短，加入固化劑后黏度增長,若與適用期不相適用會影響涂料的性能，如流平性、光澤、透明性、耐溶劑性、耐水性以及耐久性；體系中存在著異氰酸酯與多元醇的反應，氨基甲酸酯與脲和異氰酸酯的反應，以及異氰酸酯與水的反應，還存在著異氰酸酯與羥基的反應，該反應更慢于和水的反應，由于異氰酸酯與水反應生成黏性脲層，阻礙了羥基粒子的聚結，影響了最終的成膜過程，反應生成的二氧化碳逸出會造成涂膜縮孔、氣泡以及失光等缺陷，如將雙組分涂料混合后放置一段時間再施工，涂膜的抗流掛性變強，形成針孔的極限厚度變小，閃蒸時間越長，流平性就越好，形成針孔的極限厚度也越大，但涂膜硬度、耐溶劑性、耐化學品性稍有降低;另外溫度高、濕度低也有利于水分的揮發(fā)，濕度降低會提高涂膜形成針孔的極限厚度和抗流掛性。
1.4其他
現在出現一種水性雙組分無異氰酸酯木器涂料，它不是傳統(tǒng)意義上的雙組分涂料，它由水性氨基羧基丙烯酸樹脂和能與之反應的硅烷偶聯(lián)劑醇溶液所組成，具有干燥速度快、硬度大、附著力好、光澤高、耐水、耐醇性優(yōu)異等優(yōu)點，堪與雙組分聚氨酯涂料相媲美，且沒有聚氨酯涂料中的游離異氰酸酯，屬新型環(huán)保型木器涂料，其反應機理是：硅烷偶聯(lián)劑中的環(huán)氧基團與丙烯酸樹脂的氨基和羰基反應，環(huán)氧基團在室溫下與伯胺反應形成仲醇，繼續(xù)反應形成叔胺，在水和醇的催化下，反應較快發(fā)生，硅烷分子的環(huán)氧基團一旦將硅烷連接到聚合物的主鏈上，硅烷就能發(fā)生水解反應并與另一聚合物主鏈上的硅烷醇發(fā)生聚合，然后繼續(xù)反應下去，最后生成巨大的網狀結構分子。另一種可用于水性木器涂料的室溫交聯(lián)劑，由武漢強龍化工新材料有限公司研制，據報道此品將有助于促進涂料水性化并實現涂料產業(yè)升級及結構調整，此交聯(lián)劑名稱為：三羥甲基丙烷三—（3—乙烯亞氨基）—丙酸酯，國外僅BASF等三家企業(yè)能生產，該交聯(lián)劑不僅適用于乙烯基類聚合物的室溫交聯(lián)，而且還適用于聚氨酯乳液和環(huán)氧樹脂的交聯(lián)，可改善耐水性、耐化學品性以及耐溫性、耐摩擦性，提高對底材的附著力。
2水性木器涂料市場現狀及前景
在我國木器涂料實現水性化是一個很艱難的歷程，它不同于建筑涂料和其他工業(yè)涂料，因為需要解決硬度、豐滿度、耐水性、價格、高溫回粘等瓶頸問題，還有一個是國人對水性木器涂料性能考核的傳統(tǒng)習慣，這需要很漫長的過程：第一個在中國涂料市場推廣的水性木器涂料品牌是德國都芳涂料，其產品環(huán)保，VOC含量極低，但沒有注意到中國國情，且價格昂貴，技術性能上還有明顯缺陷，如涂膜硬度和豐滿度不夠理想，故無功而返。
第二個是山東亞力美企業(yè)，1998年進入市場，1999年迅速達到成長高峰期，但在2000年衰退，原因同上，因主要原材料乳液依賴進口，質量與價格無法控制。
而水性木器涂料自進入21世紀以來以2003年最為火爆：深圳漆寶是第三個沖擊水性木器涂料市場的企業(yè)，2003年其“水清漆寶”水性木器涂料入市，稱其產品一舉解決了水性木器涂料的質量和成本問題，并呼吁要組建水性涂料艦隊向溶劑型涂料全面開戰(zhàn)，但三年過去了，很少聽到其聲音。2003年8月，順德建邦化工也向媒體宣稱，該公司成功研發(fā)了“全彩100”水性木器涂料，并稱其涂料已成功推翻水性木器涂料長期存在的硬度、漆膜豐滿度及價格問題的“三座大山”，有信心打造中國水性木器涂料第一品牌，但迄今仍處于策劃階段。
神洲是國內較早介入水性木器涂料的知名涂料企業(yè)之一，2003年,神洲多功能八合一金剛水性木器涂料正式上市，雖然其產品硬度等性能不錯，但因成本原因價格較高，一直難以打開局面，至今銷量甚少。嘉寶莉攜手華南理工大學聯(lián)合研究開發(fā)的水性木器涂料被列入2004年國家火炬計劃和2004年粵港關鍵領域重點項目。現在嘉寶莉發(fā)展迅速,開發(fā)成功滿足木器涂料性能要求的水性木器涂料,雖然目前室內裝修木器涂料中水性涂料比重已從1%升至2%，增幅很小，但說明水性木器涂料的影響已在國人心目中有所觸動,而且國內家具DIY涂料也正成為流行趨勢。由于要自己動手，這部分人群就更加重視涂料的安全和環(huán)保指標,而水性木器涂料正由于所具有的低危害、低污染特性被DIY人群所認識,從而將會廣泛采用。此時德國都芳、英國ICI在中國已推出第二代水性木器涂料產品,德國雷諾克、新加坡“鴿牌”、加拿大“喜加”、芬蘭“芬琳”等品牌水性木器涂料也相繼進入中國市場，這一切都說明水性木器涂料在我國將有潛在的發(fā)展前景和市場。但應該承認，在國內,至少還有很長一段時間才能使水性涂料為消費者認可并接受，這就需要我們積極做好綠色環(huán)保的大量宣傳工作。
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