1. 前言
木器漆是当前国内涂料工业发展的一个重要品种。近年来木器漆产量不断增加, 其主要产品有聚氨醋涂料、硝基纤维素、不饱和聚醋、酸固化氨基醇酸及光敏涂料等, 用量最大的是双组分聚氨醋涂料, 其次是硝基纤维素涂料, 其余的涂料品种用量不太大, 还处于发展阶段。聚氨醋涂料近年来发展非常快。有双组分聚氨醋、潮气固化聚氨醋、单组分聚氨醋及水性聚氨醋涂料。木器漆涂层配套体系也比较多, 研究工作已由起步阶段进人发展提高阶段。硝基木器漆虽然是一个传统的产品, 但该品种在木器涂装中并没有被淘汰。例如, 美国的产量和用量均占首位。国内许多出口家具、工艺品等, 大多采用硝基纤维素漆。这表明硝基纤维素漆目前在国内外还占有一定的市场, 但就其发展速度和技术水平与聚氨醋涂料相比还很落后, 其原因是没有引起人们的重视。在此对硝基木器漆谈些粗浅的认识, 希望引起人们的重视。
2 硝基木器漆的基本特性
该涂料的主要成膜物由高分子硝基纤维素及配合树脂组成, 依靠溶剂挥发形成连续涂膜, 是一种典型的溶剂挥发性再溶涂料, 概括起来具备以下特性。
2.1 干燥速度快, 施工性能良好。因为该涂料是一种典型的挥发性涂料, 溶剂挥发后即干燥成膜,在施工中漆膜出现病态较少。可以喷涂、淋涂、浸涂、刷涂, 综合性能很好, 与其它涂料相比, 粘尘时间短, 干燥快。但由于溶剂的溶解力较强, 在塑料表面涂饰时, 要注意其对塑料底材的溶解作用。根据采用的木材软硬程度不同, 吃漆也不同, 松软木材孔隙较多, 相对而言吃漆较快, 干燥更快些。
2.2耐化学性较好。其耐性强弱由该涂料的成膜物质性质决定, 可以根据使用要求改变涂料的组成, 调整综合性能指标。例如, 在涂料中添加醋型醇酸树脂、亚甲基型聚合油, 对该涂料的耐水性、耐油性就有极大的影响, 其性能变化可参照表1。
从表1可以看出, 该涂料的耐药品性能可以根据要求进行调整和改善, 各种木器漆的耐化学药品性能可参见表2。
从表2不难看出硝基纤维素涂料耐药品性虽然不如聚氨醋酯好, 但其透木纹性和无毒性又强于其它涂料。所以硝基漆在木器涂装中久用不衰。
2.3硝基漆的丰满度、附着力、耐溶剂性比较差,其主要原因是因含有硝基纤维素造成的。固体分低造成丰满度不好; 硝基漆的附着力因含一ON2O 基浓度不同而有差别, 一般含氮11.6% 左右时附着力最佳; 再有硝基漆涂膜的收缩性较大, 可塑性差, 干燥速度越快, 收缩性也越大, 为了弥补这个缺点要添加适量树脂或增塑剂, 使应力得到缓和并提高附着力, 但有一定的限度。就涂膜物性而言,附着力和润湿性、极性有关系。硝基漆是一种可再溶的挥发性涂料, 因而耐溶剂性很差, 即使在高固体分漆中添加醇酸树脂和氨基树脂, 因常温下自交联反应的可能性不大, 其耐溶剂性仍然很差。硝基漆的附着力、润湿性可用明度来衡量, 一般以聚氨醋涂料作为对比标准, 底材表面和涂装后涂膜表面的明度差越人, 表明其润湿性、附着力越好, 表3列出了各类木器涂料的明度及明度差。
从表3不难看出, 明度差最大的是聚氨酯 该漆与木材表面的附着力最强。相比之下丙烯酸漆和硝基漆明度差较小, 附着力也较差。实践证明了这一结论。若单纯是硝基纤维素, 涂膜很容易剥落加了醇酸树脂改性材料, 附着力会有较大提高。
2.4 硝基漆的黄变性和耐候性不太好。这主要是硝基纤维素受紫外线作用易于分解, 造成失光和粉化。若配人适当量的耐候性树脂则能得到极大改善。表4 例举了各种漆的黄变性。
上述人工老化试验的结果表明, 硝基漆稍有黄变性, 高固体分漆不但耐黄变性好而且耐侯性也优于一般涂料。
2.5 价格低廉。在木器涂料中硝基漆价格比较便宜。国外受环境保护法的限制, 对硝基漆用的溶剂有所限制, 现已向环烷烃和链状烃方向发展; 目前国内环保对涂料的挥发溶剂还没有明确法规, 硝基漆使用的溶剂目前仍是价廉的, 当然以后也会随环保法规的实施更换低污染溶剂。
2.6 硝基漆能表现出天然木质本色。除了与其它涂料一样对木材起保护作用外, 还可以保持木材的天然本色。该漆保持木材原有孔隙, 是一种理想的开孔性涂料, 其透木纹性非常好, 可使木材纹理清楚, 线条流畅, 使木材固有的天然本色得到更进一步的美化。另外干燥好的涂膜中不含有毒物质, 当前国内外的餐桌、餐椅、儿童玩具漆大多都采用硝基漆,特别是一些出口美国的家具及工艺品用漆。
3 传统木器硝基漆与新型木器硝基漆施工方法
我国传统的硝基木器漆施工步骤和新型硝基木器漆施工步骤有很大的区别, 涂料品种也有差异。现将两种施工方法介绍如下（见表5 一8）
我国传统施工方法刷、喷、擦涂的遍数较多,但涂料品种比较简单, 是以虫胶漆为底漆以多道清漆罩面， 而新型的硝基木器漆施工道数较少, 但涂料品种比较多, 使涂层配套体系更加合理, 以利于改善硝基漆的缺点发挥其优良的特性。
4新型硝基纤维木器漆的涂装体系及涂料组成
从以上介绍中我们不难看出, 新型木器漆的涂装体系是由着色剂、填孔剂、封闭剂、打磨漆和面漆组成的。
4.1 着色剂− 着色剂的种类较多, 在我国主要使用的是水性着色剂及水性着色填孔剂。目前国外各公司推出的着色剂及填孔剂多以硝基纤维稀溶液加人染料, 或颜料十染料和少量填料组成的 这种着色剂既可喷涂又可擦涂。虫胶着色剂在稀虫胶溶液中加人油溶性染料制成着色剂, 可喷涂也可擦涂。这种着色剂称为涂膜着色剂。
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4.2 填孔剂− 近年来硝基漆多以开孔涂装为主,保留木材天然孔隙不封死, 使家具具有木质天然美感, 所以硝基漆填孔剂显得不十分重要。但如果真正做好硝基漆填孔剂也不是一件易事。首先要保证填好的填隙塌陷率不高, 所以填孔材料的选择十分重要/ 还要保证填孔剂与木材有很好的附着力, 选用的树脂十分重要。有色填孔剂是将颜料或染料加到填孔剂中, 颜料填孔剂能使木材导管浮出, 涂上有色面漆看起来有一种凸起纹络之感, 木纹清晰立体感强。染料填孔剂能使木筋更好的着色, 但木纹立体感不如颜料填孔着色力强。颜料加染料填孔着色剂兼具上述两种填孔剂的感觉。
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4.3封闭剂− 也称之为封闭底漆。木材封闭底漆是整个涂装体系中非常重要的一道涂层, 最主要的是封闭底漆应与木材有良好的渗透性, 能够很好地渗人到木材的孔隙中, 赶出空气, 减少其上面涂层的渗人, 防止木材脂类物质外溢损害涂层以及涂层的受冷、热剥落, 还要与上涂层有良好的柔和性,所用的树脂一般要比硝基纤维多, 可使用的树脂多为醇酸树脂、缩丁醛树脂、脱蜡虫胶、酮醛树脂等。
例如：（ 各组分按重量份计）
第一个配方比较适用于开孔涂装体系, 可以涂装两道以上再涂打磨漆, 也可以先涂第一个配方的涂料, 而后再涂第二个配方的涂料, 这样就比较适合于闭孔涂装体系了。如何涂装, 需根据涂装体系的需要。底漆的关键是对木材具有良好的附着力与上层涂料要有良好的亲合力。
4.4 打磨漆, 打磨漆是底漆的一种, 也可以称为中涂层。因固体分较高, 能达到厚涂, 用砂纸打磨的时候比较容易,可以填满木材表面上小的塌陷, 提高涂膜的平整度, 但因这层涂膜较脆, 在打磨时尽量将其打磨薄, 不需保留过厚,这是十分必要的。另外该涂层中的填充物和硬脂酸锌用量一定要适度, 过多会影响涂层透木纹性, 使涂层变白。参考配方见表9。
4.5 面漆( 清漆或亚光清漆, 也称罩光漆或高光漆)
面漆是整个涂装体系中最后一道涂层, 也是最重要的一道涂层。因此涂层要有较好的清晰度, 能显现出木材的天然质感, 纹理清晰流畅, 富有立体感/ 要有良好的触感性, 手感滑爽, 最好有丝绸感/ 要有良好的耐水、耐沸水性, 耐化学药品性(如耐酒、耐油、耐氯化钠、耐化妆品污染等)不回粘/ 清漆应具有易抛光的特性/ 还要具有良好的施工性能。
面漆用的硝基纤维素, 多系1/2S 或1/4S 的硝化棉, 拼用树脂有醇酸树脂、丙烯酸树脂、乙烯树脂、顺醉改性松香甘油脂、氨基树脂等。增塑剂常用的是苯二甲酸二丁酷及二辛醋、磷酸三苯醋、蓖麻油或氧化蓖麻油等。
参考配方见表10.
表10 硝基纤维素面漆配方(重量 份）
4.6溶剂− 硝基木器清漆是以硝基纤维素、树脂和增塑剂为主成膜物。这三种原材料的性质和配比是决定涂料性能的决定因素, 能否获得良好的涂膜性态, 溶剂是决定性因素。各种溶剂的溶解力及挥发率等因素, 对于制成漆在生产、贮藏、施工及漆膜光泽、附着力、表面状态等多方面性能都有影响。溶剂能使溶解性不相同的三种成分保持相容的溶解状态, 在涂膜全部干燥过程中溶剂的溶解力必须保持平衡, 因此挥发速率的平衡十分重要, 溶剂对于木材吸收、水分凝聚要有良好的抵抗性, 对下层涂膜不能有过分的溶解。要满足这些条件硝基漆中溶剂配合是十分重要的。
硝基漆不是单一材料组成的, 简单地使用单一的溶剂不可能溶解好, 必须使用混合溶剂。要根据溶剂的特性和经济因素综合考虑涂料的溶剂组成。一般是由真溶剂（ 活性溶剂）、助溶剂（ 潜溶剂）和稀释剂组成的, 这三类溶剂的混合溶剂必须满足上述的要求。
单从溶剂的溶解性方面考虑, 我们可根据近似的溶解度参数) 氢键力+ 来选择溶剂。各种高分子化合物和各种溶剂都具有独特的非极性、极性及氢键力三方面的参数, 这三方面的参数越接近越互相匹配, 其溶解性和相溶性就越好。溶剂的溶解度参数若和树脂的溶解度参数相等或相近其溶解性就越好。从上面介绍中可以看出, 甲苯和树脂属于一个极性范畴, 氢键力相同, 溶解度参数相匹配, 所以它是醇酸树脂的溶剂/ 但与硝基纤维素极性不同, 氢键力不相同, 所以不能相溶, 若在混合溶剂中加入量过大, 就会使硝基纤维素成为凝胶析出。
溶剂的溶解力不同, 其粘度也不同, 助溶剂稀释剂相同, 溶剂不同粘度相差很大。其中丙酮粘度最低, 甲乙酮略高, 粘度最高的是醋酸乙酷/ 这三种溶剂都是中等氢键力, 但溶解度参数不同, 溶解力也就不同, 丙酮溶解度参数最高, 溶解力最强,醋酸乙醋溶解度参数最低, 溶解力最低, 所以丙酮液的粘度最低, 醋酸乙醋液的粘度最高。
混合溶剂溶解力的平衡比例, 可以采用“溶剂稀释比值” 测定法、“ 稀释值” 测定法和“ 溶解值”测定法来调整溶剂和稀释剂的比例, 以保证溶解力的平衡。在涂膜的全部干燥过程中, 溶剂的溶解力自始至终要保持平衡, 所以控制溶剂的挥发速度十分重要, 不要造成涂膜干燥初期阶段溶剂的比例失调、挥发速度不同、以致涂膜干燥后期稀释剂过多比例失调, 这样会产生漆膜病态。如, 硝基纤维析出、涂膜变白、出现桔皮等病态。为保证溶剂挥发速率平衡, 一般在解决溶剂力平衡之后, 用醋酸丁醋或乙醚的挥发速度作比较, 选择实际的用量来保证挥发速率平衡, 下面以表11实例说明。
通过混合溶剂的溶解度参数计算说明NO3 的溶解力最强。以醋酸丁醋挥发速度100 来检查三个配方的挥发速度和挥发平衡,NO1最后挥发的是丁醇和二甲苯, 而且这两种溶剂始终保持挥发平衡, 所以涂料各组成部分在干燥过程中不会有析出沉淀现象。NO2最后挥发的是甲基异丁基酮和甲苯、二甲苯,最后余下的是甲基异丁基酮, 所以NO2 中最后的溶剂和稀释剂挥发全过程保持平衡。NO3 最后剩下的是乙基溶纤剂和乙二醇一乙醚醋酸醋, 它可以溶解树脂也可以溶解硝基纤维素, 所以NO3 也不会在干燥过程中产生析出或凝胶现象。若三个配方平行比较,NO3 的挥发速度比NO1长出一半的时间, 所以说NO3 是溶解力最强挥发最慢的溶剂组成的。
5 漆膜病态及解决对策
5.1 桔皮, 涂料涂装后表面不平整, 呈现出凹凸不平的状态, 称其为“ 桔皮” 现象。
产生的原因是, 溶剂挥发太快; 施工现场温度高; 通风过强;喷涂的压力不足; 枪口离被涂物过远; 底层吸收涂料过多; 被涂物表面温度过高; 还有形状复杂的物体、粉尘容易粘附也容易出现“ 桔皮” 现象。解决对策是, 使用挥发速率较慢的溶剂, 减缓涂膜干燥速度。喷涂时气泵的压力应保持在3.5-5KG/CM2,喷涂距离小, 物体保持15-20CM, 大物体保持25一30CM , 被涂物表面温度最好在5 0 ℃ 以下, 底材吸人涂料少, 硬的物体为好。满足上列条件的同时, 最关键的是加人流平剂及消泡剂, 比如FEGO公司的FEGO46 5 0 和消泡剂FEGO965。
5.2 泛白, 涂膜干燥过程或干燥后变白。产生原因有, 空气中水分凝缩在涂膜表面上; 由于溶剂的关系, 树脂析出或硝基纤维素析出, 沉淀分离。溶剂中最不容易挥发的组分应是真溶剂, 否则当涂膜逐渐干燥时, 若真溶剂是易挥发的, 那么残留下来的是稀释剂或助溶剂, 则成膜物就会处于不能溶解它的液体介质中, 产生沉淀凝聚, 析出变白。所以一般所用稀释剂的沸点应比溶剂的低。最不易挥发的溶剂, 挥发速度应比水慢。否则, 由于溶剂的挥发、涂膜表面温度下降, 若到露点以下就会出现发白现象, 尤其夏季湿热天气, 湿度过大, 在干燥过程中, 成膜物沉淀使涂膜变白。若溶剂挥发速度大于水, 则空气中的冷凝水就会留在漆膜中, 使白化现象永远保持下去, 甚至会使涂膜完全破坏。若溶剂的挥发速度比水慢, 则在干燥过程中,水会先于溶剂蒸发掉, 最终残留下来的仍旧是溶剂, 溶解沉淀物, 变白现象会在干燥过程中逐渐消失。
5.3干矍, 涂装数日或数日后, 以木材导管部分为主体的干矍塌陷出现, 这样光泽越高越显著, 主要是漆膜不厚, 丰满度不高。硝基漆本来是丰满度不高的涂料, 涂得过薄就更易发生干矍塌陷现象。底漆是水性涂料, 干燥不彻底, 填孔效果不好, 木材自身干燥不彻底容易产生这种不良现象。解决对策是, 选择填孔效果好的填孔剂; 采用低粘度高固体分的涂料或选用交联反应型的底漆; 增加涂装道数。
5.4 桥连, 在涂装时表面塌陷或有孔隙的地方,涂料没有完全渗到里面, 象桥一样的堆积起来, 下层和上层涂膜干燥速度因时间关系容易产生气窒,在凹陷处互相索拉, 形成桥状连接, 原因是干燥过快, 在凹处涂膜过厚造成的。解决办法是待完全干燥后再涂下一道涂料, 选择干燥迟缓的硝基漆, 多次薄涂, 被涂物表面清除干净, 凹陷处不应有粉尘, 要注意喷枪的运行速度, 也可以适当加人一些流平剂和消泡剂。
5.5 木纹模糊, 主要是填孔剂选材不当, 透明性不强, 打磨漆内使用填充物过多, 或研磨细度不够, 造成透明性不佳, 或者亚光面漆中消光粉选择不当(如用量过多, 蜡的种类不宜或蜡用量过多)造成的。改进办法, 合理调整配方结构, 更换选用材料。