0 前 言
近几年，水性木器涂料在国内的装修市场已有较快的发展，很多大的涂料厂家都不同程度地推出了水性装修木器涂料，特别是在门窗涂装领域，水性涂料已占有了一定的市场，并成为水性木器涂料发展的一支劲旅。但在家具涂装生产中，由于一般的水性木器涂料硬度不高、干燥和固化速度慢等原因，应用还较少，一般仅在一些环保要求较高、涂膜要求不太高的木制品领域应用。水性木器涂料要想在量上取得大的突破，就必须进攻传统的家具涂料市场，并在产品的涂膜性能及施工操作性等方面能够满足传统家具产品要求。在水性木器涂料的家具涂装生产实践中，某些涂膜性能较好的双组分水性木器涂料已能满足一般家具的生产要求。尽管水性双组分木器涂料有多种类型[1]，但应用较多的还是—O H /—N C O固化类型。这种固化方式的涂膜性能较好，但固化速度较慢，导致生产时烘干时间较长，一般至少要8～12 h（30～50 ℃）才能打包。并且，涂膜在50 ℃以上甚至更低的温度下还会变软，这就可能使家具产品在叠压转移或运输过程中出现压痕或粘连，特别是一些涂膜厚的家具产品。一般来讲，家具在生产或运输过程中很少有涂膜直接接触，因此，很少有粘连，更多的是压痕。因此，压痕成为水性木器涂料家具涂装生产的又一个难点。水性家具涂料要有大的作为，就必须解决这一问题。

1 压痕产生的外部环境
1.1 生产过程中的转移
在家具产品的生产过程中，尤其是一些大的家具产品一般都是采用组装的方式进行的。工厂先将各种部件分别涂装并检验合格后，再进行组装。因此，生产过程中很多都是以板式涂装的形式进行的。板式涂装的好处是立面施工少，涂装方便，占地面积小等，但各种部件在涂装工序间就免不了要叠压。生产过程中为了避免粘连、擦伤，部件间会用一些纸片隔开，粘连虽然不会产生，但压痕却难以避免。
1.2 成品运输
水性木器涂料涂装的家具产品又一个容易出现粘连及压痕的过程就是运输过程，特别是一些高档出口家具，可能要经过较长时间高温高湿的海上运输，在炎热的夏天集装箱内的温度可达50 ℃，甚至更高。尽管在包装时每个部件都会先用珍珠棉等软材料包裹，再入包装箱，但如果涂膜本身较软或在温度较高时变软都会使家具部件产生珍珠棉痕或包装纸上的波浪纹，从而出现质量问题给家具厂带来损失。

2 压痕产生的原因分析
2.1 水性树脂
水性树脂在整个涂料产品中占有大的比重，也是产生压痕的主要原因。当前，水性木器涂料用树脂主要有水性聚氨酯（P U）、水性丙烯酸、水性聚氨酯改性丙烯酸3大类。其中，以丙烯酸类为主，由于其相对于比较便宜，有更好的性价比，较容易为市场接受。但丙烯酸类树脂有“热软冷脆”的特点，尤其是单组分丙烯酸，即便是溶剂型体系，树脂选择不当也会产生严重的粘连问题。尽管不同厂家的水性丙烯酸类树脂会有不同程度的改性，但在水性体系中，该问题依旧严重。引入羟基后的双组分丙烯酸体系因为有化学交联反应，这一缺点有了很大的改善，但在水性体系中，该问题依旧存在，特别是“高温回粘”。相对于丙烯酸涂料而言，聚氨酯涂料没有“高温回粘”的担忧，但水性聚氨酯的成膜过程与溶剂型聚氨酯（P U涂料）的成膜过程完全不同，前者主要是物理堆积成膜，后者是化学交联成膜。成膜过程不同导致二者涂膜性能差别较大。尽管水性聚氨酯没有“高温回粘”的缺点，但其本身涂膜硬度不够高，在生产过程中部件的转移或成品运输过程中仍然容易出现粘连或压痕。因此，在涂膜较厚的家具产品上，无论是水性丙烯酸还是水性聚氨酯都难以胜任。双组分水性丙烯酸由于固化剂的加入改变了其部分成膜结构，使其性能有了很大的提高，但由于其交联密度不高，一般也只能满足一些对抗压痕不太高、不需要长途运输的家具产品，如一些酒店家具。但对抗压痕要求高、需要长途运输的家具则仍力所不及。
2.2 水性固化剂
水性固化剂能大大改善双组分水性木器涂料涂膜的综合性能，其成为压痕问题的重要原因主要表现在其影响涂膜的干燥时间。目前，水性固化剂主要以水可稀释的水性异氰酸酯为主，主要有H D I和I P DI两种类型。在溶剂型体系中，这两类固化剂都因其有很好的耐黄变性，而被广泛应用于户外建筑涂料或耐黄变型木器涂料中。但由于其固化速度相对于T D I类固化剂慢很多，用于木器涂料时一般会拼入一些T D I类固化剂以加快干燥速度并降低成本。而在水性体系中，因T D I类固化剂与水反应速度较快而难以被应用。这就注定了这种双组分水性体系的固化过程是较慢的。还有一点不同的是，在溶剂型P U体系中，如果含—O H组分没有固化剂或固化剂不够，涂膜会不干或慢干。而在水性体系中，水性树脂—O H含量一般都比较低，甚至不含—O H。因此，很多双组分水性树脂本身可以干燥，并且比加固化剂后的体系快。因此，固化剂的加入反而降低了涂膜的干燥速度。
2.3 水分及其他溶剂的残留
在水性木器涂料干燥过程中，导致其干燥慢的又一个重要原因就是水及少量高沸点溶剂的残留。水性树脂的表干主要是通过水的挥发来实现的，但还与水性树脂本身的结构有关。如在同样条件下，同等固体含量的水性树脂其干燥（表干和实干）速度不同就能说明这一点。水性树脂是通过乳化剂或亲水基团的嫁接把本来疏水的高分子树脂分散在水中的。由于前者在外观、消泡性等方面有一定缺陷，目前，市面上较多的水性树脂是通过后种方法制作的。不同的亲水方式及不同的亲水基团对水及其他少量溶剂的释放性不同，导致了不同方法合成的水性树脂干燥（表干和实干）速度不同。这也表明技术方法可以缩短水性树脂的干燥时间。市面上已经有一些干燥较快的水性树脂也证实了这一点。在水性木器涂料的制作时，为了保证常温或较低温度下能很好成膜，还必须添加一些成膜助剂，尤其是一些T g高的丙烯酸树脂，成膜助剂添加量可能需5%以上。在成膜性试验中，尽管不同树脂对成膜助剂具有一定的选择性，但一般来讲，成膜性好的成膜助剂往往都有较高的沸点，这些成膜助剂的沸点往往远高于水，其与水的混合溶剂在涂膜中短期内难以完全挥发，影响涂膜硬度上升。尤其是具有一定增塑效果的成膜助剂，如乳胶漆中常用的T e x a n a l，其在较长的一段时间内都会影响涂膜的硬度上升。另一方面，为了防止水性木器涂料在储存运输过程中冻坏，还必须添加少量的防冻剂，如丙二醇。这些溶剂的存在也会影响涂膜的干燥速度，甚至是终硬度。

3 解决方法
3.1 常用的解决方法
3.1.1 水性树脂的选择
常用的双组分水性木器涂料用树脂大致可分为两大类:一类是含—O H水性丙烯酸，一类是可异氰酸酯固化的水性聚氨酯或其改性产品。一般来讲，在水性丙烯酸树脂中，T g越高，抗回粘性、抗压痕性越好;在成膜温度相同或相近的双组分水性聚氨酯和双组分水性丙烯酸中，前者要好于后者。但T g高的水性丙烯酸树脂往往需要较多的成膜助剂，这样不仅增加了产品的V O C含量，还影响涂膜的硬度上升，增加配方成本，加大涂膜低温开裂风险。采用水性聚氨酯或其改性产品价格要比水性丙烯酸贵，涂装成本高，非一般家具产品所能接受。因此，在双组分水性体系中，若成本允许，选择可异氰酸酯固化的水性聚氨酯或其改性产品;若成本要求高，一般可选择成膜温度在30～40 ℃的含羟基量高的水性丙烯酸树脂，并适当提高固化剂配比，以增加涂膜的交联密度。
3.1.2 水性固化剂的选择
尽管水性固化剂会影响涂膜的干燥速度，但对涂膜硬度、抗回粘、抗压痕具有积极作用。随着其用量的增加，其涂膜硬度会升高，抗回粘、抗压痕性也更好，但涂膜干燥会变慢，韧性也随之变差。因此，并不能通过无限加大固化剂配比来解决压痕问题。众多试验表明，在含—O H水性丙烯酸体系中，—N C O与—O H比一般在1.5～2.5较好。但在实际生产中，由于水性固化剂较贵，为了降低涂装成本，配比一般在下限附近。在当前常见的H D I和I P D I两种水性固化剂中，通过对H D I或I P D I进行不同的改性可得到不同亲水性、不同干燥速度的产品。如拜耳、罗地亚等国外
司都已推出了相应的产品。在众多产品中，H D I型水性固化剂韧性较好，产品较多，适用性较强，但干燥及硬度稍差;IPDI型水性固化剂刚性强，有较好的硬度，干燥速度也较快，但适用性较差，并且较贵。可能是IP DI亲水改性比较困难，其可选择的产品也较少。因此，市面上更多的还是H D I型水性固化剂。如拜耳公司的代至第三代水性固化剂，绝大多数都是改性的H D I型产品。其中，用氨基磺酸盐改性的第三代H D I型水性固化剂就比醚改性的第二代产品在亲水性、硬度提升及干燥速度方面好了很多，如常见的XP 2655。
3.1.3 粉体
在双组分水性家具涂料体系中，粘连和压痕问题一般只存在于清漆体系。在实色体系中，由于其中的粉料较多，一般不会出现粘连或压痕。这说明，粉料的加入可以改善涂膜的抗粘连和抗压痕性能。其原因可能是填料的加入增大了聚合物的硬度，并使聚合物的热变形温度得到提高，压缩形变得到改善[3]。在木器涂料中，常用粉体大致可分为两类:一类是功能型粉体，如硬脂酸锌粉、消光粉、白炭黑等;一类是非功能型粉体，如碳酸钙、滑石粉、透明粉等。水性树脂固含一般都较低（30%～50%），在清漆体系中，为了保持较好的透明性，是不能添加过多粉料的。据生产经验，在特清底漆或面漆中，粉料含量一般不超过固含量的10% ;普通清底漆中，一般不超过固含量的20%，并且，粉体选择非常有限，一般只是些功能性粉体，如底漆中的锌粉，面漆中的消光粉等。在溶剂型清漆中使用较多的滑石粉、碳酸钙、透明粉、玻璃粉等却很少用得上。特别是透明粉，由于其对涂膜的透明性影响小、价格比较便宜成为清底漆中为关注的填料。目前，尽管也有一些厂家针对水性木器涂料而推出了一些专用透明粉，但由于其添加量有限，对解决抗粘连和抗压痕问题作用不大，因此，应用也较少。
3.1.4 水性蜡浆及助剂
在解决抗粘连问题时，添加水性蜡浆是一种不错的方法。当然，不是所有水性蜡浆都可以用来解决抗粘连问题的。在常见的水性蜡浆中，有改性石蜡、棕榈蜡、聚乙烯蜡等，它们根据不同的生产方法被制成不同功能的蜡浆，如有改善手感或抗划伤性的，有消光的，有改善抗粘连的等等。如B Y K公司的A Q U A C E R539（改性石蜡乳液）、A Q U A M A T270（改性聚乙烯蜡分散液）等，在抗粘连方面就有明显效果。在水性木器涂料体系中，由于粘连和压痕很大程度上都是涂膜较软引起，二者之间也存在一些联系，因此，当压痕问题出现的时候，水性蜡浆理所当然成为解决问题的参考方案。所不同的是，解决方法却不尽相同。粘连主要发生在涂膜表层，因此，只要改变涂膜表面的微观结构，使涂膜的外层没有或很少有粘连物质就可以了，因此，一些水性蜡浆甚至是助剂就能到达较好的抗粘连效果。而压痕主要是由于整个涂层较软而缺乏足够的弹性所致（涂膜受压变形后不能完全恢复），仅解决涂膜表面结构是远远不够的。因此，水性蜡浆与助剂对抗压痕的改善则极为有限。
3.2 新的解决方法
在常用的解决方法中，除了树脂的选择和固化剂的搭配是从涂层的主要成膜物着手外，粉体和蜡浆等方法都是从辅助成膜物着手，不能从根本上解决问题。要想从根本上解决这个问题，还必须从涂膜的主要成膜结构入手。在压痕问题的分析中，我们已得知该问题产生的三个根本原因。其中，主要的原因是水性树脂的选择、水及少量高沸点溶剂的残留，而水性固化剂方面我们改变的空间十分有限。显然，在水性清漆体系中，固化剂的引入改变了涂膜的化学结构，从而大大改善了涂膜的综合性能。除了固化剂外，还有一种改变涂膜结构的方法就是引入水性U V树脂。我们知道U V涂料具有硬度高、固化快、涂层刚性强的特点，水性U V树脂也有类似的性质。试验表明，在双组分水性清漆体系中加入一定的水性U V树脂，使之成膜过程具有异氰酸酯和紫外光双重固化交联，可以大大提高双组分清漆涂膜的硬度、抗粘连、抗压痕等性能。在硬度测试中，这种双固化涂层在木板上的硬度可达2H（中华铅笔），超过常用的普通溶剂型P U涂料硬度H（平衡试验比较）;在60 ℃、6 h抗压痕测试中，其抗压痕与常用的普通溶剂P U涂料相当。说明这种双固化涂层可以满足家具在生产及长途运输过程中的抗粘连、抗压痕要求。

4 结 语
双组分水性木器涂料在涂膜性能上比单组分水性木器涂料有了很大的提高，在家具涂装中已有了一定的应用，但由于其在生产和运输过程中容易出现压痕，这一缺陷又限制了其广泛应用。压痕问题成了双组分水性木器涂料的软肋。水性树脂是问题产生的关键，水性树脂和固化剂的优选与搭配可以明显改善压痕问题;添加骨质填料、蜡浆等方法也可以起到一定的改善作用，但都不能从根本上解决问题。而在双组分体系中引入一定量的水性U V树脂，使之成膜过程具有异氰酸酯和紫外光双重固化交联，改变涂膜内部结构，则可从根本上解决压痕问题。