第一节　UV固化木器涂料

木器涂料市场的产量和产值分别占整个涂料市场的7%和9%。根据相关机构统计，2017年全球木器涂料市场的总产值为81亿欧元，产量达到125万吨。根据2017年木器涂料市场价值调查，光固化木器涂料在木器面漆市场中占总份额的7.6%，光固化木器涂料在平板和中密度纤维板（MDF）木器涂料市场中占总份额的7.3%，详细占比见下表3.1。

UV固化木器涂料是光固化涂料领域最大的涂料品种，这是因为木器家具工业高品质、低VOCs和快速施工的要求。UV木器涂料主要被应用于板式木器家具、木地板、竹地板、刨花板、层压板等的表面，起到保护竹木和美观的作用。它有高光、亚光、高硬度、耐磨、抗划伤等品种。UV固化木器涂料以清漆为主，包括腻子漆、底漆和面漆。涂装方式绝大多数以辊涂为主，也有部分喷涂、淋涂、刮涂等（表3.2）。

（一）木地板涂料

众所周知，UV固化涂料与传统的溶剂涂料相比，可以大幅降低涂层工艺中的可挥发溶剂的使用，这样可以降低后期的使用风险，提高产品的安全性能。UV固化涂料的韧性、耐溶剂性和耐磨性是高性能地板所必需的。UV技术不仅适用于地板的工厂流水线生产，也适用于手持式UV灯和UV地板固化装置的现场作业。预计到2020—2021年，全球涂料市场规模估计为1765亿美元，工业地板涂料市场规模估计为60.7亿美元。

环氧树脂涂料、聚氨酯、聚脲/聚天冬氨酸和丙烯酸涂料等这些普通地板涂层材料固化以及挥发水或溶剂所需时间较长，而且涂层区域需要几天后才能重新投入使用，这就无形地增加了产品的时间成本。UV固化地板涂料是一种无溶剂、单一组分的产品，可以通过UV实现快速固化，而且它们储存期限无限制。快速固化降低了人工成本，与其他商用地板涂料相比具有显著优势。在某些情况下，可以在一夜之间完成快速修复工作，并重新投入使用，这是其他涂料无法做到的。加上其“5E”（环境友好、经济、高效、节能和适用性广）特点，可以大范围地应用于工业仓库、医院和辅助护理设施、学校、餐馆、零售店、公共建筑、洁净室、实验室和食品准备区等场所。

目前，在地板涂料行业使用最多的低聚物是环氧丙烯酸酯，其中双酚A环氧丙烯酸酯在低聚物中是光固化速率最快的品种之一，它被广泛地用作光固化木材涂料的主体树脂，其固化膜硬度大、光泽高、耐化学腐蚀、耐热性较好。但是双酚A环氧丙烯酸酯含有芳香醚键，涂层在紫外光照射后容易降解断链而粉化，导致其耐光老化和耐黄变性差，不适合户外使用。可以采用具有很大比表面积的无机组分对双酚A环氧丙烯酸酯进行改性，通过与聚合物形成较强的界面作用来显著改善界面载荷传递，从而达到较好的增强增韧效果；也可以利用各种有机物对双酚A环氧丙烯酸酯进行改性，使固化膜具有良好的力学、耐化学性和耐高温性能。随着市场需求的不断变化，出现了一大批改性环氧丙烯酸酯，如胺改性环氧丙烯酸酯、磷酸改性环氧丙烯酸酯、聚氨酯改性环氧丙烯酸酯、酸酐改性环氧丙烯酸酯、有机硅改性环氧丙烯酸酯等（表3.3）。

木地板涂料不仅需要满足基本的涂层性能，而且对硬度、耐磨性、冲击强度、抗侵蚀等性能的要求尤为突出。研究表明，可以通过往涂料树脂中添加无机填料来提高涂层的上述性能，如用纳米氧化铝改性UV固化地板涂料，涂膜具有优良的耐划伤性、耐化学腐蚀性、较高的硬度、良好的耐冲击性、耐洗刷性和耐磨性；也可以添加滑石粉，可补强、增加硬度、抗收缩等，从而改善涂层对木质基材的附着性能。另外，通过添加无机填料还能使涂层获得某些特性，例如添加一些导电云母粉、纳米氧化锡等，使UV固化涂层长期保持良好的导静电性能，可以有效防止其表面由于静电产生的不良效应。防静电地板涂料在电子制造、精密仪器、粉体制造、军工生产、医院重症监护室与手术室等场所得到了广泛应用。

（二）家具涂料

健康、安全和环境（HSE）问题越来越受人们的重视。对于木质家具来说，HSE的影响与所用材料，如木质基材、表面涂层材料、箔材料和胶黏剂类型，以及生产过程密切相关。在选择表面涂层材料和生产工艺时，应优先选择对人体健康无危害的涂料和对环境无污染的生产工艺。水性木器漆作为油性木器漆的升级换代产品，在技术上可以实现低危害、低污染，是可能成为家具涂装和家装涂装的重要发展方向。但是从目前涂料市场来看，水性涂料的发展并不太好。一方面，水性木器涂料的固化时间较长，不适合快速的流水线生产，这极大地限制了它的发展；另一方面，水性木器涂料的单罐价格比传统油性涂料高得多，一般为油性漆的2～5倍，使得消费者很难在短时间内接受，因此市场推广速度极慢。另外，很多水性涂料的环保性能也并没有完全达到环保要求。UV固化涂料则不同，紫外线固化速度很快，可运用设备进行批量化、规模化生产，真正实现自动化、流水化产出，可大大降低涂装生产的时间成本，且由于是机器施工，可确保家具品质的稳定性，而且UV固化涂料的环保性能也是更为优秀的。

1967年，Bayer公司作为UV固化工艺的重要革新者之一，将UV-PE工艺引入了家具涂料行业。在UV固化初期，苯甲酰醚（苯甲酰丁基醚和苯甲酰异丙醚）在清漆中被用作UV引发剂，取得了较好的光固化效果。第一批工业涂料工厂应用UV涂料生产板材速度可以达到23m/min，现在UV辊涂设备采用输送带驱动，生产速度可达50m/min。但是该生产工艺只适合板材的涂装，不适合结构复杂的家具，这极大地限制了UV技术在家具涂料行业的发展。

在过去的20多年里，UV固化行业已经从平面、简单几何发展到复杂的三维形状。100%的紫外线固化需要确保部件的每个面接受相同的紫外光源曝光，因此固化三维形状复杂的家具所面对的技术挑战是巨大的。目前常用的固化方法是UV三维固化，如固定灯阵［图3.1（a）］，灯位置是预先设定的，可在整个零件表面提供均匀的曝光，通过若干个灯阵的配合可以很好地实现三维结构复杂的家具面漆固化。随着机器人技术的逐渐成熟，机器人也被应用于家具三维固化，如图3.1（b）所示，机器人UV固化技术就是将UV灯安装在机器人上，根据家具的三维结构设定机器人的运动轨迹、运行速度和曝光角度等，通过这种方式可以完全消除UV固化的阴影区。双固化法也是家具涂料比较常用的一种固化方法，它是UV固化配合另一种固化方法形成双固化体系，例如光-热双固化、光-湿气双固化和光-氧双固化等。双固化法可以很好地弥补紫外光固化的一些缺陷，如固化深度受到光波透射能力的限制；在有色体系中应用困难，特别是对于光线到达不了的阴影区域不能固化。因此，双固化法可以实现对于具有复杂形状家具的涂装。UV三维固化技术和双固化技术的不断进步，大大促进了UV涂料在家具行业的发展。

随着家具市场需求的不断变化，传统的UV涂料很难满足消费者的需求。近几年水性UV低聚物在涂料中的应用也越来越多，其涂层具有优良的柔韧性、耐磨性、耐化学性、高抗冲击和拉伸强度。水性UV涂料是一种环保性能优越的新型光固化涂料，它与传统的UV涂料相比，除了水性特有的优点之外，还兼顾漆膜的硬度和柔韧性，而传统的UV固化涂料很难兼顾二者。UV固化水性涂料是家具的理想涂料，但是它往往具有较低的双键含量和分子量，这就使其固化后力学性能较差。通过添加硅溶胶可以进一步改善UV固化水性涂料的力学性能和光学性能，随着硅溶胶含量的增加，涂层的光泽趋向于亚光。另外，通过添加一些纳米填料，也能改善UV水性涂料的力学性能和光泽度。

（三）UV固化木器涂料的参考配方

木器涂料的配方可参考表3.4～表3.7。