歐式木質(zhì)窗木材涂裝技術(shù)要求及產(chǎn)品

　　由于木材特殊的物理機械性能、化學(xué)成分特點、木質(zhì)門窗所處的建筑結(jié)構(gòu)位置，要求木質(zhì)門窗的木材涂料除裝飾設(shè)計需要外，尚需滿足防水、透氣、防腐、防止變形、抗紫外線、耐機械損傷、易于維護和翻新等要求。參照歐洲和我國木質(zhì)門窗行業(yè)的經(jīng)驗，建議采用專用木門涂料。專用木門窗涂料系統(tǒng)由滲透型底漆和厚膜型面漆組成，按照配方和透明程度，分成水性、溶劑型、木本色透明漆（所謂清水）和遮蓋彩色漆（混水）4大系列。為單組分，開桶即可施工。此外，系統(tǒng)產(chǎn)品尚包括接縫密封膏、接頭防腐劑、維護劑、上光劑、翻新手刷漆等系列產(chǎn)品。在涂料選擇方面，需根據(jù)不同涂料的成膜特點、生產(chǎn)車間的噴漆條件以及最終客戶的要求決定。


    新型木質(zhì)窗包括實木窗、戶外門（德式），德式鋁包木門窗及意式木鋁復(fù)合門窗。


    該類門窗或全部采用實木作為型材，或部分采用實木作為框架、鑲嵌，采用中空隔熱玻璃，使木質(zhì)門窗有特殊的隔熱、隔音和裝飾效果。


    由于這些木結(jié)構(gòu)或多或少地經(jīng)受陽光、紫外線、溫差、雨水、凝結(jié)水等因素的影響，需要符合木本身特色的保護與涂裝材料。


    我國從1990年中期引進歐洲技術(shù)生產(chǎn)新型木質(zhì)門窗。今天，全國約有50個企業(yè)具有生產(chǎn)新型木質(zhì)門窗。但在木材涂裝保護方面，存在很多問題，或多或少地影響了最終客戶的信心。根據(jù)德國和中國的經(jīng)驗，如果不很好地解決木材涂裝的技術(shù)問題，規(guī)范適合的涂料和施工工藝，整個木質(zhì)窗行業(yè)將會受到影響。


    例如，德國在1990年以前，實木窗的市場占有量在35%以上，在90年代上半期，滑落到30%左右。


    為調(diào)查原因，德國展開了系列的研究。在2001年，德國物理學(xué)家GuidoHoro總結(jié)了近10年的研究成果，發(fā)表了題為“涂料的質(zhì)量決定了木窗質(zhì)量”的論文，詳細分析了涂料在木質(zhì)門窗中的重要性。涂料的質(zhì)量影響了最終客戶的信心。


    一、木質(zhì)門窗木材涂料的技術(shù)要求

    1、木材的特點

    化學(xué)上，木材主要由纖維素、木質(zhì)素、糖分、淀粉、蛋白質(zhì)、無機鉀、磷鹽類和其他微量成分組成。由于其化學(xué)成分的特點，容易遭受到化學(xué)作用（如暴露到空氣中的氧化作用）、微生物、生物作用（如霉菌、白蟻、昆蟲等），物理作用（如水汽、溫差變化導(dǎo)致的體積變化）、紫外線損害、機械損壞（如雨、冰雹）等等，工業(yè)廢氣也會加速木纖維的分解。


    同時，和一般的無機材料不同的是，木材具有很強的吸濕性（hygroscopic），它可以從空氣中吸水，產(chǎn)生膨脹。在吸水和放水干燥過程中產(chǎn)生腫脹/收縮卻不均一，如徑向變形為3.3－4%，玄向達7-12%，順紋方向只有0.1-0.4%。


    按照德國工業(yè)標準分類，木質(zhì)門窗的木材屬于形體固定的木材，在使用過程中，不容許木材發(fā)生變形。這需要木材的涂裝系統(tǒng)有很好的防止木材變形的能力。


    機械性能上，木材具有較高的抗壓強度和很好的抗折強度，這也是為什么木材可以單獨或和其他材料一起作為木質(zhì)門窗的型材。


    2、影響實木窗耐久性的因素

    2.1實木窗耐久性的內(nèi)因和外因

    實木門窗，特別是適合戶外的實木門窗是最高檔的門窗系列，代表人和自然融合一體的時代潮流。追蹤研究成果說明（德國木窗協(xié)會的萊西特博士DrRichter，1998），影響實木木窗耐久性的外部因素是多方面的，紫外線、熱輻射、溫度變化、潮汽、濕度變化和環(huán)境有關(guān)的機械因素（如冰雹，風(fēng)壓力等等）是主要外部原因。此外，實木窗的風(fēng)化程度和強度與木窗尚與下列內(nèi)部因素有關(guān)：（1）使用的位置：室外的木窗受到上述外部因素的影響最大；（2）細部設(shè)計：通過設(shè)計提高木窗的抗老化的能力；（3）木材類型及質(zhì)量：高質(zhì)量的木材抗老化能力增強；（4）表面涂料：涂料是木窗的皮膚，符合建筑物理和化學(xué)原理的涂料可以不僅視覺上而且結(jié)構(gòu)上保護木窗；德國ROSENHEIM的木窗研究所的研究發(fā)現(xiàn)，木窗使用出現(xiàn)的老化問題中，68%和表面涂料有關(guān)。


    2.2木鋁窗木材的耐久性

    鋁包木和木鋁復(fù)合窗的木材不直接遭受雨水和陽光暴曬，相對而言耐久性會比較長。但是，該類窗戶仍然會因為結(jié)露而變形、發(fā)霉，同時陽光和紫外線會導(dǎo)致變色，仍然需要不同與室內(nèi)家具的保護材料。


    3、木質(zhì)窗木材專用涂料的技術(shù)要求

    從1995年開始，德國IFT研究所、聯(lián)邦德國涂料與保值技術(shù)委員會：“BFSFederalBoardforPaintsandtheProtectionofValues”和德國窗戶與外立面制造工業(yè)協(xié)會VFF（VFF＝VerbandderFenster-undFassaden-hersteller，e.V）相繼頒布規(guī)范，明確規(guī)定木質(zhì)窗涂料的技術(shù)要求。


    從1999年起，歐洲戶外木材保護涂料工業(yè)標準EN927（LackeundAnstichstoffe：BeschichtungsstoffeundBeschichtungssystemefuerHolzimAussenbereich，Teil2：Leistungsanforderungen.March1999）試行，提出了作為木門窗專用涂料須達到的技術(shù)要求，必須要通過的檢測和建議的檢測項目及檢測標準方法。


    根據(jù)上述規(guī)范和歐洲30余年的經(jīng)驗。木質(zhì)窗的木材涂料需達到如下基本要求：防腐、防蟲、防水與透氣、韌性、耐紫外線、耐老化和生態(tài)安全等。


    3.1防腐防蟲

    木材含有一定的糖分、淀粉、蛋白質(zhì)等，容易遭受到微生物、細菌的損害。由此，木材需要進行防腐、防霉變的處理。一般在底漆中添加防腐劑就可以達到目的，但是，其有效性、耐久性需經(jīng)過專門機構(gòu)的檢測，有證書，如德國權(quán)威RAL證書，證明。


    一般情況下，使用到木質(zhì)窗的木材遭受昆蟲和白蟻的可能性比較小，所以一般不需要對木材進行防蟲防白蟻的處理。但是在中國南方如廣東與福建地區(qū)，空氣潮濕，平均相對空氣濕度在70%左右，參照德國工業(yè)標準DIN68800規(guī)定，需要進行防蟲、防白蟻的處理。


    3.2防水與透氣性

    安裝到墻體中的木材變形，一方面會導(dǎo)致集成材本身和型材的接頭部位的開裂，另一方面會導(dǎo)致密封膠的脫落，影響窗戶的密實性。此外，當木材含水率超過20%時，木材容易發(fā)生霉變。所以涂料必須有很好的防水功能。


    根據(jù)歐洲標準DINEN927-5，涂裝后的木材的72小時吸水量小于175克。


    水包括外部雨水、外部與內(nèi)部的凝結(jié)水（結(jié)露）。液態(tài)或氣態(tài)的水均會導(dǎo)致木材體積的變化，在不可見的部位也需要有防水涂料，防止結(jié)露及潮汽進入集成材。


    在保證涂料防水的同時，需要其有一定的透氣性，否則，漆膜會起泡、脫落。需求木門窗涂料的透氣性和密封性到達一平衡。最理想的是單向呼吸：木材外部的水不進入木材，而木材內(nèi)部的水可以揮發(fā)掉。


    有關(guān)透氣性，目前尚沒有統(tǒng)一的標準。一般認為（VFF，1999；URBAN，2000；），按照德國工業(yè)標準DIN52615測定的sd＝0.5-1.2m，即在23℃時，在相對濕度95%-50%（濕杯法）的條件下，24小時水汽透過量為17-40克，比較合適。這樣既保證涂料有很好的密封性，又具有一定的透氣性。


    3.3韌性與硬度

    木材為具韌性的有機材料，要求涂裝與其表面的漆膜具有一定的彈性和韌性，這樣涂料才會耐久，不容易脫落和分離。今天聚酯改性的醇酸樹脂和核殼機構(gòu)的PU-丙烯酸脂漆均有一定的強度和韌性。相反，木門窗漆不需要象木地板漆那樣的硬度。高硬度的涂料會開裂、脫落。


    3.4耐紫外線

    木材含有的木質(zhì)素，如同我們?nèi)祟惖钠つw一樣，容易受到紫外線的損害。在紫外線作用下，木質(zhì)素會變色，常見的是發(fā)灰，白色木材會發(fā)黃，木材由此而變脆，強度降低，涂料的附著力會由此而失去。


    根據(jù)德VFF 1999技術(shù)規(guī)范，紫外線的透射率＜3%時，才適合作戶外木質(zhì)木窗的涂料，紫外線的透射率為3－10%，有條件地可作為木鋁復(fù)合類窗的涂料，而紫外線的透射率＞10%時（如普通透明PU-家具漆等），因為不具有防止紫外線的作用，不適合作為木質(zhì)窗涂料的專用漆。


    今天，德國專業(yè)木門窗生產(chǎn)企業(yè)要求涂料生產(chǎn)廠家提供抗紫外線的測試數(shù)據(jù)，以保證其窗戶的耐久性。


    3.5耐老化

    無論在人工老化實驗還是天然實驗（1年時間），需要涂料不開裂、不脫落不起泡，附著力好。


    3.6生態(tài)安全

    在使用過程中，需要涂料不對人體產(chǎn)生危害，特別是重金屬（如鉛等，需通過歐洲標準DINEN71-3或中國標準GB18581-2001檢測）。


    二、專用木門窗漆系統(tǒng)

    根據(jù)上述要求，一完整的系統(tǒng)由底漆、中涂漆和面漆組成（表1）。


    表1木質(zhì)門窗涂料系統(tǒng)及漆膜厚度要求（參照德國規(guī)范整理）工藝施工的部位漆膜厚度浸漬防腐防蟲所有表面－底涂所有表面 30微米中涂可見部位 60-80微米（透明漆）100微米（遮蓋漆）面涂可見部位專業(yè)木門窗企業(yè)可以生產(chǎn)4大類30余種以上的產(chǎn)品，以滿足不同的需要（表2）表2雷馬士參照德國規(guī)范生產(chǎn)德專用木門窗漆類型木本色透明漆白色/彩色遮蓋漆溶劑型水性溶劑型水性底漆 AidolGL-350 AidolGW-300 AidolGL-251 AidolGW-200/201找平漆（中漆）－ AidolZW-500－ AidolDW-400面漆 AidolLL-750 Aidol LW-700/LW-720 Aidol DW-650/LL-751 Aidol DW-600/601/6021、底漆溶劑型浸漬漆采用改性醇酸樹脂為粘結(jié)劑，滲透到木材的微孔隙中，保留木材紋理。耐候，憎水，具很好透汽性-木材可呼吸。


    水性底漆采用特種樹脂的乳液為粘結(jié)劑，有一定的滲透性，增加面漆和底層的附著力。實驗證明，采用專用溶劑型底漆處理的基材，其粗糙程度只增加25%，而采用普通水性底漆，增加116%。這是不經(jīng)過特殊處理的水性涂料的漆膜不如溶劑型漆平整的原因之一。


    2、面漆

    溶劑型面漆由改性的特種醇酸樹脂作為粘結(jié)劑，添加顏料和助劑等制成。當溶劑揮發(fā)后，固化成膜。


    水性面漆由丙烯酸樹脂乳液之間發(fā)生聚合，形成耐水耐候的漆膜。面漆一般添加特殊的顏料（如透明氧化物顏料），這些顏料一方面可以彌補基材的部分色差，起裝飾效果，另一方面起紫外線屏蔽作用，保護木材不受紫外線的損害。


    普通氧化物顏料盡管可以屏蔽紫外線，但透明度差，遮蓋住木材的紋理，是不適合作為木窗木本色透明漆的顏料。


    與底漆不同的是，面漆一般為厚膜型，高固含量，固化后形成明顯的漆膜。


    3、溶劑型面漆與水性面漆的施工工藝要求溶劑型面漆是通過溶劑的揮發(fā)而固化成膜，而且面漆噴涂到涂有底漆的木材上，溶劑聚集在漆膜的表層，使漆膜有很好的流平性。所以當溶劑型漆表干后，漆膜基本已經(jīng)固化。當然，改性的溶劑型漆完全固化需約7天左右。由此，只要保持良好的通風(fēng)，使溶劑充分揮發(fā)，溶劑型漆會固化很好。


    水性面漆是在水分揮發(fā)后，乳液之間發(fā)生聚合而固化。該過程受濕度、溫度影響非常明顯。一方面，要求溫度不能低于10-15℃，另一方面，要求剛噴涂的漆膜處于77-55%的理想的濕度環(huán)境中。如果滿足不了水性漆的成膜溫度濕度條件，面漆一方面視覺上渾濁，成為亞光，另一方面，樹脂乳液之間不發(fā)生充分的交聯(lián)反應(yīng)，達不到理想性能。水性底漆起毛，直立的木纖維會成為將來的雨水的通道，降低涂料的防水功能。


    三、結(jié)論和討論

    1、木質(zhì)門窗木材涂料需要達到的基本要求由于木材特殊的物理機械性能、化學(xué)成分特點、木質(zhì)門窗所處的建筑結(jié)構(gòu)位置，要求木質(zhì)門窗的木材涂料需滿足防水、透氣、防腐、防止變形、抗紫外線、耐老化、耐沖擊等機械損傷、易于維護和翻等要求。


    參照歐洲和我國木質(zhì)門窗行業(yè)的經(jīng)驗，建議采用經(jīng)過檢測的專用木門窗涂料。


    2、專用木門窗漆的產(chǎn)品系統(tǒng)

    專用木門窗涂料系統(tǒng)由滲透型底漆和厚膜型面漆組成，按照配方和透明程度，分成水性、溶劑型、木本色透明漆（所謂清水）和遮蓋彩色漆（所謂混水）4大系列。為單組分，開桶即可施工。此外系統(tǒng)產(chǎn)品尚包括接縫密封膏、接頭防腐劑、維護清潔劑、上光劑、翻新手刷漆等系列產(chǎn)品。


    在涂料選擇方面，需根據(jù)木材的自身特點、涂料的成膜特點、生產(chǎn)車間的噴漆體積以用最終客戶的要求決定。


    3、不同類型涂料的性能及選擇標準

    水性涂料可降低大氣中有機溶劑VOC的排放量，在歐洲、美洲等國家地區(qū)嚴格的法規(guī)下，成為一種建筑漆的主流產(chǎn)品類型。在木材水性漆方面，歐洲水性木質(zhì)漆本身也已經(jīng)成熟，成為門窗的主要涂料類型。


    在性能方面，水性丙烯酸類漆具有一定的優(yōu)點（Dr.Hein，2003），例如：（1）氣味較弱，低VOC；（2）噴漆工藝得當，可以達到比較長的使用壽命；（3）有相對比較好的的透氣性；（4）黃化比較弱，特別是白色和彩色漆表現(xiàn)明顯；（5）在常溫（15-25℃）下，干燥比較快；（6）老化后變脆的程度低。


    但是，根據(jù)本人的調(diào)研，由于多種原因，我國大多數(shù)的木質(zhì)門窗生產(chǎn)企業(yè)，不具備施工水性漆需要的溫度與濕度條件，不能充分發(fā)揮水性漆的長處。例如，北方氣候干燥，需要加濕設(shè)備，以達到水性漆需要的濕度條件。長江中下游地區(qū)冬季寒冷，無暖氣，冬季施工，水性漆膜無法正常固化。


    溶劑型木門窗漆由于對噴涂條件要求比較低，容易達到類似聚酯漆的亮麗、平滑的漆膜效果。此外，根據(jù)德國海茵博士（Dr.J.Hein）2003年的總結(jié)，尚有很多的優(yōu)點：(1)可溶性好；(2)滲透性好，可滲透到木材的深部；(3)封閉型好，木材中的活動成分不容易溢出而破壞漆膜；(4)抗機械磨損比較好；(5)很好的耐水性和很好的耐化學(xué)腐蝕（如日常清潔劑）；(6)耐軟化劑，抗再粘結(jié)強度高；(7)惡劣氣候條件下（如過低和過高的濕度），仍然能夠很好地固化成膜；(8)操作時間長；(9)流平性好，平整度和光澤度高；(10)和舊油漆的附著力好。


    上述優(yōu)點是歐洲今天戶外木材漆仍然采用以溶劑型醇酸樹脂類漆的原因。


    在目前中國窗業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)條件下，改性的醇酸樹脂漆應(yīng)該是“符合國情”的適合木質(zhì)門窗木材表面涂裝的材料，特別適合作為剛剛起步的中小企業(yè)。


    聚酯、PU等系列的木材家具涂料，不適合木質(zhì)門窗的木材涂裝。主要原因是聚酯漆為脆性，延伸率低，漆膜處于玻璃態(tài)，適合剛性底材如鋼鐵或不受溫差變化潮濕交替影響的室內(nèi)木材（如地板、家具）的涂裝。涂刷聚酯油漆的室外木窗，會在水汽、紫外線和熱等因素的作用下，開裂、剝落。此外，一般聚酯漆不抗紫外線，透氣性差，一旦開裂，不容易維修和翻新。


    4、發(fā)展方向展望

    “木材涂料的質(zhì)量決定木窗的質(zhì)量”，希望這能夠成為木質(zhì)木窗行業(yè)的共識。建議在規(guī)范木質(zhì)窗業(yè)的同時，參照歐洲經(jīng)驗和規(guī)范，制訂中國的木質(zhì)門窗木材涂裝的規(guī)范，以保證該行業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展。歐洲木材涂料標準實施后，有效地制止了不合格材料進入木門窗行業(yè)，幫助最終客戶對木質(zhì)門窗的信心。


    在材料選擇方面，應(yīng)根據(jù)木材自身的特點和類型、木質(zhì)門窗的建筑結(jié)構(gòu)特點、不同涂料的成膜特性及對濕度溫度的要求以及企業(yè)所具有的生產(chǎn)條件決定系統(tǒng)和工藝。

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