竹木制品有机耐光老化关键技术

2017-05-24

竹木材具有纹理美观、强重比高、可加工性强等优点，深受人们喜爱。近年国家倡议大力发展生物质绿色建材，户外竹木建材成为建筑行业未来发展的一个热点。户外木地板、木质外墙装饰材料等产品也是竹木加工行业主要方向。竹木材及其制品在户外利用时，太阳光、水分、氧气、霉菌、真菌、虫蛀、粉尘、温度、酸碱和冰冻等环境因子会降低材料的性能，缩短产品的使用寿命。在这一系列的老化因子中，太阳光辐射是材料老化的最主要原因之一。

竹木材主要成分为纤维素、半纤维素、木质素及抽提物，它们对太阳光中紫外线都具有一定程度的吸收。由于紫外线波长短、能量大，紫外线照射一段时间后会导致竹木材分子降解，降低竹木材物理、化学性能，致使竹木材及其制品产生颜色变化、开裂、光泽度下降和粗糙度增加等不利变化。涂饰普通涂料的竹木制品也不能避免光老化，并且涂层会出现开裂、剥离等现象。涂层、基材开裂以及主要成分降解后又会进一步加速竹木制品的霉变和腐朽。这一系列的不利因素限制了竹木材的户外利用范围，缩短了竹木材户外使用寿命，因此，开展竹木制品耐光老化技术研究意义重大。

竹木制品耐光老化方法主要有涂饰处理和化学改性两大类，其中，无机、有机紫外吸收剂涂层是目前研究的热点。采用无机纳米紫外吸收剂涂层提高竹木材耐光老化性能已有大量报道。无机纳米紫外吸收剂具有较为良好的紫外光屏蔽能力及一定程度的抗菌性能，然而，无机纳米颗粒均匀分散难度大，处理成本较高。

一、成果简介

国家林业局竹子研究开发中心（简称竹子中心）竹木材老化研究始于2004年，竹木材光老化及耐光老化研究始于2010年。在浙江省科技计划项目的支持下，竹子中心针对户外竹木制品易光老化、霉腐等问题，开展有机紫外吸收剂在竹木制品耐光老化作用机理及效果等方面的研究，优化复配出以苯并三唑为主体，丙烯酸树脂、UV固化漆和木蜡油为载体，乙酸乙酯和乙醇等为改性剂的耐光老化涂料。该耐光老化涂料形成的涂层可见光透光率和紫外光屏蔽性能分别达到90%和99%以上。基于上述涂料，采用不同涂饰技术和防霉处理开发出户外用耐光老化重组竹板等多种耐光老化竹木产品。同时，根据不同使用环境，针对性研发户外竹木制品维护技术。该成果在提升竹木制品耐光老化性能的同时，保持了竹木材天然的清晰纹理，提高了竹木制品的使用寿命，增加了产品附加值，具有十分广阔的推广应用前景。获国家发明专利“一种竹木材耐光老化剂及其制备方法”（专利号：ZL201410316849.X），发表论文7篇。主要完成人有陈玉和、李能、包永洁、于辉、吴再兴、黄成建。

（一）主要开发内容

１．涂料制备技术

采用BTZ-1、丙烯酸树脂、UV固化漆、乙酸乙酯和无水酒精等物质配制耐光老化涂料，既可以有效屏蔽太阳光中绝大部分紫外线，又可以让可见光自由穿透。

２．涂料涂饰技术

主要包括辊涂法和涂刷法两种。辊涂法主要适用于企业工业化生产，目前研制的相应涂料由UV固化漆、BTZ-1、乙酸乙酯等物质复配形成。涂刷法主要适合企业和户外人工涂饰，适合常温固化，研制的涂料由丙烯酸树脂、BTZ-1、乙酸乙酯和无水酒精等复配形成。

３．竹木材防霉技术

该技术防霉处理主要包括３种：（1）在丙烯酸树脂中或UV固化底漆中添加防霉剂（ZC）；（2）采用防霉剂（ZC）对基材进行涂刷或浸渍处理；（3）在基材人造板制造过程中，在浸渍的胶粘剂中添加防霉剂（ZC）。

４．户外竹木制品维护技术

根据使用环境不同，对户外使用的竹木材进行维护，维护周期为1 ～ 3年，维护内容包括防霉维护和耐光老化维护两种。防霉维护采用涂刷方法，对基材进行防霉处理；耐光老化维护主要是砂除表面被破坏的涂层（或者整面砂光），涂刷耐光老化涂料。

二、主要技术性能指标

耐光色牢度达到4级以上（参照标准GB/T 15102-2006）。

耐光老化涂层紫外线透过率小于等于1%，可见光透过率大于90%。

紫外加速老化500小时，色度稳定性较未处理试材提高30%，光泽度变化率较未添加紫外吸收剂试材提高20%。

三、推广应用前景

2015年户外竹木制品产量约为500万立方米，产值约为250亿，市场巨大。然而，由于市售竹木制品绝大部分都没有经过耐光老化处理，导致产品的表面性能、力学性能、胶合性能及装饰性能快速下降，严重制约了材料的应用范围，缩短了产品的使用寿命，这既造成了森林资源的浪费，也不符合生态环保的要求。因此，开发竹木制品耐光老化技术意义重大。

竹子中心创新研发的“竹木制品有机耐光老化关键技术”主要包括耐光老化涂料制备技术、涂料涂饰技术、竹木材防霉技术和户外竹木制品维护技术。该技术可以有效屏蔽紫外光，减缓竹木材光老化速度，提高产品性能稳定性，延长产品使用寿命，增加产品附加值，减少产品生命周期内维护成本。并且竹木材耐光老化处理成本较低，处理工艺简单，维护简便，低毒环保。所以，该项技术具有广阔的应用前景。

应用实例：（1）竹子中心与浙江永裕竹业股份有限公司开展合作，采用竹子中心“竹木制品有机耐光老化关键技术”对户外竹质板材进行耐光老化处理。项目在实施过程中，主要采用UV漆与紫外吸收剂复配技术，建立了一条耐光老化涂料涂饰生产线。（2）竹子中心与桐庐竹楠木环保科技有限公司开展合作，采用竹子中心“竹木制品有机耐光老化关键技术”对户外竹楠木板材进行耐光老化处理。该项目在实施过程中，主要采用木蜡油与紫外吸收剂复配技术，新建一个涂料复配基地。

专家介绍

陈玉和，竹子中心副主任、研究员，中国林学会木材科学分会常务委员，中国林学会竹子分会常务委员，中国林学会木材工业分会常务理事。多年来从事竹木建筑装饰材料、竹木材改色技术、竹木制品耐老化关键技术、竹木防水防裂技术研究。历年来主持和参加多项国家及省部级科学研究项目，与多家企业开展了合作。主持国家重点研发计划（“十三五”课题）、国家公益性行业（林业）专项、948等科技攻关项目10多项，承接企业横向课题多项（如染色刨切薄竹生产线，建设染色单板层积材生产线近10条）。创新研发了竹质建筑装饰材料、染色重竹地板、耐光老化竹木制品等产品多项。已验收或鉴定成果10余项，获浙江省科学技术奖一等奖及二等奖各1项，国家林业局科技进步三等奖1项，出版专著1部，获国家发明专利“彩色薄竹生产工艺（专利号：ZL200910099615.3）、一种竹木深层染色方法（专利号：ZL201110246180.8）等11项，实用新型专利“一种空心重组竹柱”（专利号：ZL201120305374.6）、单板纵向接长的高强竹木复合板材（专利号：ZL201120133963.0）”等5项，发表论文62篇（其中SCI或EI收录8篇）。