木地板色牢度影响因素探析
作者：靳贵锋，上海坚弗特种涂料有限公司技术服务部
随着生活水平的提高，我国城镇居民的地板消费水平大幅提升，对于地板产品的要求也日益多样和严格。对于地板色彩要求也越来越严格与细化，地板的色牢度是其中非常重要的指标。色牢度反映的是木地板经过长时间的温度、湿度及阳光照射后，地板色彩发生的变化程度。
通常表征色牢度的方法是选取地板样块上1个点，通过仪器读取该点的L，A，B值，此为原始值；将样块放入一种特别设计的人工老化箱中，开启一系列不同波长人工老化紫外光源（用来模拟阳光和温度的影响），经过一定时间的紫外光照射后，将样块取出，再次测试样本测试区域的L，A，B值，将△L，△A，△B的平方和再开平方，得到△E即为标准样本色彩变化幅度的色牢度值。△E越小，表明样块色彩变化越小。
木地板色牢度的影响因素大概包括以下因素：
1)木地板着色采用的着色方式：水性着色orUV着色
2)着色所用色料产品本身的色牢度等级
3)水性着色剂主体性质对色牢度的影响
4)着色色料在着色体系中能否稳定分散？
5)UV地板涂层对色牢度的影响
6)木材本体溢出物对色牢度的影响
7)地板基材前处理工序对地板成品色牢度的影响
下面我们就这些因素如何发挥作用及如何在地板生产中加以避免做一下分析。
木地板着色方式的影响：水性着色orUV着色
免漆木地板产品在中国的大规模生产始于20世纪90年代，UV技术在年前后在中国蓬勃兴起，随即迅速在木地板市场铺展开来，第一代的UV地板的着色均采用在UV漆或面漆中添加溶剂型色精为主。因为油性色浆的透明性不如色精，所以当时的油性加色所用色料多以色精为主。由于色精本身的色牢度等级（5级左右）就比色浆（色浆的色牢度一般在7-8级）要低，所以当时的地板也屡屡因为色牢度问题而遭到消费者投诉。
时间进入21世纪，以上海坚弗为代表的外资涂料企业为中国地板市场带来了水性木器着色的技术，这种水性着色技术由于着色渗透性好，木纹显映性强，层次感好，同时提升了UV漆层与木材的结合强度而迅速获得市场认可，到年左右，水性着色逐步成为了地板涂装市场的主流。水性着色在色牢度方面由于完全渗透进入木材纹孔，与木材结合在一起，地板的后期色牢度有较好的保障；而UV着色剂与UV涂料结合在一起，不能完全渗透进入木材纹理，是浮在木材表层的色彩，其色牢度与水性着色相比完全不在一个层级上。这也是油性着色逐步退出地板市场的主要原因之一。
色料产品本身的色牢度等级对地板色牢度的影响
地板生产时，水性着色一般会同时用到色精和色浆两种色料。一般而言色精产品透明性好，色牢度等级稍低（5-6左右），最终的地板产品会显得更细腻清透些；而色浆产品遮盖性好，色牢度等级高（7-8左右），透明性方面稍显不足。地板生产厂家会根据具体产品的客户需求，自主选择是使用色精还是色浆或者两者都用。
在地板生产中，不建议使用未经充分验证的色料产品加入到地板涂层中，这些举措将会带来巨大的隐患。年，我们在北方的一个客户接到大量客户投诉，反映其地板产品铺装进入家庭后不到一个星期，在阳台区域或者窗台附件，发现同一块区域，由于阳光照射，显现出明显的褪色现象。客户请我们调查，我们到现场勘查后发现客户使用了一家当地的水性色精产品，色牢度未经验证。于是我们在现场做了对比试验，分别使用客户原有的色精和我们坚弗的色浆产品、色精产品制作了3个小批次地板。之后我们拿这三批地板进行色牢度对比实验，分别用人工QUV老化箱照射72小时（人工模拟），和放置在室外进行阳光暴晒（暴晒的样板用铝箔纸遮盖一半区域做对比），结果发现坚弗的色浆产品表现最好，肉眼几乎看不到变化，△E为0.85，坚弗色精产品有轻微变化，△E值为1.4，而客户在当地采购的水性色精得到的地板△E值达到了4.5，地板严重褪色。随着，国内地板市场竞争水平不断升级，对色牢度的保证已经成为厂家对消费者的基本保证，如果在这方面犯错，将会产生十分恶劣的市场后果，对地板品牌的美誉度将产生严重打击。
水性着色剂主体性质对地板色牢度的影响
目前，地板加工所用的水性着色剂主体主要有两种，水性UV着色剂和水性PU着色剂。水性着色剂对地板色牢度的影响主要包括主体树脂与色料的相容性和水性着色剂的干燥速度两方面。
从主体树脂与色料的相容性方面看，这两种水性着色剂由于主体树脂特性不同，对色料的相容性有较大差异，水性UV着色剂对色精和色浆的相容性比较均衡，从这个角度来说，水性UV着色剂更容易得到好的色牢度效果；水性PU着色剂对色精的品种有所挑剔，其对色精或色浆的相容性不及UV水性着色剂，具体使用哪种色精或色浆需要经过大量实验来验证，如果所选色精或色浆品种不对或者色精、色浆添加量过大，着色体系很容易产生絮凝成为胶体，此时，色料在PU水性中的分散呈现“微团聚状”或者直接成为沉淀，在现场就很容易发生加入大量的色料，而着色效果没有明显提升的问题，这种状态下，其色牢度和着色效果的细腻性都是没有保障的。
从水性的干燥速度看，水性UV着色剂采用双固化体系，先红外烘干去除水分，再进行UV固化；而PU水性着色剂则是直接红外烘干即可全干。如果客户现场的红外烘干设备除湿效果不佳，那么使用水性UV着色剂由于对除湿效果要求更高，则更容易由于底部水分残留而导致后期地板色牢度不佳；水性PU着色剂干燥速度更快，则不易发生由于除湿不佳导致的色牢度下降问题，对地板加工厂家的红外烘干设备的适应性更好。如果在水性着色这道工序，红外烘道的红外烘干及除湿效果发生了故障或者设备本身参数不够，地板经着色工序后，板面含水率超过了10%，那么经过UV涂装后，这些水分会被UV涂层封闭在地板基材的管孔中，此时的漆膜色彩效果是较蒙或者更白一些；当这种地板被铺装到消费者家中，随着一段时间地板与周围环境的湿度交换，由于木材是会呼吸的基材，管孔中多余的水分会通过各种途径释放到环境中，这时漆膜的色相就会发生一些变化，如之前做的灰色系列的产品变黑了或者变透了，这种变化会很容易地被消费者肉眼察觉到，最终将产生客户投诉。
随着十九大的召开，我们国家目前的主要矛盾为“人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾”，向消费者提供高品质的符合消费者个性需求的地板产品以提升品牌美誉度才是地板品牌经营的王道，不管采用哪种水性着色剂，在施工过程中都必须精益求精，追求最佳的着色效果和色牢度的双达标，才是对企业品牌维护的基础。
着色色料在水性着色剂中的分散状态对色牢度的影响
在目前的地板生产行业，涂料供应商及色精色浆的供应商非常多，有外资品牌，有国内一线品牌，也有小作坊式的产品；有涂料和色精色浆都提供的全系列供应商，也有仅仅提供某个产品的单品供应商。这种纷繁芜杂的局面也对地板产品色牢度的稳定提出了新的挑战。
一些地板生产厂家，为了成本控制和生产稳定的多方面需要，会在其地板生产过程中，同时使用2家甚至更多家供应商的产品。具体到对色牢度有影响的生产环节，就是使用A供应商生产的水性着色剂，在其中添加B供应商提供的水性色浆产品以及C供应商提供的水性色精产品，这种情况对地板色牢度的稳定控制增添了更多的挑战。不同的供应商对同一类产品的理解和其配方特性是会有差异的，这种差异大多时候处于“隐性”状态，在小批量或者平常温度、湿度条件下是不易被发现的，一旦环境条件明显变化超过阀值时，这些不同供应商的产品配合在一起时，就会发生不可预估的如絮凝、色相分离之类的不良反应，从而导致地板色牢度的不稳定。水性色精或色浆产品对着色剂体系的树脂种类、酸值或PH值都是有选择的，在其最佳范围时，色料在着色剂中是比较良好的“类溶液”状态，此时色料在着色剂的包裹下，很容易地在木材管孔中进行渗透、润湿以及铺展等各种动作，为色牢度打下良好的基础。当几家供应商的不同产品任意一家的产品发生了细微变化，譬如水性或色料产品发生变化，都会导致色料在水性主体中的分散效果大受影响，严重时甚至会发生类凝胶状絮凝反应，导致着色剂失效。而导致这种不良反应的原因是多方面的，有时，甚至加在同一体系中的色精和色浆之间也会发生絮凝反应。即使最轻微的絮凝反应，我们的肉眼也可能无法直接观察到，但此时，色料在着色体系中的分布已经从“类溶液状”变成“类乳液或类悬浮液”，色料在体系中是成团聚状，此时一方面会导致着色效果产生差异，也对色料在基材中的润湿、渗透和铺展产生极大的阻碍，从而削弱后期底部产品的色牢度。
地板UV涂层对地板色牢度的影响
地板UV涂层对地板产品色牢度的影响主要包括两个方面：1）地板UV涂层本身的变色对地板色牢度的影响；2）地板底漆与水性着色剂之间的反应对地板色牢度的影响。
从地板UV涂层的变色倾向角度看，目前地板UV涂料所采用的主体树脂有以下几种：聚氨酯丙烯酸酯低聚物、环氧丙烯酸酯低聚物、聚酯聚醚类丙烯酸酯低聚物、聚丙烯酸酯低聚物，氨基丙烯酸酯低聚物以及一些用量较少用于特殊用途的特种树脂。从树脂本身的色牢度等级看，聚丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯低聚物的色牢度等级较高，不容易变色；聚酯聚醚类丙烯酸酯低聚物的色牢度等级居中；环氧丙烯酸酯低聚物和氨基丙烯酸酯的色牢度等级最低，最容易产生黄变或者红变。而由于原料来源容易与否，价格高低与否，导致目前的UV涂层中，环氧丙烯酸低聚物所占比重较高。环氧丙烯酸低聚物中所含的苯环基团会导致UV涂层在接触紫外光照射后迅速黄变，此变化在浅色地板尤其明显。而聚氨酯丙烯酸酯低聚物特别是脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物，限于成本的原因，往往只用于面漆、弹性、附着底漆中，用于提供特殊保护性能。聚氨酯丙烯酸酯低聚物其特殊的氢键结果保证了其优异的理化性能和较好的光稳定性，其在紫外光照射下，仅仅发生轻微的变色，且具有一定程度的回复性能，是生产浅色系地板的较好选择。
从地板底漆与水性着色剂之间的反应的角度看，现在的地板加工工艺中，由于水性着色剂中的色料添加比例越来越高，这道工序后都会接着涂布一道UV附着增强底漆。这种附着增强底漆的配方选择方面，有的供应商会选择酸值较高的原料以增加底漆与基材的反应程度和渗透性。这种方法得到的底漆也可以提供较好的附着效果，但与水性着色色料会发生不可预估的不良反应。因为，现有的水性着色剂或者水性色料基本都是呈现弱碱性的，也只有在弱碱性条件下，才可以发挥较好的展色性能，这种水性色料在遇到酸性较强的UV底漆时，由于这种UV底漆较强的酸性基团在基材中的渗透，会破坏之前色料分子在地板基材中的良好分散和渗透铺展效果，造成二次收缩或絮凝，从而对后期地板的色牢度产生不利影响。这个发现是我们在进行色牢度研究时，无意中发现的，经过和研发部门的沟通交流，又经过针对性的实验，初步证实了这个发现。当然，这个发现可能存在它适用的局限性，这就需要更多的研究来其动作机理予以揭示。
木材本体溢出物对地板色牢度的影响
作为地板基材的木材的主要成分包括：木质素，纤维素及半纤维素，可抽提物（例如树脂、挥发性油类、单宁及酚类等），矿物质等四类。在地板加工过程中，可抽提物中的水溶性组分对地板产品后期的色牢度影响较大。
在这些木材的水溶性组分中，单宁具有明显的水溶性，酚类也具有一定的水溶性，这些物质在接触到水分之后，会从木材细胞壁迁移到木材表面，这些物质一方面极易和氧气发生反应而显色，另一方面也容易和水性着色色料发生反应而导致地板色彩色牢度不佳。
在地板厂的生产过程中，经常遇到生产白色地板时，发现许多地板的局部区域会发生黄变，严重影响产品的整体美观。这种情况多数发生在栎木类柞木属地板产品中，由于柞木类基材富含单宁物质，在涂布水性着色剂时，单宁类物质随着水分的渗透而被水分溶解而带入到着色物质中，单宁本身呈现棕褐色，在透明色涂装时，由于和水性色差异不大，不易被人察觉；而当涂布白色、浅灰色类水性色彩时，单宁会和这些水性着色剂结合，产生局部的黄褐色变化，严重影响着色整体美感。（如图1）
对地板产品的后期色牢度影响最大的因素是这些木材本体溢出物中的水溶性成分在水性着色剂涂装过程中迁移到地板基材表面后，将会在紫外线和热的作用下，发生氧化反应，或产生新的着色基团，或原有的着色基团发生分解反应而褪色，将对地板产品的后期色牢度形成不可忽视的负面影响。
地板基材前处理工序对地板成品色牢度的影响
地板的基材前处理工序有很多道，对成品色牢度可能形成影响的工序有地板面皮的蒸煮处理、地板成品的含水率平衡控制工序等等。地板木皮的蒸煮处理和成品含水率对木皮后期的尺寸稳定性和色牢度都有直接影响。木皮含水率过高，由于大量残余水分的存在，会导致木材细胞壁中的一些水溶性物质加速析出到表面，之后在阳光和热量的作用下，发生降解或者氧化反应，从而影响地板后期的色牢度。不过这些前处理工序，在中国已经成为各家地板加工企业的基本要求，所以大家在这方面的控制还都比较正常，也很少在这方面发生问题。
另一方面，随着全世界范围内对木材资源的保护越来越重视，对滥砍滥伐及木材走私的处罚也越来越严厉，中国地板产业所能得到的木材资源越来越少，木材的等级也在逐年下降，上个世纪90年代，非A级板不要的局面已经一去不复返了，为了更有效地利用木材资源，木皮的得到方式也从最初的锯切法，发展到刨切法和旋切法，地板面皮的等级从A到E，甚至是F级，木皮的色差也越来越大。为了保证大批量地板产品的色差都在一定范围内，于是，对木皮进行初次处理的各种工艺诸如氨熏、碳化以及漂白开始在近几年兴起。随着地板消费者对地板色彩的偏好从重色系逐渐转移到浅色系，从年到年，对木皮的漂白处理需求逐渐从原有的零星份额上升到占到一家地板厂加工总量的20%左右。
对于木皮的漂白处理工艺，大部分厂家都是摸着石头过河。多数是直接自己购买一些药剂进行勾兑之后，涂抹在需要漂白的木皮上，待木皮颜色变化完成后，就进行后道水性着色和UV涂料的涂装。在漂白处理的过程中，由于这些药剂的来源、浓度并不固定，加上，一些地板加工企业为了赶工期，在漂白反应未完全结束时，未进行正确的表面酸碱度的控制、木皮含水率的控制，就直接进行后道水性着色和UV涂料的涂装，这就给这种漂白地板产品的长期色牢度带来了很大隐患。年下半年，我们的一个大客户在制作一批红橡浅色板的工程订单时，就由于赶工期，漂白后，未待反应完全就进行后道工序，导致近平方的地板成品出现后期变黄的问题，最终需要赔偿其终端客户近百万。
针对这种漂白面皮的地板产品，需要严格控制漂白药剂的采购来源地、配比、足够的反应时间，后期木皮的含水率和酸碱度等各种参数，形成可以追溯的SOP,这样才能形成批量生产的稳定性。
结语
针对以上所述的色牢度影响因素，地板业者需要从源头做起，对影响地板产品色牢度的各项影响因素提前评估，做出有效的工艺控制SOP。首先从地板基材的前端工序开始，对基材的含水率、漂白板的酸碱度再平衡做到严格管控，对一些容易出现溢出物渗色的材种，可以喷涂或者辊涂一道水性木材稳定剂，这种稳定剂可以一方面对木材内部的水溶性单宁、酚类物质的溢出加以抑制，另一方面也可以吸收阳光中的紫外线，防止紫外线对木材的光老化作用；其次，尽量以水性着色为主，避免UV着色；再次，对从水性着色剂的类型到色精、色浆产品、甚至UV地板产品的的供应商做好筛选评估，尽量采用一个供应商的全套产品，避免发生问题时，无从查起；最后，地板涂装设备对地板色牢度也会产生直接的影响，地板业者需要对这些设备定期检修，以最佳的产品服务消费者，共同打造中国地板的高端品质形象。
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