2 木材涂層失效的影響因素及機制

2.1 木材涂層失效的影響因素

外界環境因素以及基材、涂層的內部性質共同決定著涂層的使用壽命。對于木質基材而言，紫外線照射、水分、氧氣、溫度等都是影響其表面涂層失效的重要環境因素。氧氣存在時，紫外線會穿過透明的或半透明的涂料直接分解涂層下的木材，使得木材與涂層之間的結合力降低，一旦木材與涂層之間的界面被破壞，涂層就會在短時間內開裂并剝落；雨水或其他因素影響會導致木材的水分分布不均勻，引起木材干縮濕脹，并使涂層承受一定的應力，進而導致涂層開裂；水分的存在還會為微生物提供良好的生存環境，促進微生物滋生，微生物則會利用涂層中的一些成分，導致或促進涂層失效；溫度會對木材分解、微生物生長起到促進作用。另外，酸和堿的作用、空氣污染、粉塵等也會也會加速有機涂層的的失效。實際應用中這些環境因素會聯合作用，給涂層帶來更大的傷害。

除了上述外界環境因素的影響外，基材、涂層本身的性質也會嚴重影響表面涂層的性能。木材中的木質素是引起木材光降解的主要原因，許多研究已經致力于對木材表面進行脫木質素或改性以提高木材表面的光穩定性；木材的早晚材、心邊材密度不同，干縮濕脹存在差異，導致涂層產生應力，進而失效；木材的生長輪寬度、密度、心材比率會影響木材對水分的吸收，導致木材的含水率分布不均勻；節子的存在會降低涂層與木材之間的結合力，節子中的樹脂溢出還會引起涂層的變色。木材表面的加工處理方法及不同表面粗糙度會對木材涂層附著力產生影響，繼而影響木材涂層的耐久性和時效行為。另外，涂料的選用也會影響涂層的失效，如不透明漆的性能均優于清漆。

2.2 木材涂層失效機制

木材涂層失效的機制也比較復雜。木材雖然不會像金屬那樣會發生電化學腐蝕，但由于其本身所具有的一些特性如干縮濕脹、易受菌蟲侵擾及內含物等決定了其涂層失效的復雜性和獨特性。因此，木材涂層失效是一個多種因素聯合作用的復雜過程。實木家具通常會涂飾清漆來襯托木材自身的花紋。另外，清漆顏色透明，干擾因素少，因此，對于木材表面清漆來說，失效機制主要被解釋為太陽光穿過透明清漆到達基材，使木材細胞壁發生分解，進一步導致木材表層細胞之間產生分離，最終導致木材表面清漆失效。不透明或半透明的涂料由于顏色、種類、配方、功效等多方面的原因，各種涂料對木材的保護性能會有所不同，因此，失效機制有所差異。水溶性漆的脆性比溶劑型漆大，水溶性著色劑雖然滲透性差但在長時間使用后膠結性能仍良好，而溶劑型著色劑在相同時間內卻已經發生失效，主要原因是著色劑在光的作用下發生分解，使界面受到影響，導致木材和涂層脆性增大，漆膜附著力喪失，最終使涂層脫離木材表面。不論是前面提到的清漆還是著色劑，光照都是引起涂層失效的主要因素，而從能量的角度來看，木材或涂層高分子材料在光照作用下發生分解主要取決于分子鏈所吸收波長的能量和化學鍵的強度。高聚物分子結合的鍵能多數在250~420 kJ/mol，太陽光中的紫外線波長短，300 nm的紫外線的光能量達399 kJ/mol，一般高于引起高分子鏈上各種化學鍵斷裂所需的能量，因此能夠破壞高分子聚合結構中的化學鍵，從而進一步引起材料的氧化降解。

綜上所述，木材涂層失效的機制與木材基材（如樹種、紋理、早晚材、心邊材等特征）、涂料種類及特性以及外界環境條件（如紫外線輻照、溫度、濕度、微生物等）等諸多因素密切相關，因此，造成木材涂層失效的獨特性和復雜性。我國對木材涂層失效機制的研究甚少，因此，重視和加強木材涂層失效的研究特別是失效機制的研究具有重要理論和現實意義。