【德雅莱斯】从大漆到木蜡油——理想涂料之路
一:“漆”的起源
漆(lacquer)的历史非常悠久,考古学家在河姆渡遗址发现的一只髹(音xiu,指为器物涂漆)漆木碗,距今已有7000多年。根据史料推测,在新石器时期,古人就已经认识到漆的性能并用以制器。“漆”字的构成也可佐证:漆来源于漆树(sumach,lacque tree),所有树木名称的汉字都从木旁,例如:松、柏、榉、杨等等,唯独“漆”字从水。因为这种树的树干处会流出汁液,称之为“桼”:上部从木,中间从人,下部从水,形象地表明漆树、人、漆液的关联。《庄子•人世间》中有语:“漆可用,故割之”,是中国最早关于采割生漆的记载。
二:大漆和漆树
大漆(Chinese lacquer;japan;Japanlac),又名天然漆、生漆、土漆、国漆。以前的人们并不知道制作大漆所依据的化学原理,而是通过不断的观察和实践掌握了大漆的奥秘。从漆树中自然分泌出来的漆液,经日晒后会形成黑色发亮的漆膜,这引起了古人的注意,并寻思怎么利用。慢慢的,人们学会了从漆树中收集更多漆液,把它刷在器物上,就成了原始的漆器。漆树的人工栽培应运而生,《诗经》记载:“定之方中,作于楚宫,揆之以曰,作于楚室,树之榛、栗、桐、梓、漆”,表明在先秦时期,漆树就已经成为一种经济树种。
漆树是落叶乔木,树高可达20米。树叶呈椭圆形,初夏开黄绿色的花朵,秋季结果成扁球形。漆树在中国分布很广,环绕四川盆地的几个省份是其分布中心,因为这些地区气候温润,非常适于漆树的生长。
八年以上的漆树可以产漆,漆农用蚌壳割开树皮,将蚌壳或竹片插在刀口下方,采集的漆液汇入木桶后,用油纸密封保存。从漆树上割取的天然漆液,叫生漆,而熟漆是指经过日照、搅拌,掺入桐油氧化后的生漆。
漆液的主要成份是漆酚,其他还有树胶质、氮、水分及微量的挥发酸等,刚割取的漆液呈乳白色粘稠状,接触空气后氧化颜色慢慢变深,最后成为栗壳色。生漆很难调成鲜艳的色漆,因为生漆本身色泽深沉,颜料加入其中,很容易被生漆原色征服,所以古代漆器大多是黑、朱二色。
“朱门酒肉臭,路有冻死骨”,杜甫诗中的朱漆大门在封建时期是官府专用,普通百姓为了避嫌大多选择黑漆。俗语说“凡漆不言色者皆黑”,现在人们还用“漆黑一片”来形容夜色的黑。至于让生漆变黑,可以将铁锈水调入漆中,氧化铁和漆酚发生呈色反应,搅拌均匀后,刷在物件上,黝黑如墨。这种黑漆也叫乌漆、玄漆。
虽然大漆属于天然植物漆,但是有些人接触未干的大漆会皮肤过敏,甚至闻到大漆的味道也能起疹子。遇到这种情况,老师傅们会说是被大漆“咬了”,其实,这是大漆过敏症。一般来说,无需特别治疗,七天左右就会自愈。
大漆涂装应用源源流长,古今中外闻名,其对环境影响小,具有防水、防虫、杀菌、防腐的功效外,漆料对酸性、盐分、潮湿的耐力强。其功能不仅能美化,更能保护器物,一直被视为理想涂料的首选,漆业因此非常昌盛,经久不衰。漆器和瓷器被视为东方文明的象征,后传至日本,因为日本人在生活中仰赖漆器的程度远远超越其他民族,西方人因此把漆器称为“Japan”,而把瓷器称为“China”。
大漆在20世纪遭遇了的真正挑战。由于大漆本身存在品种单一、劳动生产率低、批量化程度低、成本高等局限,随着现代化学涂料的出现,大漆的应用范围越来越窄。由于化学涂料原料廉价、批量生产容易、成本低、功能多、应用广泛,几乎取代了这种应用千年的传统涂料。
三:桐油
因为大漆的产量有限,古人又找到了桐油(tung oil),桐油比大漆更容易获得,成本更低,因此古人常常在漆中掺入桐油,油和漆混合,取长补短,物尽其用,可谓创举,油漆(paint)一词就是这么产生的。
桐油是将采摘的桐树种子经机械压榨,加工提炼制成的工业用植物油。油桐种子含油率一般在35%以上,其中种仁含油率60%左右。生桐油也叫胚油,外观淡黄,干燥速度较慢,而且漆膜的透明性和粘性较差,不能直接用作涂装。生桐油经过高温熬制,并添加松香(rosin)作为干燥剂,经精密过滤后成为熟桐油,稳定性和涂装效果大为改进,油膜质感明显,既具有一定的硬度,又具有很好的延展性和弹性,但抗老化性能不及大漆。
熟桐油熬制工艺比较复杂,对油温敏感度高,市面上的桐油产品没有统一的质量标准,可以用于涂装,但无法保证可预期的效果。一些质量不佳的熟桐油的油膜会出现霜花、网纹、丝纹等现象。桐油用途极为广泛,它是制造油漆、油墨的主要原料,并可制作油布、油纸、肥皂、农药和医药用呕吐剂、杀虫剂等。历史上,桐油最常见的用处是古代木建筑的防腐,不仅成本低廉,而且效果颇佳。
桐油内含的桐酸对黏膜有刺激性,吸收后会损害肝和肾,生桐油挥发的桐酸气味比熟桐油大很多。特别需要注意的是,桐油的外观与食用油类似,但不能吃,如果误食会导致剧烈呕吐。如果食用油中混入少量桐油,则更危险,长期食用可能引发亚急性中毒。
四:蜂蜡
我国传统家具涂装有“南漆北蜡”的说法。即南方天气潮湿,为了保护木料,流行用大漆进行涂装,而北方气候干燥,家具多用蜂蜡(beeswax)处理。但是“南漆北蜡”并不绝对,上漆和涂蜡的做法南北方都可以见到,目的都是为了防止大气中的湿度温度变化对木材产生影响。
蜂蜡又名黄蜡,古称“黄占”、“蜜蜡”,由负责哺育幼蜂的工蜂分泌,是建造蜂巢的原料。蜂蜡的主要成分是酯,刚分泌出来的蜂蜡是白色透明的,即wax scale,经工蜂咀嚼后,变成不透明状,被建成蜂巢后,长期受蜂胶和花粉油的混合,才变为大家熟悉的黄色。工蜂需要摄入8份蜂蜜,才能够从腹部的蜡腺中,分泌出1份蜂蜡。统计下来,为生产1kg蜂蜡,一只蜜蜂需要飞行530000公里。全球每年仅生产10000吨蜂蜡。
纯蜂蜡的价格相对较高(大约相当于4倍蜂蜜的价格),所以用于家具涂装的大多是混合蜡,在蜂蜡中添加了石蜡(paraffin wax)、松香等物质。石蜡是一种用途广泛(如蜡纸、蜡笔、蜡烛、复写纸)又极具争议的物质,石蜡一般从石油中直接提取,通常情况下,石蜡被认为是无毒的,但在工业提取过程往往会掺杂一些重金属残留物。
由于蜂蜡是一种惰性物质,与木材本身的树脂和水分是不相溶的,可在木头表面形成保护层,隔绝水份并增进表面的光泽质感,延长使用年限;同时蜡不会完全密封木头原有气孔,不会影响天然香味的散发和热涨冷缩的呼吸作用。上蜡一般使用烫蜡的工艺,这样可以使液体状的蜡浸入木材纤维。
打蜡后的家具经过一段时间使用,表面会产生“包浆”,能够更好地保护和滋润木材。虽然蜂蜡无法掩饰木材本身的色差,保护效力也不如漆的完全隔离,却是更能维持木头本身美感的方式。蜂蜡的两个限制因素是:一,价格昂贵。二。烫蜡工艺复杂,不适合现代化生产操作。
五:核桃油
核桃油(walnut oil)擦拭过的家具非常光亮,这种用法在民间也很流行,但它从根本上并不适合作为木材的涂装材料。
核桃油和桐油虽然都是植物油,但区别在于核桃油是一种活性油,不饱和脂肪酸含量超过80%,渗入木材后会分解木质纤维,降低木材的强度,从而影响家具的使用寿命。核桃油用作食用油才是正道,因为不饱和脂肪酸含量高,它对软化血管、降低人体胆固醇含量、防止动脉硬化和血栓形成有积极作用。另外和蜂蜡相比,核桃油擦拭过的家具更容易吸灰,由于富含营养,还容易成为螨虫和细菌的滋生地。
六:涂料和油漆
“油漆”一词来源于桐油+大漆这对黄金组合,不过现在 “涂料(coatings)”一词的用处更为广泛,它是20世纪高分子理论科学的成果之一。上世纪30年代,化学工业界发明了醇酸,它虽是合成树脂,但总算还没有离开植物油原料,称之为合成树脂漆还能心安理得,再后来,又出现了环氧树脂等一大堆纯合成的东西,再称之为油漆,总觉得不太对劲。于是,我们开始使用涂料这个词。
现代涂料业发展过于迅猛,直接导致涂料和油漆这两个名称的用法混乱。按照现在的标准定义,涂料是指涂于物体表面形成具有保护、装饰或特殊性能(如绝缘、防腐等)的固态涂膜的一类液体或固体材料的总称。涂料产品琳琅满目,如何分类成为新的难题。
油漆这个名称显然已经无法涵盖行业现有的各类产品,比如粉末涂料。即使在液体涂料的范畴内,水性漆和油性漆也应该单独分类,因为两者的化学特性有着很大差异。标准意义上的涂料需要形成涂膜起到保护的作用,而木蜡油是没有漆膜的全开放涂装,它的作用原理与其他产品有着本质不同,如果将木蜡油归入涂料中的一类,似乎有必要修改涂料的定义。
七:水性漆和油性漆
详细介绍现代化学涂料是件吃力不讨好的事情,因为涉及的化学知识会让文章变得很枯燥。不过,为了环保和健康,耗费点精力了解水性漆(water-based paint)和油性漆(Oil-based paint)的区别仍然是必要的。
水性漆和油性漆比较科学的称谓应该是水性涂料和溶剂型涂料。涂料一般由四部分组成:成膜物质、颜料、分散介质(solvent)和助剂。分散介质也叫溶剂,作用是将涂料中的成膜物质溶解或分散成均匀的液态,以便于施工成膜,分散介质在施工后会挥发到空气中。
水性涂料和溶剂型涂料的区别就在于分散介质不同。以水作为分散介质的涂料称为水性涂料。水性涂料是以可溶于水的树脂作为成膜物,以聚乙烯醇及其各种改性物为代表,除此之外还有水溶醇酸树脂、水溶环氧树脂及无机高分子水性树脂等。以有机溶剂为分散介质的涂料称为溶剂型涂料(油性漆/油漆)。有机溶剂主是烃类,其余是酮、醇、乙二醇、醚、酯、硝基支链烷烃等等,这类极易挥发的有机化合物是油漆危害环境和健康的主要原因。我们常用的VOC数据全称是Volatile Organic Compounds,就是指挥发性有机化合物的含量。VOC对人体的危害程度不一,轻微的症状可能包括:呼吸道刺激、眼睛刺激、头疼、头昏、皮肤过敏、疲倦等等,严重的可能会导致肝肾损伤或者致癌。另外,VOC还是光化学烟雾(photochemical smog)的主要诱因。
现代化工产业发展初期,几乎所有的涂料都是溶剂型涂料,后来才出现了水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等,主要推动力就是为了减少VOC的排放。美国首先制定了限制使用溶剂的著名66法规(规定了涂料中溶剂含量不超过17%)及CAA(Clean Air Act空气洁净法)法规,要求涂料向水性体系过渡。我国在2008年出台了一部《涂料行业科技中长期发展规划》,计划在未来 10年,将大幅削减传统溶剂涂料的比例,使其所占份额由目前的50%锐减至5%。用10~15年时间,对传统涂料产业实行新技术改造,最终将传统溶剂涂料市场份额缩减至1%以下。
愿望是美好的,现实是残酷的,要实现规划的目标并不容易。水性涂料以水作分散介质,和溶剂型涂料相比能够节省大量资源,消除了施工时火灾危险性,大大降低了污染程度,同时,水性涂料仅含少量低毒性醇醚类有机溶剂,改善了施工人员的作业环境,利于健康。水性涂料好处很多,但溶剂型涂料在某些方面仍占优势。从漆膜的性能上看,水性涂料的耐腐蚀性、耐候性和丰满度比不上溶剂型涂料,水性涂料对施工环境的温度、湿度要求更为苛刻,应用场合因此受限。
八:木器漆
木器漆是指所有用在木制品上的涂料,我们建议分为水性漆、油性漆和木蜡油三大类。木蜡油的作用原理与前两类有很大不同,因此会在后面单独介绍。
A,水性木器漆的初级产品以丙烯酸为成膜物质,耐磨性和抗化学性能较差,光泽度一般,但成本较低且技术含量不高。
B,中级产品是以丙烯酸与聚氨酯的合成物为主要成分,加强了耐磨性和抗化学性能,成本适中,接受度比较高。
C,聚氨酯水性木器漆,耐磨性能可能超过普通油性漆,但价格较贵,是高端产品。
水性木器漆比油性漆的VOC含量要低很多,不仅对环境影响小,对施工人员和使用者的健康都有好处。但是,木器涂料市场仍然是以油性漆为主。有分析认为三个因素制约了水性漆的发展:一是性能,二是施工条件,三是价格。当代涂料工业发展都遵循“4E”原则,即经济(Economy)、生态(Ecology)、高效(Eenergy)、性能卓越(Efficiency),但在木器涂料领域,水性漆所占份额仍然非常有限。
我国政府长久以来对产品安全领域实行低标准,这是众所周知的事实。直到加入世贸组织之后,因为质量问题导致的大量外贸纠纷才倒逼政府做出某些改进,这也是水性漆不能获得广泛应用的重要原因之一。2007年世界最大的玩具公司美泰宣布召回96.7万件由中国佛山市利达公司贴牌生产的玩具,原因是玩具涂料中含铅成分过高,利达公司一下子陷入了困境,中国玩具安全问题又一次成为全球瞩目的焦点。
玩具是直接与人体特别是儿童密切接触的产品,因此玩具涂料的质量标准应当是最高的。但是我国首部《玩具用涂料中有害物质限量》直到2010年10份才正式实行,规定了玩具用涂料中铅含量≤600mg/kg(美国的标准是90mg/kg)、挥发性有机化合物(VOC)≤720g/L,苯含量≤0.3%,甲苯、乙苯、二甲苯≤0.3%,以及8项可溶性元素、六类邻苯二甲酸酯的限量要求,这才使玩具产品中水性漆的比例有所提高。
油性木器漆
A,大漆。
B,清漆(varnish),又名凡立水,清漆曾是家庭装修中最常见的漆种,原因在于它对施工的要求不高,无需专业人员就可以操作。清漆的流平性很好,出现了漆泪也不要紧,再刷一遍,漆泪就可以重新溶解了。清漆具有透明、成膜快、耐水性等特点,缺点是涂膜硬度不高,耐热性差,在紫外光的作用下易变黄等。
C,硝基漆(NC漆)是比较常见的木器及装修用涂料。硝基漆的主要成膜物是以硝化棉为主,配合醇酸树酯、改性松香树酯、丙烯酸树酯、氨基树酯等软硬树酯共同组成。一般还需要添加邻苯二甲酸二丁酯、二辛酯、氧化蓖麻油等增塑剂。溶剂主要有酯类、酮类、醇醚类等真溶剂,醇类等助溶剂、以及苯类等稀释剂。硝基漆的特点是干燥速度快,涂膜光亮滑爽,具有良好的施工性和可修补性。但硝基漆漆膜的耐热性和耐化学腐蚀性不如聚氨酯漆(PU漆),遇到高湿天气施工时还容易泛白。
D,聚氨酯漆(PU漆)即聚氨基甲酸酯漆,是我国家具业中使用最广泛的漆种,综合性能比较优异,但因为不太环保,在欧洲基本已经淘汰。它漆膜强韧,光泽丰满,附着力强,耐水耐磨、耐腐蚀性。被广泛用于高级木器家具,也可用于金属表面。其缺点主要有遇潮起泡,漆膜粉化等问题,与聚脂漆一样,它同样存在着变黄的问题。
E,聚酯漆(PE漆)是用聚酯树酯为主要成膜物制成的一种厚质漆。聚酯漆的漆膜丰满,层厚面硬。聚酯漆施工过程中需要进行固化,这些固化剂的份量占了油漆总份量三分之一。这些固化剂也称为硬化剂,其主要成分是TDI(甲苯二异氰酸酯/toluene diisocyanate)。这些处于游离状态的TDI会变黄,不但使家具漆面变黄,同样也会使邻近的墙面变黄,这是聚酯漆的一大缺点。
F,紫外光固化木器漆(UV,Ultraviolet Curing Paint),UV漆是以油漆的固化方式命名的,它是通过机器设备自动辊涂、淋涂到家具板面上,在紫外光(波长为320-390nm)的照射下促使引发剂分解,产生自由基,引发树酯反应,瞬间固化成膜。UV漆是油性漆中最环保的品种之一,在国外,特别是欧洲,几乎每一家上规模的家具生产企业都拥有至少一条以上完整的家具UV漆涂装生产线,这时,产品从砂光、填充、封闭、着色到底面漆的涂装干燥,均一次性不间断地涂装完成。
九:乳胶漆
在装修中,只要是涉及到墙面的问题,大多离不开乳胶漆。乳胶漆(Emulsion Paint)是水性涂料的一种,它主要由五种成分构成:一是水;二是乳液,这是一种类似白胶的东西,起附着的作用,为乳胶漆的核心成分;三是颜料;四是填料;五是添加剂,如防起泡剂、防冻剂等。
乳胶漆产生于二十世纪七十年代中后期,在此之前,人们普遍使用石灰水和一种叫做“大白”的刷墙粉,六十年代兴起的可赛银,七八十年代普遍使用的107胶、106胶,这几种都是早期使用的水性涂料,这些初级涂料的共同的缺点是易起皮、粉化、表面粗糙无光泽,也不具备防水、耐污这些基本的墙面保护性能,更谈不到色彩、环保等要求了。
乳胶漆具备了与传统墙面涂料不同的众多优点,如易于涂刷、干燥迅速、漆膜耐水、耐擦洗性好等。乳胶漆的主要成分是无毒性的树脂和水,不含铅、汞成分。在涂刷过程中不会产生刺激性气味,不会对人体、生物及周围环境造成危害,运输贮存不存在爆炸和火灾的危险问题。乳胶漆的环保指数最重要的是可挥发性有机化合物(VOC)的含量。国家标准规定,每升乳胶漆中VOC含量不能超过200克,大部分品牌都可以达到这个标准。
十:钢琴烤漆
钢琴烤漆是将漆膜保护效果发挥到极致的一种涂料作法,工序非常复杂。首先,需要在木板上涂腻子,作为喷漆的底层;将腻子找平后待干透,抛光打磨光滑;然后反复喷涂3-5次底漆,每次喷涂后,都要用水砂纸抛光;最后,再喷涂1-3次亮光型的面漆,然后使用高温烘烤,使漆层固化。
与普通的高亮喷漆相比,钢琴烤漆有两个本质的不同点。第一,钢琴漆有很厚的底漆层,实际上,真正钢琴漆的表层,如果用力敲碎,是会像搪瓷一样碎裂的,而不是像普通的漆层一样剥落的;第二,钢琴漆是烤漆工艺,而不是喷漆工艺,经过了一次高温固化过程。
由于这种差别,所以,与普通的喷漆相比,钢琴漆在亮度、致密性特别是稳定性上要远远高得多,如果不发生机械性的损坏,钢琴漆表层经过多年后依然光亮如新,而普通的亮度喷漆早已氧化渗透不复旧观了。
钢琴烤漆是一个经常被误用的词,由于真正的钢琴烤漆成本非常高昂,市面上充斥的所谓钢琴烤漆实际上是“聚氨酯漆(PU)喷漆”工艺。这种漆和钢琴漆的面漆成分(钢琴漆使用的喷漆为“不饱和聚酯漆(PE)”)是很接近的,但与钢琴漆工艺相比,这种工艺没有喷涂底漆,也不是烤漆工艺,没有经过高温固化过程,而聚氨酯漆本身的稳定性也不如不饱和聚酯漆。其实际成本比真正钢琴烤漆要低很多,我们所见的绝大多数“钢琴漆”都是这一种。
十一:木蜡油
木蜡油的主要成分是亚麻籽油、蓟油、向日葵油、豆油和巴西棕榈蜡,作用的原理相当于对桐油+蜂蜡传统组合的改进。其中油的成分能够渗透到木材内部,对木材进行滋润保养,体现出木材的天然质感与纹理;其中的蜡成分与木材纤维牢固结合,阻止液态水渗入木材里,并增加了木材表面的硬度与光滑度。木蜡油的主体构成是植物油,调色则用氧化铁等颜料,从原料上杜绝了苯类、甲醛等有毒有害的挥发物,其环保性能因此超过了水性漆,而且无论从制造还是从使用的角度,木蜡油消耗的环境资源更少,对生态和健康更有好处。
不再通过全封闭的漆膜来保护木制品,是木蜡油来给涂料业的一次创举。经木蜡油处理的木材不仅拥有独一无二的天然纹理,而且可以提供一种肌肤般的触感,而通常的油漆会在木材表面形成一层塑料般的漆膜,使得不论何种木材,摸起来都是冷冰冰的高分子材料。
用木蜡油处理木地板的效果
木蜡油处理的木制品与人更为亲近,施工操作都很简单,只需用刷子或干净的棉布擦拭1-2遍,晾干后用百洁布稍加打磨抛光就完成了。对任何人来说都没有技术难度,非常适合DIY,这会让家具的维护和保养成为一件健康快乐的事情。
木蜡油的优点
评判油漆效果会比较强调漆膜的硬度和耐磨性,但是木蜡油的抗磨原理与之不同,可谓一刚一柔。聚氨酯漆的漆膜虽硬,看起来平整光亮,使用过程中容易留下划痕,且难以修复,十年后可能已不忍目睹,这时唯一的办法是请专业人员将漆膜全部磨掉重新上漆。而木蜡油渗入木材表面,反其道而行之,利用木材本身柔性来抗磨,不会有明显的划痕,极易修复,自己动手即可,这样用上几十年丝毫没有问题。孰优孰劣,见仁见智。
使用木蜡油最主要的目的是为了健康环保及天然质感,但它的应用仍然是有局限的。木蜡油的保护原理决定了它只适用于实木,对于市场上大量使用的木工板、密度板,夹板等等,木蜡油无法发挥它的效果。即使是实木,木蜡油用在不同种类的木材上效果也不尽相同。
特别需要注意的是,木蜡油是无法遮丑的,甚至还会加深木材本身的色差。这一点可能是大部分家具品牌不愿使用木蜡油的主要原因。但是在我们看来,这个缺点也是它的优点。木头是天然材料,呈现在人们眼前的当然不只是完美的纹理,还会有树节、树瘤甚至虫蛀的痕迹,如果我们怀着敬畏的心态来看待,善加利用,不仅能够美化生活,还会帮助我们映照出理解生命形态的路径。
结语:
理想涂料的探索之路曲折而漫长。沿用千年的大漆,一直被视为理想涂料的代表。然而近百年来化学工业的发展进步,以及社会需求的多样化,导致了大漆渐渐消失在人们的视野中。现代涂料产品得到广泛应用的同时,人类对环保和健康问题也越来越重视,推动着溶剂型涂料向水性体系过渡。上世纪80年代,木蜡油在欧洲出现并很快流行起来,它满足了人们追求天然的内在需求,真正回到了早期植物涂料的传统中去。
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