2 木材涂层失效的影响因素及机制

2.1 木材涂层失效的影响因素

外界环境因素以及基材、涂层的内部性质共同决定着涂层的使用寿命。对于木质基材而言，紫外线照射、水分、氧气、温度等都是影响其表面涂层失效的重要环境因素。氧气存在时，紫外线会穿过透明的或半透明的涂料直接分解涂层下的木材，使得木材与涂层之间的结合力降低，一旦木材与涂层之间的界面被破坏，涂层就会在短时间内开裂并剥落；雨水或其他因素影响会导致木材的水分分布不均匀，引起木材干缩湿胀，并使涂层承受一定的应力，进而导致涂层开裂；水分的存在还会为微生物提供良好的生存环境，促进微生物滋生，微生物则会利用涂层中的一些成分，导致或促进涂层失效；温度会对木材分解、微生物生长起到促进作用。另外，酸和碱的作用、空气污染、粉尘等也会也会加速有机涂层的的失效。实际应用中这些环境因素会联合作用，给涂层带来更大的伤害。

除了上述外界环境因素的影响外，基材、涂层本身的性质也会严重影响表面涂层的性能。木材中的木质素是引起木材光降解的主要原因，许多研究已经致力于对木材表面进行脱木质素或改性以提高木材表面的光稳定性；木材的早晚材、心边材密度不同，干缩湿胀存在差异，导致涂层产生应力，进而失效；木材的生长轮宽度、密度、心材比率会影响木材对水分的吸收，导致木材的含水率分布不均匀；节子的存在会降低涂层与木材之间的结合力，节子中的树脂溢出还会引起涂层的变色。木材表面的加工处理方法及不同表面粗糙度会对木材涂层附着力产生影响，继而影响木材涂层的耐久性和时效行为。另外，涂料的选用也会影响涂层的失效，如不透明漆的性能均优于清漆。

2.2 木材涂层失效机制

木材涂层失效的机制也比较复杂。木材虽然不会像金属那样会发生电化学腐蚀，但由于其本身所具有的一些特性如干缩湿胀、易受菌虫侵扰及内含物等决定了其涂层失效的复杂性和独特性。因此，木材涂层失效是一个多种因素联合作用的复杂过程。实木家具通常会涂饰清漆来衬托木材自身的花纹。另外，清漆颜色透明，干扰因素少，因此，对于木材表面清漆来说，失效机制主要被解释为太阳光穿过透明清漆到达基材，使木材细胞壁发生分解，进一步导致木材表层细胞之间产生分离，最终导致木材表面清漆失效。不透明或半透明的涂料由于颜色、种类、配方、功效等多方面的原因，各种涂料对木材的保护性能会有所不同，因此，失效机制有所差异。水溶性漆的脆性比溶剂型漆大，水溶性着色剂虽然渗透性差但在长时间使用后胶结性能仍良好，而溶剂型着色剂在相同时间内却已经发生失效，主要原因是着色剂在光的作用下发生分解，使界面受到影响，导致木材和涂层脆性增大，漆膜附着力丧失，最终使涂层脱离木材表面。不论是前面提到的清漆还是着色剂，光照都是引起涂层失效的主要因素，而从能量的角度来看，木材或涂层高分子材料在光照作用下发生分解主要取决于分子链所吸收波长的能量和化学键的强度。高聚物分子结合的键能多数在250~420 kJ/mol，太阳光中的紫外线波长短，300 nm的紫外线的光能量达399 kJ/mol，一般高于引起高分子链上各种化学键断裂所需的能量，因此能够破坏高分子聚合结构中的化学键，从而进一步引起材料的氧化降解。

综上所述，木材涂层失效的机制与木材基材（如树种、纹理、早晚材、心边材等特征）、涂料种类及特性以及外界环境条件（如紫外线辐照、温度、湿度、微生物等）等诸多因素密切相关，因此，造成木材涂层失效的独特性和复杂性。我国对木材涂层失效机制的研究甚少，因此，重视和加强木材涂层失效的研究特别是失效机制的研究具有重要理论和现实意义。