作者：杨永吉，赖尹婷，吕忠韩，谢杰修，李政权，黄耀兴，台湾永光化学工业股份有限公司
为了防止木器老化，目前工业界常用作法是在木器表面涂布一层添加紫外线吸收剂（UVA）和受阻胺光稳定剂（HALS）的水性清漆。然而单层清漆的保护效果有限，紫外线仍可穿透清漆造成木器内木质素（Lignin）黄变。实验结果指出，在涂佈清漆之前先对木器进行木质素预处理，可显著加强保护效果、延缓黄变发生。
本实验主要使用实验设计（DOE）手法，探讨以不同助溶剂溶解之Eversorb® SB结合添加Eversorb® AQ之清漆，对于不同木种的保护效果。Eversorb AQ是台湾永光化学针对水性透明清漆所研发的複方型光稳定剂，而Eversorb SB则是特别针对木器预处理所开发，主要功能为保护木质素、防止劣化发生。
根据加速耐候测试结果显示，实验中所选用的五种不同木种，经过预处理后皆表现出更好的耐候性。并且因木质素分子含有许多极性官能基（特别是羟基），实验结果亦显示当Eversorb SB溶于异丙醇 （溶解度参数较高约11.5）中，其抗黄变效果也优于二乙二醇丁醚 （溶解度参数较低约 9.9）。另外在木质素含量较高（25%-35%）的软木木种（南方松和花旗松），木质素预处理带来的保护效果也优于木质素含量较低（18%-25%）的硬木木种（香杉、南洋榉木和非洲柚木）。
木制品因其独特的天然纹路受到广泛消费者青睐，为避免木制品受紫外线破坏，常会额外涂上一保护涂层。传统溶剂型木器漆所含之甲苯、二甲苯约在40%以上，而水性木器漆的挥发气体（VOCs）含量显著较低仅约 150g/L 左右。随著环保意识的高涨，水性透明清漆因兼具低VOCs及不会遮盖天然纹路等两大优势而备受重视1。
木器涂料可保护木器材质，延长使用寿命，但紫外线的高穿透性仍会穿透涂层到达木器表面，造成涂膜变色甚至木器本身变色，影响美观。对于水性清漆涂膜本身变色的状况，目前已有水性光稳定剂广泛应用于水性涂料体系2，6，以保护涂料预防光劣化现象产生。
而木材变色则是因为木材所含的木质素参与了光氧化反应所导致。木材主要由纤维素、半纤维素及木质素所组成，其中造成变色主因的木质素是由于结构中含有不安定之双键、羰基发色团（Chromophores） 7，8，受到阳光照射下易产生自由基发生反应而劣化、变色，甚至影响木料组织及机械强度8，9。
木质素的光劣化途径如图1 10，11所示
图 1 木质素光劣化途径
在防止木质素劣化方面2，先前研究指出，提高水性光稳定剂Eversorb AQ在透明清漆中的有效浓度，可以增强保护效果。此外，若在施作清漆前，先以木质素光稳定剂Eversorb SB进行预处理，则可再提升保护效果达50%。虽然增加清漆的膜厚也可提升些许保护，但实验结果显示，相对于增加 Eversorb AQ 使用浓度、或是施作木质素预处理，增加清漆膜厚并非最佳选择。
木质素是一种含有许多极性官能基（特别是羟基）的高分子聚合物。因此本研究将利用实验设计（DOE）手法探讨：
（1） 使用不同极性溶解度的助溶剂，是否会影响Eversorb SB对木质素的渗透力，进而影响Eversorb SB的保护性？
（2） 软木的木质素含量（25%-35%）较硬木（18%-25%）多[12]，Eversorb SB的预处理是否会对软木带来较为显著的保护？
水性丙烯酸透明树脂（VONCOAT SAT-177 ），工业级，台湾立大股份有限公司。
二乙二醇丁醚 （butyl carbitol）、异丙醇（IPA），工业级，景明股份有限公司。
选用木种 （如图 2所示；台湾益材股份有限公司）：南方松（Southern Pine）, 花旗松（Douglas Fir）, 香杉（Luanta Fir）, 南洋榉木（Selegan Batu）, 非洲柚木（Afrormosia）。
水性光稳定剂（EVERSORB®AQ, EV-AQ）, 木器表面处理剂（EVERSORB®SB, EV-SB）,工业级,台湾永光化学工业股份有限公司。
表 1 实验选用助溶剂溶解度参数
| 溶剂 | 乙二醇单丁醚 | 异丙醇 | |
| 溶解度参数 （（cal/cm3）1，2 |
9.9 | 11.5 |
图 2 不同木种之木器试片
表 2 实验选用光稳定剂
| 光稳定剂产品 | 应用分类 |
| Eversorb® AQ, （EV-AQ） | 水性光稳定剂 |
| Eversorb® SB （EV-SB） | 木器预处理剂 |
1.2 实验设备
耐黄变试验机：厂牌Q Panel/型号：QUV/Basic
色差仪：厂牌MINOLTA/型号：CM-3500d。
1.3 实验方法
1.1.1 水性木器预处理剂的配置：
秤取重量10g木器预处理剂EV-SB，再分别与90g二乙二醇丁醚（butyl carbitol）以及异丙醇（isopropyl alcohol）混合搅拌5 min。
水性光稳定剂于水性清漆的配置：
2 秤取水性光稳定剂EV-AQ，再混合水性丙烯酸透明树脂SAT-177搅拌5 min。结果与讨论
2.1 EV-SB溶于不同溶解度参数助溶剂对预处理效果之影响
本实验是利用实验设计DOE, （Design of Experiment） 来设计测试参数并分析其结果，找出保护不同木种减缓变色的最佳组合解。探讨经溶于不同溶解度参数的EV-SB预处理后之五种不同木种，再以含EV-AQ之水性清漆喷涂后之耐候效果，经过50小时及300小时加速耐候测试之结果如表 3所示：
表 3 不同木种与助溶剂表面处理筛选实验结果
X2-1: 只喷涂水性清漆
X2-2: 乙二醇单丁醚添加Eversorb SB预处理后，再喷涂含Eversorb AQ之水性清漆
X2-3: 异丙醇添加Eversorb SB预处理后，再喷涂含Eversorb AQ之水性清漆
| X1：
5种木种 |
X2：
3种处理方式 |
ΔE
（50h） |
ΔE
（300h） |
| 香杉（针） | X2-1 | 13.4 | 15.1 |
| 香杉（针） | X2-2 | 5.0 | 11.5 |
| 香杉（针） | X2-3 | 3.7 | 8.1 |
| 花旗松（针） | X2-1 | 18.9 | 23.9 |
| 花旗松（针） | X2-2 | 8.0 | 14.5 |
| 花旗松（针） | X2-3 | 5.5 | 11.3 |
| 南洋榉木（阔） | X2-1 | 8.9 | 8.5 |
| 南洋榉木（阔） | X2-2 | 2.4 | 4.1 |
| 南洋榉木（阔） | X2-3 | 1.7 | 2.5 |
| 非洲柚木（阔） | X2-1 | 25.2 | 27.2 |
| 非洲柚木（阔） | X2-2 | 15.3 | 25.1 |
| 非洲柚木（阔） | X2-3 | 14.3 | 23.3 |
| 南方松（针） | X2-1 | 26.6 | 31.8 |
| 南方松（针） | X2-2 | 4.4 | 10.0 |
| 南方松（针） | X2-3 | 3.2 | 6.4 |
| 香杉（针） | X2-1 | 13.8 | 15.4 |
| 香杉（针） | X2-2 | 5.4 | 11.4 |
| 香杉（针） | X2-3 | 3.8 | 8.4 |
| 花旗松（针） | X2-1 | 19.4 | 23.6 |
| 花旗松（针） | X2-2 | 7.7 | 14.2 |
| 花旗松（针） | X2-3 | 5.1 | 11.0 |
| 南洋榉木（阔） | X2-1 | 9.2 | 8.8 |
| 南洋榉木（阔） | X2-2 | 2.3 | 4.3 |
| 南洋榉木（阔） | X2-3 | 1.6 | 2.4 |
| 非洲柚木（阔） | X2-1 | 24.9 | 26.8 |
| 非洲柚木（阔） | X2-2 | 15.1 | 25.2 |
| 非洲柚木（阔） | X2-3 | 13.8 | 23.0 |
| 南方松（针） | X2-1 | 26.3 | 31.9 |
| 南方松（针） | X2-2 | 4.7 | 10.5 |
| 南方松（针） | X2-3 | 3.1 | 6.7 |
表 4 耐候50小时参数估计（R2=0.99，调整后的R2=0.99，均方根误差=0.22）
| 类目 | 估值 | 标准误差 | 统计系数与标准误差比率 | 概率>|t| | |||
| 截距 | 10.423333 | 0.040961 | 254.47 | 估值 | 标准误差 | 统计系数与标准误差比率 | 概率>|t| |
| X1：（针）（软）花旗松 | 0.3433333 | 0.81921 | 4.19 | 0.0008 | |||
| X1：（针）（软）南方松 | 0.96 | 0.81921 | 11.72 | <.0001 | |||
| X1：（针）（硬）香杉 | -2.906667 | 0.81921 | -35.48 | <.0001 | |||
| X1：（阔）（硬）非洲柚木 | 7.6766667 | 0.81921 | 93.71 | <.0001 | |||
| X2：乙二醇单丁醚 | -3.393333 | 0.057927 | -58.58 | <.0001 | |||
| X2：清漆 | 8.2366667 | 0.057927 | 142.19 | <.0001 | |||
| X1：（针）（软）花旗松* X2：乙二醇单丁醚 | 0.4766667 | 0.115854 | 4.11 | 0.0009 | |||
| X1：（针）（软）花旗松* X2：清漆 | 0.1466667 | 0.115854 | 1.27 | 0.2248 | |||
| X1：（针）（软）南方松* X2：乙二醇单丁醚 | -3.44 | 0.115854 | -29.69 | <.0001 | |||
| X1：（针）（软）南方松* X2：清漆 | 6.83 | 0.115854 | 58.95 | <.0001 | |||
| X1：（针）（硬）香杉* X2：乙二醇单丁醚 | 1.0766667 | 0.115854 | 9.29 | <.0001 | |||
| X1：（针）（硬）香杉* X2：清漆 | -2.153333 | 0.115854 | -18.59 | <.0001 | |||
| X1：（阔）（硬）非洲柚木* X2：乙二醇单丁醚 | 0.4933333 | 0.115854 | 4.26 | 0.0007 | |||
| X1：（阔）（硬）非洲柚木* X2：清漆 | -1.286667 | 0.115854 | -11.11 | <.0001 |
表 5 耐候300小时参数估计（R2=0.99 ，调整后的R2=0.99 ，均方根误差=0.20）
| 类目 | 估值 | 标准误差 | 统计系数与标准误差比率 | 概率>|t| |
| 截距 | 14.896667 | 0.036667 | 406.27 | <.0001 |
| X1：（针）（软）花旗松 | 1.52 | 0.073333 | 20.73 | <.0001 |
| X1：（针）（软）南方松 | 1.32 | 0.073333 | 18.00 | <.0001 |
| X1：（针）（硬）香杉 | -3.246667 | 0.073333 | -44.27 | <.0001 |
| X1：（阔）（硬）非洲柚木 | 10.203333 | 0.073333 | 139.14 | <.0001 |
| X2：乙二醇单丁醚 | -1.816667 | 0.051854 | -35.03 | <.0001 |
| X2：清漆 | 6.4033333 | 0.051854 | 123.49 | <.0001 |
| X1：（针）（软）花旗松* X2：乙二醇单丁醚 | -0.25 | 0.103709 | -2.41 | 0.0292 |
| X1：（针）（软）花旗松* X2：清漆 | 0.93 | 0.103709 | 8.97 | <.0001 |
| X1：（针）（软）南方松* X2：乙二醇单丁醚 | -4.15 | 0.103709 | -40.02 | <.0001 |
| X1：（针）（软）南方松* X2：清漆 | 9.23 | 0.103709 | 89.00 | <.0001 |
| X1：（针）（硬）香杉* X2：乙二醇单丁醚 | 1.6166667 | 0.103709 | 15.59 | <.0001 |
| X1：（针）（硬）香杉* X2：清漆 | -2.803333 | 0.103709 | -27.03 | <.0001 |
| X1：（阔）（硬）非洲柚木* X2：乙二醇单丁醚 | 1.8666667 | 0.103709 | 18.00 | <.0001 |
| X1：（阔）（硬）非洲柚木* X2：清漆 | -4.503333 | 0.103709 | -43.42 | <.0001 |
注：R2：判定系数，表示该模型（model）的解释能力，R2愈大，表示该模型的解释能力强。
调整后的R2：调整后的判定系数，亦是用来表示该模型（model）的解释能力，比 R2 更为客观。
通常「R2」与「调整后的R2」差别不大， 但当二者差异很大时，建议参考「调整后的R2」比较好
t 值：参数估计时，对应「t分配」的所在位置，可用来判断参数是否显著
p 值（亦做 prob）：上述统计量对应的机率值，用来跟「显著水准」比较用，可用来判断参数（或模型）是否显著
p 值<0.05代表有显著差异
1.2 主效应图分析探讨
根据表3实验结果而进一步模拟预测X1：木器材质在（1）不经预处理及（2）经溶于不同溶解度参数之EV-SB预处理后，再喷涂含有EV-AQ水性清漆之耐候性，耐候测试结果如图3至图5所示，横座标分别为不同类型木器和不同预处理方式，纵轴表示两个不同耐候时间50hrs和300hrs色差（ΔE）变化值，值越小，代表减缓色差变化效果佳；值愈大，代表减缓色差变化效果差。结果显示，色差变化由大至小分别为：未经EV-SB预处理>经溶于乙二醇单丁醚之EV-SB预处理>经溶于异丙醇之EV-SB预处理，可以得知：以EV-SB预处理可提高耐候性，且溶于异丙醇的EV-SB 比溶于乙二醇单丁醚有更好的保护效果。
1.3 以南方松为例子探讨不同处理方式耐候效果
以下以南方松耐候结果进行探讨：未经预处理直接喷涂水性清漆之试片，经耐候测试50小时色差值（ΔE）为26.45，在300小时达到31.85（如图3）；而经溶于乙二醇单丁醚之EV-SB预处理试片之耐候测试50小时ΔE=4.55，在300小时达到ΔE=10.25（如图4），而以异丙醇为助溶剂之EV-SB预处理试片有好耐候效果，50小时耐候测试后ΔE仅3.15，在300小时ΔE也仅6.55（如图5）。除南方松外，其他木种也呈现相同趋势。
图 3 不同种类木器（南方松）和不同预处理方式（清漆）经50hrs和300hrs耐候比较（主效应图）
图 4 不同种类木器（南方松）和不同预处理方式（乙二醇单丁醚）经50hrs和300hrs耐候比较（主效应图）
图 5 不同种类木器（南方松）和不同预处理方式（异丙醇）经50hrs和300hrs耐候比较（主效应图）
1.2 经ASTM G154-1 340nm加速耐候测试300hrs后实际试片照片
图 6 花旗松300hrs耐候测试照片
图 7 非洲柚木300hrs耐候测试照片
图 8 南洋榉木300hrs耐候测试照片
图 9 南方松300hrs耐候测试照片
图 10 香杉300hrs耐候测试照片
（1） 在所有木种中，有经EV-SB预处理之试片耐候能力皆优于未经预处理试片；此外，相较于EV-SB溶于较低溶解度参数（9.9）之乙二醇丁醚，EV-SB溶于高溶解度参数（11.5）之异丙醇中有更好的保护效果。
（2） 木质素含量不同也会影响预处理效果，软木木质素含量较高，达25%-35%，硬木约只含18%-25%木 质素；实验结果显示EV-SB对高木质素含量之软木之保护效果显著优于硬木。
（3） 针叶林及阔叶林木材预处理后耐候效果并无明显差异。
（4） 南方松与花旗松两木种，相较其他树种，预处理后之耐候效果提升更为显著。
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