周彥瑜+閆小星+錢(qián)星雨+王曉婧+夏明+唐林芝+汪雨

摘 要：文章為了改善水性涂料涂層的力學(xué)性能和光學(xué)性能，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)SiO2的含量、KH560的含量和干燥時(shí)間這三個(gè)影響因素進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，以上的三個(gè)因素中SiO2的含量對(duì)涂料涂層性能的影響是最大的。當(dāng)SiO2的含量保持在3%左右時(shí)，水性木器涂層具有較好的力學(xué)性能和亞光光澤度。

關(guān)鍵詞：水性木器涂料；性能；優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ637 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）03-0035-02

Abstract： In order to improve the mechanical and optical properties of waterborne coatings， the content of SiO2， the content of KH560 and the drying time were optimized by experiments. Through the orthogonal experiment， it can be found that the content of SiO2 has the greatest effect on the coating performance of the above three factors. When the content of SiO2 is 3% or so， the waterborne wood coating has better mechanical properties and matte gloss.

Keywords： waterborne wood coatings； performance； optimization

水性木器漆具有綠色環(huán)保、可揮發(fā)物少等眾多優(yōu)點(diǎn)。但也存在耐水性、耐污性差，硬度低等問(wèn)題[1]。二氧化硅（SiO2）具有粒徑很小、化學(xué)純度高、表面吸附力強(qiáng)等特性，在涂料中將其加入，不僅能提高涂料涂層的硬度，而且涂層表面自?xún)裟芰σ驳玫礁纳芠2]。硅烷偶聯(lián)劑（KH560）是一種有機(jī)硅化合物，將其加入涂料，能使涂料中的物質(zhì)連接起來(lái)，提高涂料的性能[3]。本文通過(guò)添加助劑SiO2和KH560協(xié)同改性水性涂料，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，力圖優(yōu)化工藝參數(shù)，從而使得水性涂料涂層的力學(xué)性能和光學(xué)性能有所改善。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料準(zhǔn)備

目前實(shí)驗(yàn)中所有試劑都是未經(jīng)處理的分析純。涂料：水性涂料，改性劑：SiO2和KH560。

1.2 涂層制備

首先處理基板，打磨好后涂底漆。在水性木器涂料中將SiO2和KH560按預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)好的量加入進(jìn)去，之后用玻璃棒將其混合攪拌均勻，攪拌結(jié)束后將涂料均勻涂抹在已經(jīng)處理過(guò)的木質(zhì)基板（100mm×100mm×5mm）上，涂層厚度約為60μm。然后放入干燥箱內(nèi)干燥，溫度保持在90℃，干燥時(shí)間控制在15min-30min范圍內(nèi)。

1.3 測(cè)試方法

測(cè)量涂層附著力，使用涂膜附著力實(shí)驗(yàn)儀根據(jù)GB/T1720-89來(lái)測(cè)試。涂層的光澤度測(cè)試，采用的是BGD512-60°型光澤度儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)分析

在本實(shí)驗(yàn)中，影響涂料性能的主要因素是改性劑的含量即SiO2的含量和KH560的含量，還有一個(gè)影響因素是干燥時(shí)間。為了使得協(xié)同改性后的涂層力學(xué)性能能夠達(dá)到較好的效果，本文通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)這些因素進(jìn)行優(yōu)化。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，以上三個(gè)組分的量實(shí)驗(yàn)范圍是：SiO2的含量（A）：2.0%-5.0%，KH560的含量（B）：2.0%-5.0%，干燥時(shí)間（C）：15min-30min。在每個(gè)因素中選兩個(gè)水平。因素A即SiO2含量第一個(gè)水平是2.0%，因素A的第二個(gè)水平是5.0%。因素B即KH560的含量第一個(gè)水平是2.0%，因素B的第二個(gè)水平是5.0%。因素C即干燥時(shí)間15min第一個(gè)水平，因素C的第二個(gè)水平是30min。

在上述的這三個(gè)因素中，每一個(gè)因素對(duì)水性木器涂層的力學(xué)性都有一定的影響，相比之下，對(duì)附著力的影響更為明顯。因此，在正交實(shí)驗(yàn)中，重點(diǎn)研究對(duì)附著力的影響。表1顯示的是上述不同因素對(duì)水性木器涂料附著力的影響。在表1的同一列中，最后兩行列出了對(duì)應(yīng)因素的最大和最小平均附著力的極差（R）和方差。R值和方差越小，表明對(duì)應(yīng)因素的影響效果越不明顯，從表中可以發(fā)現(xiàn)三個(gè)因素中對(duì)附著力影響最為明顯的因素是A即SiO2的含量。從表1中還可以看出樣品1#和2#的水性木器涂層具有較好的附著力。在獨(dú)立試驗(yàn)中，將KH560的含量固定為2%，干燥時(shí)間固定為15min。

2.2 二氧化硅對(duì)水性木器涂層力學(xué)性能的影響

為了探究影響程度最高的一個(gè)因素即SiO2的含量對(duì)涂膜附著力的具體影響情況，本文還進(jìn)行了獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。把KH560的含量和干燥時(shí)間分別固定為2.0%和15min，控制變量SiO2的含量：0%、1%、2%、3%、4%和5%。圖1表明了SiO2的含量和涂層附著力之間的關(guān)系。隨SiO2含量的增加，涂層附著力會(huì)先平穩(wěn)后上升。當(dāng)SiO2的含量從0%增加至3%，可以看出附著力始終保持在1級(jí)。這是由于SiO2含量增多且其粒徑很小，含量增多、粒子數(shù)增加，涂層內(nèi)部聚合力提高，從而使得漆膜附著力性能良好。然而，圖1中SiO2含量從3%繼續(xù)增加至5%，附著力從1級(jí)逐漸不斷下降，附著了變差。這是因?yàn)镾iO2的含量越來(lái)越高，粒子不能均勻分散，涂層的彈性也收到了影響，使得涂層容易破碎[4]。

2.3 二氧化硅對(duì)水性木器涂層光澤度的影響

圖2表示的是SiO2含量對(duì)涂層光澤度影響。由圖2可以看出，水性木器涂料光澤度會(huì)隨著SiO2含量的增加而降低。當(dāng)SiO2含量從0上升到1%時(shí)，涂層的光澤度從94%快速下降到54%。SiO2含量繼續(xù)從1%增加至3%，光澤度從54.0%下降到19.0%。隨著SiO2含量從3.0%增加到5.0%，水性木器涂層的光澤度又從19%逐漸下降至8%，并且始終保持在一個(gè)較低的值上。這是因?yàn)镾iO2含量增加較多，粒子不容易在涂料中進(jìn)行分散，所以光澤度下降速度變慢。從圖2可以看出，當(dāng)SiO2的含量超過(guò)3%時(shí)，水性木器涂層呈現(xiàn)出亞光的光澤度。

2.4 協(xié)同作用與單一改性對(duì)水性木器涂層性能的對(duì)比

將不加改性劑、單一添加SiO2、單一添加KH560以及同時(shí)添加SiO2和KH560的樣品進(jìn)行對(duì)比。從表2看出，經(jīng)SiO2和KH560協(xié)同改性后，涂層力學(xué)性能比不加改性劑和單一添加SiO2、單一添加KH560的力學(xué)性能提高、光澤度降低。

3 結(jié)束語(yǔ)

從實(shí)驗(yàn)可以看出，水性木器漆的力學(xué)性能在很大程度上取決于SiO2的含量。結(jié)果表明，在烘箱中干燥溫度控制在90℃，時(shí)間固定為15min，KH560的含量固定2%，當(dāng)SiO2含量從0增加到3%，水性木器涂層的附著力均是1級(jí)，光澤度從94%下降到19%。當(dāng)繼續(xù)增加SiO2含量至5%時(shí)，附著力逐漸下降至3級(jí)，光澤度低于19%，呈現(xiàn)出亞光的光澤度。

參考文獻(xiàn)：

[1]李幕英，劉國(guó)旭，荊旺，等.水性工業(yè)涂料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2010，13（01）：35-37.

[2]莫引優(yōu)，陳奎，何其飛，等.用二氧化硅聚氨酯涂料改良木材表面性質(zhì)的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34（04）：154-159.

[3]郭云亮，張涑戎，李立平.偶聯(lián)劑的種類(lèi)和特點(diǎn)及應(yīng)用[J].橡膠工業(yè)，2003（11）：692-696.

[4]盧紅梅，鐘宏.有機(jī)硅在涂料中的應(yīng)用[J].有機(jī)硅材料，2002（06）：22-27.

[5]王杰，閆小星，王粲，等.碳酸鈣和硅烷偶聯(lián)劑協(xié)同改性對(duì)水性涂料性能的影響[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（24）：27-28.

[6]蒯薈羽，閆小星，楊河莉，等.二氧化硅對(duì)水性涂料改性及漆膜封閉性的影響[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（36）：20-21.

[7]王粲，錢(qián)星雨，閆小星，等.協(xié)同改性對(duì)水性涂料性能的影響探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（24）：31+33.endprint