黑色高光生漆涂料的制備工藝及性能研究

李暉 洪克儉 王霄 楊柳 楊志斌

摘要：為了研究黑色高光生漆涂料的各項性能，本試驗選取5個產地天然生漆與調制黑料按不同比例混合和調制，以搭配比例、干燥溫度與濕度為變量，對生漆涂料的干燥時間、物理機械性能、耐溫及耐化學腐蝕性能進行測定，通過正交優化和多因素方差分析，各因素的影響程度為濕度≥溫度≥含量≥搭配比例，在1 kg含量為71%的生漆搭配50%的黑料和202的助劑，調制出的黑色高光生漆涂料在溫度為25 ℃、濕度85%時干燥時間最短為226 h。與傳統推光漆的性能進行比較，干燥時間變短，性能更加優越。

關鍵詞：高光生漆；搭配比例；干燥溫度；濕度；性能；制備工藝

中圖分類號：TQ633；S789.2文獻標識碼：A文章編號：1004-3020（2014）04-0021-05

生漆是一種古老的天然優質涂料，素有“涂料之王”之稱。它是從漆樹韌皮部割口流出的乳白色乳狀液體，由于生漆的特殊化學組成，它既可在室溫條件下自然氧化干燥成膜，又可在高溫條件下（100 ℃以上）烘干成膜＼[1＼]。當接觸空氣后迅速氧化，表面逐漸由淺入深變為淺紅色、紅棕色、淺褐色、褐色乃至黑色，數小時后凝結成一層黑亮而有彈性的漆膜＼[2＼]。生漆的漆膜具有極強的抗腐蝕能力，能抵抗強酸、強堿及大多數有機溶劑的腐蝕＼[3＼]。

生漆在我國已有7 000多年的使用歷史，有涂料“始祖”的稱謂，對我國的政治、經濟、文化生活曾產生過重要影響，是繼四大發明之后的重大發現。但生漆干燥時間長，為方便使用，提高其裝飾性能和其它理化綜合性能，人們采取諸多方法來改性、復合制成了不同性能的生漆涂料。

黑色高光生漆涂料具有烏黑錠亮、堅韌耐磨和優良耐久性等性能，歷來受到青睞和贊賞＼[4-5＼]。目前主要產品為黑色推光漆，它保留了天然生漆的優點，但因黏度大不易施工等問題＼[6＼]，在其應用范圍受到很大的局限，為降低黏度，需用有機溶劑對其進行稀釋，會造成污染，背離了天然無害的原則。因此，開展天然無害，施工方便且性能優良的黑色高光生漆研究十分必要。

本研究對象為黑色高光生漆涂料制備工藝，由于各季節生漆涂料凝結為黑色漆膜的溫度及其環境條件存在差異，對黑色生漆涂料的制備造成一定的影響，故系統研究各氣候條件下黑色生漆涂料制備工藝，對生產加工實際具有廣泛的指導意義。本研究采用天然生漆與鉬的氫氧化物按照一定的比例混合用特殊的方法熬制成黑料，然后再將天然生漆與黑料按照特定的比例混合分散均勻而制得，該種工藝技術降低了常規涂層厚度，節約了成本，提高了涂裝效率。通過對生漆與鉬的氫氧化物、生漆與黑料的配比，以及各工藝參數的研究首創性研制出具有高光性能的黑色生漆涂料。

1材料與方法

1.1試驗原料

試驗用生漆來源于湖北恩施市、利川市、陜西省平利縣和貴州省金沙縣，采割時間均為2013年8月，存放時間為6個月，預處理統一采用過濾操作，去除生漆采割過程中的雜質殘渣。

1.2輔助材料

輔料均采用工業級Span-80分散劑、潤濕劑、防沉劑、200目石英粉以及濃縮動物苦膽汁。

1.3實驗設備

反應釜、調漆釜、涂-4杯粘度儀、天平、溫度計、調溫調濕箱、漆膜干燥自動記錄儀、硬度儀、漆膜附著力測定儀。

1.4制備

1.4.1黑料的制備

將經過濾的天然生漆投入反應釜中，按投入天然生漆重量的2%加入已購置的鉬的氫氧化物成品，開啟加熱、攪拌、抽氣裝置，將溫度控制在110～130 ℃之間。本次試驗的黑料制備主要為鉬的氫氧化物與生漆物理混合，對于兩者發生的化學反應不作為主要考察因素。由于天然生漆受品種、季節、地點等諸多因素影響，水分含量差異較大，因此其加熱的時間也不相同，一般以漆料完全變黑，粘度為400 Pa·s，立即停止加熱，降溫至60 ℃，趁熱出釜備用，即完成黑料制備。

1.4.2面漆的制備

將黑料與過濾后的天然生漆按重量比分別設定為10%，30%，50%，60%，70%幾個比例進行混合、攪拌和調制，然后分別加入混合漆料重量的02% Span80分散劑，2%的濃縮動物苦膽汁，攪拌分散均勻制成漆膜，經過漆膜檢測，進行正交試驗獲得面漆最佳配比方案。漆膜的干燥時間是一個復雜連續緩慢的物理化學過程，要經過從流體、黏彈體、固體幾個階段。干燥時間的長短可直接反映調制時黑料及相關助劑與生漆搭配比例合理與否；漆膜的干燥狀態對于漆膜的機械性能和物理性能也可產生直接明顯影響。為此，以A，B，C，D，E這5種不同含漆量的生漆進行不同搭配比例、溫度、濕度的調配，在助劑比例相同條件下最終制得面漆原料的編號如下表。

1.4.3底漆的制備

在前述實驗的基礎上，取一定量制備好的面漆，加入漆料重量的3%的潤濕劑，2%的防沉劑，25%的200目石英粉，攪拌分散均勻即成底漆。

2漆膜性能測試方法

2.1漆膜干燥時間及物理機械性能測試

高光黑色生漆涂料以75 μm的厚度涂膜于玻璃板和馬口鐵片上，確保漆膜干燥環境無灰塵，分別以溫度25 ℃、濕度50%和溫度30 ℃、濕度為80%為干燥時間測試的外界環境，對本試驗中各工藝條件下的黑色高光天然生漆涂料成品以及天然生漆原料進行測試。涂膜的干燥時間按涂料GB1728-1979進行測試記錄，試樣自然干燥后，分別按涂料標準GB1727-1992、GB/T1720-1979、GB/T1731-1993、GB/T 1732-1993、GB/T6739-1996分別進行附著力、柔韌性、抗沖擊強度、硬度測試進行測試。

2.2漆膜耐熱性能測試

本試驗漆膜調制過程中加入了金屬鉬，含鉬的生漆涂料具有很好的耐熱性能，為了驗證這一觀點，本實驗選擇了部分樣本與混合生漆、傳統推光漆進行了耐熱對比試驗。參照標準為GB/T1735-2009。

2.3漆膜化學性能測試

合格的生漆漆膜具有良好的化學性能，為考察本試驗所配制的各種生漆涂料，對其進行耐水、耐油、耐鹽霧以及二氧化硫腐蝕等方面的測試。參照標準為GB/T1733-1993、GB/T1734-1993、GB/T1771-2003、GB/T19789-2008。

3結果與分析

3.1漆膜干燥時間及物理性能測試結果

天然生漆是W/O型的乳液，具有兩相結構，漆酚是生漆中的主要成膜物質，它是側鏈基為飽和與不飽和直鏈的鄰苯二酚系列衍生物的混合物＼[4-5＼]，其不飽和側鏈可氧化聚合成聚合漆酚，兩個鄰酚羥基可與金屬離子絡合。由于鉬離子與漆酚反應生成黑色的漆酚鉬，經涂刷展開后進一步聚合成穩定網狀結構的致密漆膜。生漆干燥成膜主要有兩種方式：一是在常溫條件下自然干燥成膜，又稱氧化聚合成膜，該過程中漆酶起到重要的催化作用＼[6＼]。二是在高溫條件下成膜（100 ℃），又稱縮合聚合成膜＼[7＼]。本試驗中漆膜干燥時間是在不同溫條件不同調配方案下干燥測得的，屬于氧化聚合成膜方式，漆膜的干燥主要由漆酚鉬漆酚、漆酶、水分、樹膠等成分參與反應，個調制組分的相對變化及干燥環境的變化，漆膜干燥時間也發生變化。為便于測試，本實驗選擇了漆膜實干時間作為實驗結果通過正交試驗來選擇最佳方案，以時間最短者作為最佳值。此外，生漆干燥后所表現出來的使用質量通過漆膜的性能諸如光澤、質感、附著力、干燥速度、沖擊強度、硬度等來體現，因此漆膜的物理機械性能也是衡量生漆品質的重要指標，具體測試結果如下表。

3.1.1各相關因素對漆膜干燥時間的影響

漆膜在成型過程中干燥時間越短，說明漆膜的干燥速度越快，結合表2的試驗條件對表3的直觀分析，可以看出在因素為含漆量71%、黑料搭配比例50%、溫度25 ℃、濕度85%時漆膜的干燥時間最短。因此，本實驗在1 kg含量為71%的生漆搭配，50%的黑料和202的助劑在溫度為25 ℃濕度85%最有利于漆膜干燥[8-10]。

以生漆的含漆量、搭配比例、溫度以及濕度為變量進行正交試驗，采用SSPS軟件對試驗數據進行數據分析得方差分析表，如下。

從表4可以看出：各因素對干燥時間的影響程度為：濕度≥溫度≥助劑≥含量≥搭配比例，其中濕度、溫度對漆膜干燥時間影響顯著，含漆量與搭配比例的影響未能達到顯著水平。這說明在漆膜干燥過程中環境的濕度和溫度起到較為重要的作用，在實際使用過程中隨著環境濕度的增加，生漆成膜速度加快，干燥時間變短。

3.1.2物理機械性能測試分析

漆膜的附著力是指涂層與表面基材之間或涂層之間通過物理與化學作用牢固聯接的能力，附著力值越低表示漆膜越牢固，由上表可知在含漆量71%、搭配比例50%、溫度25 ℃、濕度65%時漆膜附著力最好。

本試驗所得柔韌性數值為不引起漆膜破壞的棒軸最小直徑，柔韌性越好棒軸的直徑越大，綜合考察漆膜物理機械性能在柔韌性適中時較為滿足使用需求。

漆膜的抗沖擊強度是指涂于基材上的涂膜在經受高速率的重力作用下可能發生變形但漆膜不出現以及重基材上脫落的能力，表3所得測定值最大值為50 kg·cm，其對應的生漆配制因素為含漆量71%、搭配比例50%、溫度25 ℃、濕度65%和含漆量77%、搭配比例70%、溫度35 ℃、濕度85%。

漆膜的硬度指漆膜對于外來物體侵入其表面時所具有的阻力，受漆膜干燥程度影響，本次試驗的測試時間選擇在漆膜完全干燥后進行，以此來排除該因素對試驗結果的影響。試驗測得漆膜硬度最高的為8 H。漆膜硬度為生漆品質評價的指標之一，但并非漆膜硬度越高越好還要綜合考慮其他評價指標綜合評判生漆涂料的質量。

漆膜的物理機械性能的優劣是多個因素綜合作用的結果，主要影響因素是生漆的含量、黑料搭配比例，由表3中所測得各項物理機械性能值可以看出當生漆含量為71%時，黑料搭配比例為50%～60%，助劑202%干燥條件溫度25 ℃，濕度85%，漆膜物理機械性能最佳。

3.2漆膜的耐熱性能測試結果

選取含漆量為70%的天然生漆作為對比試樣1，再從中一部分采用傳統大漆熬制法以4：6的混合比例制取傳統推光漆，以上兩種生漆涂料不含金屬鉬。

對試驗制得黑色高光生漆試樣與天然生漆以及傳統推光漆進行耐熱性能測試，試驗結果見表5。

由表5結果可知：作為對比材料的兩組生漆漆膜在300℃時就已受損，不可使用。與天然生漆、傳統推光漆相比添加鉬化物配制的生漆試樣具有更好的耐熱性能，在300 ℃以下，漆膜完全不受影響，在400 ℃時少量試樣出現邊沿起小泡的現象，隨著溫度的升高，漆膜的受損程度增加，少數試樣在溫度達到600 ℃時仍能保持光滑，總體看來本試驗配制漆最高耐溫可達500 ℃以上。