水性木器涂膜的工藝優化及性能研究

過斌+錢星雨+閆小星+徐偉+楊雪

摘 要：文章通過對水性木器涂料的溫度、干燥時間和涂料用量這三個影響因素進行試驗探究來優化改善水性木器涂料性能。正交實驗結果，驗證了水性木器涂層的力學性能主要取決于干燥時間的長短。進一步對實驗參數優化，表明在90℃烘箱中干燥，涂料用量固定為3g時，干燥時間從15min增加到40min，水性木器涂層的硬度從5B增加到H，附著力均是較優1級。

關鍵詞：水性涂料；優化；性能

中圖分類號：TQ637 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0018-02

水性涂料品種繁多并且目前已經在很多行業中廣泛應用[1]。水性涂料以水作溶劑，它污染很少，綠色環保。然而水的表面張力很大，所以這種涂料對于材料的表面質量要求很高。除此之外，它還具有良好的導電性能，附著力很強等顯著特性[2]。目前水性涂料存在的一些問題已經通過工藝優化，性能正在逐步提升。在種類眾多的水性涂料中，由于水性木器涂料無毒環保、附著力好、涂刷效果佳等優點它越來越受到市場的關注[3]。本文選擇此種涂料作為主要研究對象，力圖找到性能發揮到最佳的結點。水性木器涂料在我國的發展時間不算很長[4]。盡管很多學者致力于將此種涂料應用到很多行業，但目前真正涉足研究使用的企業還很少[5]。在實際應用中的這種涂料還存在著缺點[6]。比如它的耐水性較差，干燥的速度比較緩慢等等[7]。本文對實驗參數進行分析，為企業在木器涂飾中提供能夠形成高質量涂層的實驗參數。

1 實驗部分

1.1 材料與實驗設計

此次實驗中準備的所有試劑是直接使用的沒有經過處理，試劑都是分析純[8]。材料準備除了水性木器涂料，基材為木質集成材。試樣的規格尺寸為100mm×100mm×5mm。

1.2 涂層制備

首先對基板進行預處理，先用砂紙打磨，然后在表面輥涂底漆。涂料涂膜的性能會收到干燥時間、溫度以及涂料用量的影響。將水性木器涂料均勻涂抹在經過預處理的基材上，厚度設置為大約60μm。將涂飾過的板子放入溫電熱恒溫鼓風干燥箱內，控制干燥固化時間（20-40min）。

1.3 測試方法

涂層的沖擊強度使用涂膜沖擊試驗儀測定。附著力使用涂膜附著力實驗儀進行測量。涂層硬度根據GB6739-86進行測定。涂層光澤度采用BGD512-60°型光澤度儀進行測試。

2 結果與討論

2.1 正交實驗分析

水性木器涂料的力學性能包括抗沖擊強度、附著力、光澤度等都會受到溫度、干燥時間和涂料用量這三個因素的影響。在這個正交實驗中，三個組分的量在以下范圍內進行實驗：干燥溫度（A）：40℃-90℃，干燥時間（B）：20-40min，涂料用量（C）：2-3g。在正交實驗中，我們重點分析三個因素對光澤度的影響。表1的正交試驗結果代表的是溫度、時間、用量三者對涂料光澤度的影響。在表格所示的同一列中，都計算得出與同一個因素相對應的極差（R）和方差。要看對光澤度的影響效果如何就要根據最后兩行的極差和方差值來判斷，越小說明影響程度越低。由圖可知，干燥時間對水性木器涂層的光澤度影響最明顯，涂料用量的影響次之，干燥溫度的影響較小。因此，為了節省時間，在獨立試驗中我們將干燥溫度固定為90℃。

2.2 干燥時間對水性木器涂層力學性能的影響

控制干燥溫度在90℃，涂料用量固定為3g，干燥時間分別定為10min、15min、20min、30min和40min。圖1顯示了干燥時間對水性涂層硬度性能的影響趨勢。干燥時間從10min增加到15min的時候，水性木器涂層很軟為5B。因為此時漆膜剛剛固化，硬度不高。繼續增加干燥時間至40min時，涂層硬度不斷增強。這是因為涂層固化有了一定的時間，水性涂料與底漆結合更緊密，硬度較之前提高。

經測試發現涂層附著力與干燥時間無關，隨著時間的增加，附著力始終為良好的1級。本文也對耐沖擊性能進行了研究。經測試，發現干燥時間與抗沖擊強度無關，水性涂料的涂層抗沖擊強度始終為很差的5kg·cm。

2.3 干燥時間對水性木器涂層光澤度的影響

干燥時間對光澤度影響的結果見圖2，可以看出，水性涂層的光澤度較高，隨著受熱時間增加光澤度略有降低，僅從90%降至85%，可見干燥時間對光澤度幾乎無影響。

3 結束語

正交實驗的結果驗證了水性木器涂層的力學性能在很大程度上取決于干燥時間。結果表明，在90℃烘箱中干燥，涂料用量固定為3g時，干燥時間從15min增加到40min，水性木器涂層的硬度從5B增加到H，附著力變化不大，均是1級，沖擊強度是5kg·cm。當干燥時間從15min提高到40min時，水性木器涂層的光澤度從90%下降至85%，可見其對光澤度影響不大。綜上，水性涂層的硬度、抗沖擊強度和光澤度都較差，但它具有良好的附著力。

參考文獻：

[1]李幕英，劉國旭，荊旺，等.水性工業涂料的發展現狀及趨勢[J].現代涂料與涂裝，2010，13（1）：35-37.

[2]本刊編輯部.我國水性木器涂料研究進展與市場概況[J].涂料技術與文摘，2008，10：17-22.

[3]王凌，李斌，杜新勝，等.我國水性涂料的研究現狀[J].杭州化工，2011，41（1）：13-16.

[4]李維虎，戴家兵，張興元.木器涂料用水性聚氨酯研究進展[J].中國涂料，2013，28（6）：12-15.

[5]李冰.水性聚氨酯涂料的制備、改性及其性能研究[D].天津：天津大學，2006.

[6]陳鑫.納米氧化鋅改性水性丙烯酸涂料的制備與研究[D].吉林：長春理工大學，2011.

[7]許戈文.水性聚氨酯材料[M].北京：化學工業出版社，2006.

[8]Dong A. J.， Feng S. Y.， Sun D. X. Structure-property relationships of core-shell type waterborne polyacrylate-polyurethane microemulsi-

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