協同改性對水性涂料性能的影響探究

王粲+錢星雨+閆小星+徐偉+王杰

摘 要：正交實驗表明水性木器涂層的力學性能在很大程度上取決于干燥時間。實驗參數表明，溫度為90℃，CaCO3和滑石粉含量固定為2%，干燥時間從15min增加到25min，水性木器涂層的硬度從B增加到3H，附著力均是1級，沖擊強度是30kg·cm。繼續增加干燥時間至50min，涂層硬度降至2H，附著力下降到2級，沖擊強度下降到15kg·cm。當干燥時間在25min左右時，水性木器涂層具有較好的光澤度和力學性能。

關鍵詞：水性涂料；改性；性能

中圖分類號：TQ637 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0031-02

水性涂料因具有綠色無污染的特質被許多行業廣泛應用[1]。本文由于水性木器漆具有揮發物少、無污染、高安全的優點選擇其為主要研究對象[2]。在實際應用中，水性涂料的硬度低、光澤度差等等一系列缺點限制了它的應用范圍[3]。為了改善涂層性能，找到適合于企業在實際應用中推廣使用的改性優化方案，對于改性劑的選擇，要考慮助劑本身特性，還要看改性之后的效果[4]。本文通過實驗參數對比，選擇了兩種改性劑，一是價格便宜的CaCO3。它對于涂層缺陷比如透明性、流變性等等的改進效果比較顯著[5]。第二種是滑石粉，它具有良好的潤滑性和抗粘性[6]。

1 實驗部分

1.1 材料與實驗設計

實驗基板是木質集成材，試件規格為100mm×100mm×5mm，無機改性劑為CaCO3和滑石粉。

1.2 涂層制備

基材進行預處理之后，用砂紙打磨好，再輥涂底漆制備涂層。本實驗中將在涂料這種分別加入一定量的CaCO3和滑石粉，均勻涂抹厚度大概是60μm。溫度設置為90℃，控制干燥固化時間為15-30min。

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。硬度根據GB6739-86進行測定。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

在本實驗中研究改性劑含量和干燥時間對涂料性能的影響。正交實驗中，設置三個組分的含量范圍：碳酸鈣（A）和滑石粉（B）含量均設置為2.0%-5.0%，干燥時間（C）為15-30min。在每個因素中選兩個水平。A第一個和第二個水平根據組分含量設置范圍分別為2.0%和5.0%。因素B與A相同。因素C的第一個水平是15min，第二個是30min。表1就是改性條件和干燥時間分別對水性木器涂料硬度的影響。最后兩行的極差和方差值越小就說明影響程度越低。結果表明干燥時間對硬度影響最明顯，CaCO3和滑石粉的含量對涂層的硬度影響很小，因此，在獨立試驗中我們將CaCO3和滑石粉的含量均固定為2%。

2.2 干燥時間對水性木器涂層力學性能的影響

根據正交實驗得出的優化結果，控制CaCO3和滑石粉的含量均固定為2.0%，干燥時間分別為15、20、25、30、40和50min。圖1顯示了干燥時間對水性木器涂層的影響趨勢。開始涂層還沒有完全固化，改性劑使涂層硬度增強。從15min到25min的區間內，硬度隨著時間的增加從B增加到了3H。到30min處，涂層硬度仍保持較高值3H。這時CaCO3和滑石粉與水性涂料結合更緊密，硬度較之前提高。到后期涂層硬度有所下降，這是由于已經固化的涂層由于過度受熱，產生膨脹，CaCO3和滑石粉與水性涂料間產生間隙，涂層變脆，降低硬度[7]。

圖2表明了干燥時間和附著力之間的關系。干燥時間從15min增加至40min，附著力均是良好的1級附著力。當干燥時間超過40min時，附著力下降到2級。

當干燥時間從15min增加至25min時抗沖擊強度保持在30kg·cm，但當干燥時間繼續延長至50min，抗沖擊強度不斷下降到15kg·cm。

2.3 干燥時間對水性木器涂層光澤度的影響

涂層整體光澤度不高，當干燥時間從15min提高到30min時，水性木器涂層的光澤度從48.0%顯著下降到34.0%。隨著干燥時間繼續延長，水性木器涂層的光澤度又繼續緩慢下降。CaCO3和滑石粉在成膜過程中形成了微粗糙表面[8]。標準亞光的光澤度為35%以下。

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。實驗參數表明，在90℃烘箱中干燥，CaCO3和滑石粉含量固定為2%，干燥時間從15min增加到25min，水性木器涂層的硬度從B增加到3H，附著力均是1級，沖擊強度是30kg·cm。增加干燥時間至50min，涂層硬度降至2H，附著力下降到2級，沖擊強度下降到15kg·cm。當干燥時間在25min左右時，水性木器涂層具有較好的力學性能和亞光光澤度。

參考文獻：

[1]徐熾煥.水性涂料的開發動向[J].專論與綜述，2004，42（5）：23-25.

[2]張洪彬，王鋒，胡劍青，等.水性涂料改性研究進展[J].熱固性樹脂，2010，25（6）：53-57.

[3]徐曉多，劉銳.納米碳酸鈣及其在涂料改性中的應用[J].教育與技術，2009，23（2）：36-38.

[4]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.

[5]殷代武，譚卉文.滑石粉的應用特性及表面改性[J].廣東化工，2013，18（40）：75-77.

[6]黃秉升.涂膜硬度及其測定方法[J].現代涂料與涂裝，2011，14（1）：35-40.

[7]Mirabedini S M， Mohseni M， PazokiFard S， et al. Effect of TiO2 on the mechanical and adhesion properties of RTV silicone elastomer coatings [J].Colloids Surface A， 2008，317（1-3）：80-86.

[8]中國聚氨酯工業協會水性聚氨酯專業委員會.水性聚氨酯發展概況[J].涂裝技術與文摘，2008：07，21-27.endprint