硅烷偶聯劑和有機硅樹脂協同改性對水性涂料性能的影響

包清磊+錢星雨+張政+閆小星+王浩然+盧宇恒+陳耘樂

摘 要：文章利用KH560和有機硅樹脂作為改性劑，通過對KH560含量、有機硅樹脂含量和干燥時間三個因素進行正交實驗，找到能改善水性木器涂料性能的方法。實驗表明，有機硅樹脂的含量對涂層性能影響程度最大。在40℃烘箱中干燥20min，KH560含量設定為2%，有機硅樹脂含量從0增加到1%時，水性木器涂層的硬度為H，附著力變化不大，都是1級。繼續增加有機硅樹脂含量至5%時，涂層硬度下降至4B，附著力下降到4級。光澤度表明，有機硅樹脂含量對水性木器涂層光澤度的改變沒有較大作用。

關鍵詞：水性涂料；性能；含量

中圖分類號：TQ637 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）01-0036-02

Abstract： By using KH560 and silicone resin as modifiers， the orthogonal experiments were carried out on three factors： KH560 content， organic silicone resin content and drying time. To find a way to improve the performance of waterborne wood coatings. The results show that the content of silicone resin has the greatest influence on the coating properties. When the content of KH560 was set to 2% and the content of silicone resin increased from 0 to 1% in the oven at 40℃ for 20 min， the hardness of the waterborne wood coating was H， and the adhesion of the coating changed little， all of which were of grade 1. When the content of silicone resin continues to increase to 5%， the hardness of the coating decreases to 4B and the adhesion decreases to grade 4. The gloss shows that the content of silicone resin has no effect on the gloss of waterborne wood coating.

Keywords： waterborne coatings； properties； content

水性木器漆具有綠色環保、搞安全、不黃變等優點，并在許多行業中被廣泛應用。但它也存在著豐滿度差、耐污性差等問題[1]。硅烷偶聯劑（KH560）是一類有機硅化合物，將其加入涂料在可以增加物質之間的粘接強度，提高涂料的耐水、耐氣候等性能[2]。有機硅樹脂是一類聚有機硅氧烷，它具有獨特的網狀結構的以及卓越的耐潮、防水和防銹等性能，但耐溶劑的性能較差[3]。本文通過添加助劑KH5

60和有機硅樹脂協同改性水性涂料進行優化實驗，力圖改善水性涂料涂層的力學性能和光學性能。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

在當前實驗中所有試劑都是沒有加工過的分析純。改性劑是KH560和有機硅樹脂，基材規格是100mm×100mm×5mm，表面已涂上底漆。

1.2 涂層制備

首先用砂紙處理打磨基材涂上底漆。KH560和有機硅樹脂的加入量根據預先設計好的加入到水性木器涂料中，用玻璃棒攪拌均勻，然后將攪拌好的涂料均勻涂抹在事先經底漆處理平整的木質基板（100mm×100mm×5mm）上，涂層厚度大約60μm。然后放入烘箱內，干燥箱溫度設定為40℃，干燥時間設定為15-30min。

1.3 測試與表征

根據GB/T1720-89附著力用涂膜附著力測試儀進行測量。根據GB6739-86測量硬度。光澤度是按照BGD512-60型光澤度儀測試。

2 結果與討論

2.1 正交實驗分析

在本實驗中，影響水性木器涂料改性的主要因素是KH560的含量、有機硅樹脂的含量和干燥時間。通過正交試驗改善涂料的力學性能。在這個正交實驗中，三個組分的量在以下范圍內進行實驗：KH560的含量（A）：2.0%-5.0%，有機硅樹脂的含量（B）：2.0%-5.0%，干燥時間（C）：15-30min。在每個因素中選兩個水平。因素A的第一個水平是KH560含量2.0%，第二個水平是5.0%。因素B的第一個水平是有機硅樹脂的含量2.0%，第二個水平是5.0%。因素C的第一個水平是干燥時間20min，第二個水平時間是40min。

上面這三個因素對水性木器漆的力學性能都有一定的影響，相比之下，對附著力的影響更為明顯。在實驗中分析了改性條件對附著力的影響。表1顯示了三個因素對水性木器漆附著力的影響。通過比較三個因素的極差R和方差的值，可以發現有機硅樹脂的含量對附著力的影響最明顯，干燥時間的影響次之，KH560對涂層的附著力沒有影響。此外，從表1還能看出樣品1#的水性木器涂層比樣品2#-4#具有較好的附著力。在獨立試驗中我們將KH560的含量固定為2.0%，干燥時間固定為15 min。

2.2 有機硅樹脂對水性木器涂層力學性能的影響

為了研究有機硅樹脂的關鍵作用，在正交實驗的基礎上，進行了下面一系列實驗：把KH560的含量固定為2.0%，干燥時間固定為15min，改變有機硅樹脂的含量分別為0、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%。發現有機硅樹脂含量對水性木器涂層的硬度具有一定作用。圖1顯示了有機硅樹脂的含量對水性涂層硬度性能的影響。有機硅樹脂含量從0增加到1%的時候，水性木器涂層的硬度始終保持在H。繼續增加有機硅樹脂含量至5%時，涂層硬度不斷下降，達到4B，此時漆膜的硬度已經很低。這是因為有機硅樹脂含量過高，水性涂料結合力下降嚴重，導致漆膜變軟[4]。

由圖2可知，隨著有機硅樹脂的含量的增加，附著力基本呈現下降趨勢。在有機硅樹脂的含量低于2%時，附著力表現較好。原因是有機硅樹脂與水性涂料反應，但尚未對附著力產生重要影響，此時主要是依賴KH560改性的水性涂層的附著力。繼續增加有機硅樹脂的含量，會引起水性涂料內部各化學成分比例的變化，這種比例的變化會降低涂層附著力。因此隨著有機硅樹脂的含量增多附著力會變差。

2.3 有機硅樹脂對水性木器涂層光澤度的影響

有機硅樹脂涂料含量對光澤度的影響如圖3所示。從圖3可以看出，水性木器涂層的光澤度隨著有機硅樹脂含量的增加數值變化很小，但相較于空板樣，其光澤度略有下降。這是因為水性漆本身具有高光，有機硅樹脂含量增加，在涂膜過程中體積濃度增加，形成微粗糙表面，從而降低了水性木器漆的光澤度。

3 結束語

正交試驗結果表明，有機硅樹脂含量決定了水性木器漆的力學性能。實驗說明：在40℃烘箱中干燥20min，KH560的含量固定2%，有機硅樹脂含量從0增加到1%時，水性木器涂層的硬度為H，附著力變化不大，都是1級。繼續增加有機硅樹脂含量至5%時，涂層硬度下降至4B，附著力下降到4級。光澤度表明：有機硅樹脂含量對水性木器涂層光澤度的改變沒有較大作用，光澤度整體數值在80%～85%之間。

參考文獻：

[1]袁騰，胡劍青，王鋒，等.水性木器涂料的研究進展[J].中國涂料，2012，27（06）：18-25.

[2]郭云亮，張涑戎，李立平.偶聯劑的種類和特點及應用[J].橡膠工業，2003（11）：692-696.

[3]盧紅梅，鐘宏.有機硅在涂料中的應用[J].有機硅材料，2002（06）：22-27.

[4]張向雨.有機硅功能涂料的研制[D].華東理工大學，2012.

[5]王翔，許苗苗.碳酸鈣表面改性探究[J].科技創新與應用，2016（02）：99+101.endprint