淀粉塑料與底漆和層漆的配伍研究

李國祥，范春華，尹衍升，張擁軍

（1.上海海事大學，上海 201306；2.上海華潤大東船務工程有限公司，上海 202156）

0 引言

對全淀粉塑料與船舶外板的底漆和層漆進行配伍研究的目的是通過基礎配伍、物理機械性能和耐水性能等指標的綜合測定，來探索不同底漆和層漆在特定環境下對淀粉塑料船體涂層的影響，并尋求最佳的配伍組合。本研究通過配伍的基礎試驗、物理機械性能的測試等對淀粉塑料與底漆和層漆的配伍進行了探索，試驗均在規定的條件和儀器下按照相關標準進行［1］。

1 灰色關聯法簡介

華中理工大學鄧聚龍教授創立的灰色系統理論是一種研究貧信息、少數據、不確定性問題的新方法。他提出了對各因素（或子系統）間分析其灰色關聯度的概念［2-3］。利用灰色關聯度分析，可對淀粉塑料與底漆（或層漆）配伍的動態歷程進行量化的度量分析，故非常適用于漆膜配伍的研究?；疑P聯分析的具體步驟分以下5步進行［4-5］。

1.1 建立參考數列和比較數列

設參考數列（母序列）為Y={Y（k）|k=1，2，3，…，n}；比較數列（子序列）為Xi={Xi（k）|k=1，2，3，…，n}，i=1，2，3，…，m。

1.2 無量綱化變量xi（k）

各素數列中帶有量綱的數據不便于比較甚至無法比較，故要對系統進行灰色關聯度分析前，一般都要對數據進行無量綱化處理（即數據的無單位化）。

1.3 計算關聯系數ξi（k）

第k數列的平均值y（k）與第k數列中第i元素xi（k）的關聯系數ξi（k）的計算式為：

令Δi（k）=|y（k）-xi（k）|，則（2）式表示成：

分辨系數ρ的通常取值范圍為（0，1），ρ越小，分辨力越大，ρ≤0.546 3時，分辨力最佳。通常取ρ≤0.5。

1.4 根據各關聯系數ξi（k）計算各自的關聯度ri

衡量關聯程度的關聯系數是由多個數值組成的，但其數值較為分散。為正確反映各個時刻（即曲線中的各點）比較數列與參考數列的關聯程度，需要對各關聯系數進行平均，以便進行整體性比較。比較數列與參考數列間的關聯度ri［第i組n個關聯系數ξi（k）的平均值］的計算公式為：

1.5 對各關聯度按大小進行排序

在算出序列Xi（k）與序列Y（k）的關聯系數后，各類關聯系數的平均值ri即是序列Xi（k）與序列Y（k）的關聯度［6-7］。

按大小排序各關聯度后，如果發現在排序中r2＞r1，則比較數列x2更相似于參考數列y。

2 淀粉塑料與底漆的配伍研究

2.1 試驗材料

選用入級勞氏船級社的舊船鋼板AH32（圖1）作為試驗涂層鋼板，鋼材表面經噴砂處理至Sa 2.5級。并選用4種常規的車間底漆（預處理底漆）作為試驗用底漆：（1）上海開林造漆廠生產的704無機硅酸鋅底漆（灰色）；（2）海虹老人牌涂料公司生產的1527環氧車間底漆（紅色5089）；（3）日本中國涂料株式會社生產的1034 EPLCON ZINC RICH PRIMER B-2環氧富鋅底漆（綠色）；（4）荷蘭式瑪涂料公司生產的7171 SIGMARINE PROFERRALMC無機鋅底漆［紅灰色（平光）］。選用東莞市鑫海環保材料有限公司生產的熱塑性全淀粉塑料作為試驗用的淀粉塑料。

圖1 船用鋼AH32Figure 1 Steel plate AH32

2.2 試驗儀器

GM210涂層測厚儀，深圳市聚茂源科技有限公司；川崎（KAWASAKI）高壓噴槍。

2.3 底漆的噴涂

分別用上述4種車間底漆噴涂4塊樣板，涂層道數各為1道，其技術數據見表1。

2.4 淀粉塑料與車間底漆的配伍

將選定的全淀粉塑料分別噴涂于上述已涂有底漆的4塊樣板上，干燥后放入標準試驗池內（環境溫度23 ℃、海水鹽度35‰），放置一定時間后再取出干燥。參照相關國家標準分別測定淀粉塑料與4種底漆配伍時的耐鹽水性（120 h）、附著力、耐沖擊性、干燥時間、遮蓋力等指標，結果見表2。

表1 車間底漆的主要技術數據Table 1 Main technical datas of shop primer

表2 淀粉塑料與4種底漆配伍時的主要性能指標Table 2 Main performance indexes of starch plastic（ST）in combination with four shop primers

2.5 淀粉塑料與車間底漆的灰色關聯分析

利用配伍與關聯關系將表2數據整理后，得到淀粉塑料與4種底漆配伍時的關聯參數，見表3。

為便于比較，將表3的關聯參數標準化，得到淀粉塑料與4種底漆配伍時的標準關聯參數，見表4。

由表4的標準關聯參數表可計算出淀粉塑料與4種底漆配伍時的對應差數列，見表5。

表3 淀粉塑料與4種底漆配伍時的關聯參數Table 3 Correlation data of compatibility for starch plastic（ST）with four shop primers

表4 淀粉塑料與4種底漆的標準關聯參數Table 4 Standard correlation data of compatibility for starch plastic（ST） with four shop primers

表5 淀粉塑料與4種底漆的對應差數列表Table 5 Corresponding differences of compatibility for starch plastic（ST） with four shop primers

計算比較數列x1對于參考數列y（k）的關聯系數ξ1（k），其中得：ξ1（1）=0.67；ξ1（2）=0.4；ξ1（3）=0.4；ξ1（4）=0.67；ξ1（5）=1；ξ1（6）=0.71。

計算比較數列x2對于參考數列y（k）的關聯系數ξ2（k），其中Δi（k）=0.06，Δi（k）=0.28，得：ξ2（1）=0.87 ；ξ2（2）=0.27 ；ξ2（3）=0.59 ；ξ2（4）=0.48 ；ξ2（5）=1；ξ2（6）=0.59。

計算比較數列x3對于參考數列y（k）的關聯系數ξ3（k），其中Δi（k）=0.06，Δi（k）=0.42，得：ξ3（1）=0.79；ξ3（2）=0.66；ξ3（3）=0.66；ξ3（4）=0.43；ξ3（5）=1；ξ3（6）=0.96。

計算比較數列x4對于參考數列y（k）的關聯系數ξ4（k），其中Δi（k）=0.02，Δi（k）=0.6，得：ξ4（1）=0.94；ξ4（2）=0.64；ξ4（3）=0.36；ξ4（4）=0.84；ξ4（5）=1；ξ4（6）=0.64。

計算各關聯度ri。比較數列x1，x2，x3，x4對參考數列y（k）之間的關聯度r1，r2，r3，r4分別為 ：ri的排序結果為：

上述計算結果表明，該全淀粉塑料與1034環氧富鋅底漆的關聯度最高（r3=0.75），而與1527環氧車間底漆的關聯度最低（r2=0.63）。即就上述4種底漆而言，選用1034環氧富鋅底漆與該淀粉塑料配伍比較合理。

3 淀粉塑料與層漆的配伍研究

3.1 試驗材料

選用入級勞氏船級社的舊船鋼板AH32作為試驗涂層鋼板，鋼材表面經噴砂處理至Sa 2.5級。根據上述結論，選用1034環氧富鋅底漆作為底漆。為保持試驗的連續性，仍選用東莞市鑫海環保材料有限公司生產的熱塑性全淀粉塑料作為試驗用的淀粉塑料。選用4種常規層漆作為試驗用層漆：（1）上海開林造漆廠生產的830-1鋁粉瀝青漆（灰色）；（2）海虹老人牌涂料公司生產的45751環氧漆［灰色（12340）］；（3）日本中國涂料株式會社生產的4038G ACRI 700 FINISHG丙烯酸面漆［灰色（CS 511）］；（4）荷蘭式瑪涂料公司生產的TM 350 SIGMACOVER環氧漆［紅灰色（平光）］。

3.2 試驗儀器

GM210涂層測厚儀，深圳市聚茂源科技有限公司；川崎（KAWASAKI）高壓噴槍。

3.3 層漆的噴涂

在噴涂有1034環氧富鋅底漆的船用鋼板上分別噴涂4種常規層漆，噴涂道數為2道。經干燥后測定各樣板層漆的主要技術數據，結果見表6。

表6 層漆的主要技術數據Table 6 Main technical datas of layer paint

3.4 淀粉塑料與層漆的配伍

將試驗樣板放入標準試驗池內（環境溫度23 ℃、海水鹽度35‰），一定時間后取出干燥。參照相關國標分別測定淀粉塑料與4種層漆配伍時的耐鹽水性（120 h）、附著力、耐沖擊性、干燥時間、遮蓋力等數據，結果見表7。

表7 淀粉塑料與4種層漆配伍時的主要參數Table 7 Main data of compatibility for starch plastic（ST）with four layer paint

3.5 淀粉塑料與層漆的灰色關聯分析

利用配伍與關聯關系將表7數據整理后，得到淀粉塑料與4種層漆配伍時的關聯參數，結果見表8。

表8 淀粉塑料與層漆配伍時的關聯參數Table 8 Correlation data of compatibility for starch plastic（ST）with four layer paint

為便于比較，將表8的關聯參數標準化，得到淀粉塑料與4種層漆配伍時的標準關聯參數，見表9。

由表9的標準關聯參數表計算出淀粉塑料與4種層漆配伍時的對應差數列，見表10。

表9 淀粉塑料與4種層漆的標準關聯參數Table 9 Standard correlation data of compatibility for starch plastic（ST） with four layer paint

表10 淀粉塑料與4種層漆的對應差數列表Table 10 Corresponding differences of compatibility for starch plastic（ST） with four layer paint

按公式（3）ξi（k）=分別計算關聯系數ξi（k），這里分辨系數取ρ=0.5。

計算比較數列x1對于參考數列y（k）的關聯系數ξ1（k），其中Δi（k）=0，Δi（k）=0.06，得：ξ1（1）=1；ξ1（2）=1；ξ1（3）=1；ξ1（4）=0.38；ξ1（5）=0.6；ξ1（6）=0.33。

計算比較數列x2對于參考數列y（k）的關聯系數ξ2（k），其中Δi（k）=0，Δi（k）=0.41，得：ξ2（1）=0.87 ；ξ2（2）=1 ；ξ2（3）=0.59 ；ξ2（4）=0.59 ；ξ2（5）=0.91；ξ2（6）=0.33。

計算比較數列x3對于參考數列y（k）的關聯系數ξ3（k），其中Δi（k）=0，Δi（k）=0.29，得：ξ3（1）=0.53 ；ξ3（2）=1 ；ξ3（3）=0.33 ；ξ3（4）=0.38 ；ξ3（5）=0.55；ξ3（6）=0.33。

計算比較數列x4對于參考數列y（k）的關聯系數ξ4（k），其中Δi（k）=0，Δi（k）=0.14，得：ξ4（1）=0.44 ；ξ4（2）=1 ；ξ4（3）=0.33 ；ξ4（4）=0.33 ；ξ4（5）=0.37；ξ4（6）=0.54。

計算各關聯度ri。比較數列x1，x2，x3，x4對參考數列y（k）之間的關聯度r1，r2，r3，r4分別為 ：r1=的排序結果為：

上述計算結果表明，該淀粉塑料與830-1鋁粉瀝青漆或45751環氧漆的關聯度最高（r1=r2=0.72），而與SIGMACOVER環氧漆TM 350的關聯度最低（r4=0.50）。即就上述4種層漆而言，應選用830-1鋁粉瀝青漆或45751環氧漆作為層漆與該淀粉塑料配伍比較合理。

4 結語

通過對淀粉塑料與車間底漆以及層漆進行配伍試驗研究，并利用灰色理論對試驗數據進行關聯分析，結果表明：

（1） 1034環氧富鋅底漆與本研究所用淀粉塑料的關聯度最高（r3=0.75），即就試驗所選的4種底漆而言，選用1034環氧富鋅底漆與該淀粉塑料進行配伍比較合理。

（2） 試驗所選的4種層漆中，830-1鋁粉瀝青漆及45751環氧漆與本研究所用淀粉塑料的關聯度最高（r1=r2=0.72），將其作為與該淀粉塑料進行配伍的層漆比較合理。

綜上所述，利用灰色理論進行涂料的配伍研究是一種較為理想的分析工具，本研究及其進行的數據分析也可以作為一種范例為日后相關的塑料配伍研究提供參考。