SiO₂界面改性對水性木器UV涂料耐液性能的影響

李雯?閆小星?王宇飛

摘 要：本文研究SiO2界面改性對水性木器UV涂料耐液性能的影響，采用正交試驗方法，先調配出改性涂劑，用3g的UV涂料配以每組正交實驗所需的改性劑量，充分攪拌后涂于實驗用木層基板上，并放入紫外燈固化機中根據實驗設計方案設定好干燥時間與紫外燈臺數。待干燥完畢后，用實驗標準調制好的耐環境測試液涂于測試板表面，并用保鮮膜密封。待72h的耐液測試后，打開保鮮膜，根據國家標準讀出其耐環境的級數，統計完實驗數據后，根據正交實驗極差分析法找出最優組，并根據最優組作出獨立實驗方案，再進行實驗分析，在對實驗結果進行數據分析后，找出耐液的臨界點，并分別做幾組獨立實驗，看其影響耐液性能的程度，并綜合得出改性結果。

關鍵詞：SiO2界面改性;水性木器UV涂料;耐液性能

水性聚氨酯涂料是分散介質為水且基料是水性聚氨酯樹脂的涂料。由于聚氨酯涂料是裝飾性和保護性等綜合性能很好的涂料，因而得到快速發展。但近些年，由于木材改性性能的增加[1，2，3]以及人們環保意識的增強，涂料中VOC的含量也逐漸降低，這使水性聚氨酯涂料有了更大的發展空間，因為水性聚氨酯以水作為分散介質，具有安全性和無污染性等優點。[4，5，6，7]水性聚氨酯還具有流平性好，成膜性能好，遮蓋力強，附著力顯著，耐熱、耐磨等特性。經文獻查閱發現SiO2的添加對于水性涂層性能是有一定影響的，[8]所以本文以SiO2界面改性對水性木器UV涂料耐液性能的影響進行研究。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

水性UV地板漆、木質基板、二氧化硅、耐液性測試劑。

1.2 實驗設備與儀器

光固化機、一次性紙杯、玻璃棒、電子秤、保鮮膜。

1.3 實驗方法

首先要調配出改性涂劑，用3g的水性UV涂料配以每組正交實驗所需的改性劑量，充分攪拌后涂于實驗用木層基板上，并放入紫外燈固化機中根據實驗設計方案設定好干燥時間與紫外燈盞數。待干燥完畢后，用實驗標準調制好的耐環境測試液涂于測試板表面，并用保鮮膜密封。待72h的耐液測試后，打開保鮮膜，根據國家標準讀出其耐環境的級數，統計完實驗數據后，根據正交實驗極差分析法找出最優組，并根據最優組作出獨立實驗方案，來進行進一步的實驗分析。

2 結果與分析

2.1 正交實驗分析

2.1.1 NaCl

設置4組正交實驗，3個組分的量如表1所示：A代表SiO2的質量：0.1～0.5g，B代表固化時間：20～40min，C代表UV燈個數：1～3個。每個變量各選兩個數值。A變量的值分別為0.1g和0.5g。B變量的值分別是20min和40min的固化時間。[9]C變量的值分別是3臺和1臺UV燈。通過計算同一個變量的第一個平均值I和第二個平均值II，以及同一列中與同一個變量相對應的最小平均值與最大平均值的極差R，發現R越大，變量的影響效果就越顯著。[10]從實驗可以看出，通過比較它們的極差R的值，可以發現這3個因素對耐NaCl實驗的作用相同。

2.1.2 NaOH

在耐NaOH性能的正交實驗中，我們采用了第一次實驗的3個組分的實驗變量和實驗方法進行了實驗，實驗表明了上述3個變量對耐NaOH的影響程度，通過計算及比較數據發現，這3個因素對耐NaOH性能影響相同。

2.1.3 墨水

耐墨水性能的正交實驗是依照第一次實驗設置了3個組分的量，并用第一次實驗相同的方法展開了耐墨水性能正交實驗。實驗的結果表明，這3個因素對耐墨水性能的影響為SiO2的質量>固化時間=UV燈臺數。

2.1.4 醬油

我們在耐醬油性能的正交實驗時，在SiO2的質量、固化時間、UV燈個數3個組分的量與第一次實驗一致的情況下，通過計算數據及對比，我們發現了這3個因素對耐墨水性能的影響為SiO2的質量>干燥時間=UV燈臺數，且固化時間與UV燈臺數對實驗的影響較小。

2.1.5 咖啡

在耐咖啡性能的正交實驗中，在觀察實驗及計算實驗數據后比對發現，SiO2的質量、固化時間、UV燈臺數這3個因素對該實驗的影響均較小。

2.1.6 乙醇

在耐乙醇性能的正交實驗中，我們采用了與第一次實驗相同的實驗變量與實驗方法，實驗結果表明SiO2的質量、固化時間、UV燈臺數這3個因素對該實驗的影響為SiO2的質量>固化時間=UV燈臺數。

2.1.7 洗潔精

我們參照第一次實驗進行耐洗潔精性能的正交實驗的變量及實驗方法的設置，在計算并比對實驗數據之后發現，這3個因素SiO2的質量、固化時間、UV燈臺數對該實驗的影響均較小。

從以上7個實驗可以得出，影響耐液性能的一個主要變量是SiO2的質量。所以我們基于正交實驗又進一步進行了獨立實驗，來分析SiO2的質量對耐液性能的影響程度。由于從上述實驗中可以看出SiO2的質量對實驗的影響最為顯著，以及在固化時間為40min、UV燈為1臺時影響最明顯，因此將SiO2的質量定為0.05g、0.10g、0.15g以及0.30g來開展獨立實驗。

2.2 獨立實驗分析

通過計算以及數據分析之后，進行獨立實驗如表2所示，分析得出，SiO2取0.3g、1臺UV固化燈且固化時間為40min時，性能為一級的有耐咖啡性能、耐醬油性能、耐堿液性能、耐鹽水性能、耐洗潔精性能，性能為二級的是耐墨水性能，性能為三級的是耐乙醇性能，即在這種條件下水性木器UV涂料綜合耐液性能最好。

3 結語

通過以上正交實驗以及獨立實驗分析，在3個因素一定的情況下，即SiO2的質量為0.3g、UV固化燈1臺且固化時間為40min時，耐咖啡性能為一級，耐醬油性能為一級，耐堿液性能為一級，耐鹽水性能為一級，耐洗潔精性能為一級，性能為二級的是耐墨水性能，性能為三級的是耐乙醇性能，即在這種條件下水性木器UV涂料綜合耐液性能最好。

參考文獻：

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[10] 莊宏清，肖華. UV固化水性環氧樹脂的合成研究[J].熱固性樹脂，2008，23（3）：14-19.

作者簡介：李雯（1997—），女，本科在讀。

通訊作者：閆小星（1981—），女，副教授，主要從事染色與涂料性能研究。