水性木器涂膜的工艺优化及性能研究

过斌+钱星雨+闫小星+徐伟+杨雪

摘 要：文章通过对水性木器涂料的温度、干燥时间和涂料用量这三个影响因素进行试验探究来优化改善水性木器涂料性能。正交实验结果，验证了水性木器涂层的力学性能主要取决于干燥时间的长短。进一步对实验参数优化，表明在90℃烘箱中干燥，涂料用量固定为3g时，干燥时间从15min增加到40min，水性木器涂层的硬度从5B增加到H，附着力均是较优1级。

关键词：水性涂料；优化；性能

中图分类号：TQ637 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0018-02

水性涂料品种繁多并且目前已经在很多行业中广泛应用[1]。水性涂料以水作溶剂，它污染很少，绿色环保。然而水的表面张力很大，所以这种涂料对于材料的表面质量要求很高。除此之外，它还具有良好的导电性能，附着力很强等显著特性[2]。目前水性涂料存在的一些问题已经通过工艺优化，性能正在逐步提升。在种类众多的水性涂料中，由于水性木器涂料无毒环保、附着力好、涂刷效果佳等优点它越来越受到市场的关注[3]。本文选择此种涂料作为主要研究对象，力图找到性能发挥到最佳的结点。水性木器涂料在我国的发展时间不算很长[4]。尽管很多学者致力于将此种涂料应用到很多行业，但目前真正涉足研究使用的企业还很少[5]。在实际应用中的这种涂料还存在着缺点[6]。比如它的耐水性较差，干燥的速度比较缓慢等等[7]。本文对实验参数进行分析，为企业在木器涂饰中提供能够形成高质量涂层的实验参数。

1 实验部分

1.1 材料与实验设计

此次实验中准备的所有試剂是直接使用的没有经过处理，试剂都是分析纯[8]。材料准备除了水性木器涂料，基材为木质集成材。试样的规格尺寸为100mm×100mm×5mm。

1.2 涂层制备

首先对基板进行预处理，先用砂纸打磨，然后在表面辊涂底漆。涂料涂膜的性能会收到干燥时间、温度以及涂料用量的影响。将水性木器涂料均匀涂抹在经过预处理的基材上，厚度设置为大约60μm。将涂饰过的板子放入温电热恒温鼓风干燥箱内，控制干燥固化时间（20-40min）。

1.3 测试方法

涂层的冲击强度使用涂膜冲击试验仪测定。附着力使用涂膜附着力实验仪进行测量。涂层硬度根据GB6739-86进行测定。涂层光泽度采用BGD512-60°型光泽度仪进行测试。

2 结果与讨论

2.1 正交实验分析

水性木器涂料的力学性能包括抗冲击强度、附着力、光泽度等都会受到温度、干燥时间和涂料用量这三个因素的影响。在这个正交实验中，三个组分的量在以下范围内进行实验：干燥温度（A）：40℃-90℃，干燥时间（B）：20-40min，涂料用量（C）：2-3g。在正交实验中，我们重点分析三个因素对光泽度的影响。表1的正交试验结果代表的是温度、时间、用量三者对涂料光泽度的影响。在表格所示的同一列中，都计算得出与同一个因素相对应的极差（R）和方差。要看对光泽度的影响效果如何就要根据最后两行的极差和方差值来判断，越小说明影响程度越低。由图可知，干燥时间对水性木器涂层的光泽度影响最明显，涂料用量的影响次之，干燥温度的影响较小。因此，为了节省时间，在独立试验中我们将干燥温度固定为90℃。

2.2 干燥时间对水性木器涂层力学性能的影响

控制干燥温度在90℃，涂料用量固定为3g，干燥时间分别定为10min、15min、20min、30min和40min。图1显示了干燥时间对水性涂层硬度性能的影响趋势。干燥时间从10min增加到15min的时候，水性木器涂层很软为5B。因为此时漆膜刚刚固化，硬度不高。继续增加干燥时间至40min时，涂层硬度不断增强。这是因为涂层固化有了一定的时间，水性涂料与底漆结合更紧密，硬度较之前提高。

经测试发现涂层附着力与干燥时间无关，随着时间的增加，附着力始终为良好的1级。本文也对耐冲击性能进行了研究。经测试，发现干燥时间与抗冲击强度无关，水性涂料的涂层抗冲击强度始终为很差的5kg·cm。

2.3 干燥时间对水性木器涂层光泽度的影响

干燥时间对光泽度影响的结果见图2，可以看出，水性涂层的光泽度较高，随着受热时间增加光泽度略有降低，仅从90%降至85%，可见干燥时间对光泽度几乎无影响。

3 结束语

正交实验的结果验证了水性木器涂层的力学性能在很大程度上取决于干燥时间。结果表明，在90℃烘箱中干燥，涂料用量固定为3g时，干燥时间从15min增加到40min，水性木器涂层的硬度从5B增加到H，附着力变化不大，均是1级，冲击强度是5kg·cm。当干燥时间从15min提高到40min时，水性木器涂层的光泽度从90%下降至85%，可见其对光泽度影响不大。综上，水性涂层的硬度、抗冲击强度和光泽度都较差，但它具有良好的附着力。

参考文献：

[1]李幕英，刘国旭，荆旺，等.水性工业涂料的发展现状及趋势[J].现代涂料与涂装，2010，13（1）：35-37.

[2]本刊编辑部.我国水性木器涂料研究进展与市场概况[J].涂料技术与文摘，2008，10：17-22.

[3]王凌，李斌，杜新胜，等.我国水性涂料的研究现状[J].杭州化工，2011，41（1）：13-16.

[4]李维虎，戴家兵，张兴元.木器涂料用水性聚氨酯研究进展[J].中国涂料，2013，28（6）：12-15.

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

[6]陈鑫.纳米氧化锌改性水性丙烯酸涂料的制备与研究[D].吉林：长春理工大学，2011.

[7]许戈文.水性聚氨酯材料[M].北京：化学工业出版社，2006.

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

ons[J].Macromol. Chem. Phys.，1998，199（12）：2635-2640.endprint