协同改性对水性涂料性能的影响探究

王粲+钱星雨+闫小星+徐伟+王杰

摘 要：正交实验表明水性木器涂层的力学性能在很大程度上取决于干燥时间。实验参数表明，温度为90℃，CaCO3和滑石粉含量固定为2%，干燥时间从15min增加到25min，水性木器涂层的硬度从B增加到3H，附着力均是1级，冲击强度是30kg·cm。继续增加干燥时间至50min，涂层硬度降至2H，附着力下降到2级，冲击强度下降到15kg·cm。当干燥时间在25min左右时，水性木器涂层具有较好的光泽度和力学性能。

关键词：水性涂料；改性；性能

中图分类号：TQ637 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0031-02

水性涂料因具有绿色无污染的特质被许多行业广泛应用[1]。本文由于水性木器漆具有挥发物少、无污染、高安全的优点选择其为主要研究对象[2]。在实际应用中，水性涂料的硬度低、光泽度差等等一系列缺点限制了它的应用范围[3]。为了改善涂层性能，找到适合于企业在实际应用中推广使用的改性优化方案，对于改性剂的选择，要考虑助剂本身特性，还要看改性之后的效果[4]。本文通过实验参数对比，选择了两种改性剂，一是价格便宜的CaCO3。它对于涂层缺陷比如透明性、流变性等等的改进效果比较显著[5]。第二种是滑石粉，它具有良好的润滑性和抗粘性[6]。

1 实验部分

1.1 材料与实验设计

实验基板是木质集成材，试件规格为100mm×100mm×5mm，无机改性剂为CaCO3和滑石粉。

1.2 涂层制备

基材进行预处理之后，用砂纸打磨好，再辊涂底漆制备涂层。本实验中将在涂料这种分别加入一定量的CaCO3和滑石粉，均匀涂抹厚度大概是60μm。温度设置为90℃，控制干燥固化时间为15-30min。

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。硬度根据GB6739-86进行测定。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

在本实验中研究改性剂含量和干燥时间对涂料性能的影响。正交实验中，设置三个组分的含量范围：碳酸钙（A）和滑石粉（B）含量均设置为2.0%-5.0%，干燥时间（C）为15-30min。在每个因素中选两个水平。A第一个和第二个水平根据组分含量设置范围分别为2.0%和5.0%。因素B与A相同。因素C的第一个水平是15min，第二个是30min。表1就是改性条件和干燥时间分别对水性木器涂料硬度的影响。最后两行的极差和方差值越小就说明影响程度越低。结果表明干燥时间对硬度影响最明显，CaCO3和滑石粉的含量对涂层的硬度影响很小，因此，在独立试验中我们将CaCO3和滑石粉的含量均固定为2%。

2.2 干燥时间对水性木器涂层力学性能的影响

根据正交实验得出的优化结果，控制CaCO3和滑石粉的含量均固定为2.0%，干燥时间分别为15、20、25、30、40和50min。图1显示了干燥时间对水性木器涂层的影响趋势。开始涂层还没有完全固化，改性剂使涂层硬度增强。从15min到25min的区间内，硬度随着时间的增加从B增加到了3H。到30min处，涂层硬度仍保持较高值3H。这时CaCO3和滑石粉与水性涂料结合更紧密，硬度较之前提高。到后期涂层硬度有所下降，这是由于已经固化的涂层由于过度受热，产生膨胀，CaCO3和滑石粉与水性涂料间产生间隙，涂层变脆，降低硬度[7]。

图2表明了干燥时间和附着力之间的关系。干燥时间从15min增加至40min，附着力均是良好的1级附着力。当干燥时间超过40min时，附着力下降到2级。

当干燥时间从15min增加至25min时抗冲击强度保持在30kg·cm，但当干燥时间继续延长至50min，抗冲击强度不断下降到15kg·cm。

2.3 干燥时间对水性木器涂层光泽度的影响

涂层整体光泽度不高，当干燥时间从15min提高到30min时，水性木器涂层的光泽度从48.0%显著下降到34.0%。随着干燥时间继续延长，水性木器涂层的光泽度又继续缓慢下降。CaCO3和滑石粉在成膜过程中形成了微粗糙表面[8]。标准亚光的光泽度为35%以下。

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。实验参数表明，在90℃烘箱中干燥，CaCO3和滑石粉含量固定为2%，干燥时间从15min增加到25min，水性木器涂层的硬度从B增加到3H，附着力均是1级，冲击强度是30kg·cm。增加干燥时间至50min，涂层硬度降至2H，附着力下降到2级，冲击强度下降到15kg·cm。当干燥时间在25min左右时，水性木器涂层具有较好的力学性能和亚光光泽度。

参考文献：

[1]徐炽焕.水性涂料的开发动向[J].专论与综述，2004，42（5）：23-25.

[2]张洪彬，王锋，胡剑青，等.水性涂料改性研究进展[J].热固性树脂，2010，25（6）：53-57.

[3]徐晓多，刘锐.纳米碳酸钙及其在涂料改性中的应用[J].教育与技术，2009，23（2）：36-38.

[4]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.

[5]殷代武，谭卉文.滑石粉的应用特性及表面改性[J].广东化工，2013，18（40）：75-77.

[6]黄秉升.涂膜硬度及其测定方法[J].现代涂料与涂装，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]中國聚氨酯工业协会水性聚氨酯专业委员会.水性聚氨酯发展概况[J].涂装技术与文摘，2008：07，21-27.endprint