水性木器涂膜的工藝優(yōu)化及性能研究

過斌+錢星雨+閆小星+徐偉+楊雪

摘 要：文章通過對(duì)水性木器涂料的溫度、干燥時(shí)間和涂料用量這三個(gè)影響因素進(jìn)行試驗(yàn)探究來優(yōu)化改善水性木器涂料性能。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了水性木器涂層的力學(xué)性能主要取決于干燥時(shí)間的長短。進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化，表明在90℃烘箱中干燥，涂料用量固定為3g時(shí)，干燥時(shí)間從15min增加到40min，水性木器涂層的硬度從5B增加到H，附著力均是較優(yōu)1級(jí)。

關(guān)鍵詞：水性涂料；優(yōu)化；性能

中圖分類號(hào)：TQ637 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）24-0018-02

水性涂料品種繁多并且目前已經(jīng)在很多行業(yè)中廣泛應(yīng)用[1]。水性涂料以水作溶劑，它污染很少，綠色環(huán)保。然而水的表面張力很大，所以這種涂料對(duì)于材料的表面質(zhì)量要求很高。除此之外，它還具有良好的導(dǎo)電性能，附著力很強(qiáng)等顯著特性[2]。目前水性涂料存在的一些問題已經(jīng)通過工藝優(yōu)化，性能正在逐步提升。在種類眾多的水性涂料中，由于水性木器涂料無毒環(huán)保、附著力好、涂刷效果佳等優(yōu)點(diǎn)它越來越受到市場的關(guān)注[3]。本文選擇此種涂料作為主要研究對(duì)象，力圖找到性能發(fā)揮到最佳的結(jié)點(diǎn)。水性木器涂料在我國的發(fā)展時(shí)間不算很長[4]。盡管很多學(xué)者致力于將此種涂料應(yīng)用到很多行業(yè)，但目前真正涉足研究使用的企業(yè)還很少[5]。在實(shí)際應(yīng)用中的這種涂料還存在著缺點(diǎn)[6]。比如它的耐水性較差，干燥的速度比較緩慢等等[7]。本文對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行分析，為企業(yè)在木器涂飾中提供能夠形成高質(zhì)量涂層的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

此次實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)備的所有試劑是直接使用的沒有經(jīng)過處理，試劑都是分析純[8]。材料準(zhǔn)備除了水性木器涂料，基材為木質(zhì)集成材。試樣的規(guī)格尺寸為100mm×100mm×5mm。

1.2 涂層制備

首先對(duì)基板進(jìn)行預(yù)處理，先用砂紙打磨，然后在表面輥涂底漆。涂料涂膜的性能會(huì)收到干燥時(shí)間、溫度以及涂料用量的影響。將水性木器涂料均勻涂抹在經(jīng)過預(yù)處理的基材上，厚度設(shè)置為大約60μm。將涂飾過的板子放入溫電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，控制干燥固化時(shí)間（20-40min）。

1.3 測(cè)試方法

涂層的沖擊強(qiáng)度使用涂膜沖擊試驗(yàn)儀測(cè)定。附著力使用涂膜附著力實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行測(cè)量。涂層硬度根據(jù)GB6739-86進(jìn)行測(cè)定。涂層光澤度采用BGD512-60°型光澤度儀進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)分析

水性木器涂料的力學(xué)性能包括抗沖擊強(qiáng)度、附著力、光澤度等都會(huì)受到溫度、干燥時(shí)間和涂料用量這三個(gè)因素的影響。在這個(gè)正交實(shí)驗(yàn)中，三個(gè)組分的量在以下范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：干燥溫度（A）：40℃-90℃，干燥時(shí)間（B）：20-40min，涂料用量（C）：2-3g。在正交實(shí)驗(yàn)中，我們重點(diǎn)分析三個(gè)因素對(duì)光澤度的影響。表1的正交試驗(yàn)結(jié)果代表的是溫度、時(shí)間、用量三者對(duì)涂料光澤度的影響。在表格所示的同一列中，都計(jì)算得出與同一個(gè)因素相對(duì)應(yīng)的極差（R）和方差。要看對(duì)光澤度的影響效果如何就要根據(jù)最后兩行的極差和方差值來判斷，越小說明影響程度越低。由圖可知，干燥時(shí)間對(duì)水性木器涂層的光澤度影響最明顯，涂料用量的影響次之，干燥溫度的影響較小。因此，為了節(jié)省時(shí)間，在獨(dú)立試驗(yàn)中我們將干燥溫度固定為90℃。

2.2 干燥時(shí)間對(duì)水性木器涂層力學(xué)性能的影響

控制干燥溫度在90℃，涂料用量固定為3g，干燥時(shí)間分別定為10min、15min、20min、30min和40min。圖1顯示了干燥時(shí)間對(duì)水性涂層硬度性能的影響趨勢(shì)。干燥時(shí)間從10min增加到15min的時(shí)候，水性木器涂層很軟為5B。因?yàn)榇藭r(shí)漆膜剛剛固化，硬度不高。繼續(xù)增加干燥時(shí)間至40min時(shí)，涂層硬度不斷增強(qiáng)。這是因?yàn)橥繉庸袒辛艘欢ǖ臅r(shí)間，水性涂料與底漆結(jié)合更緊密，硬度較之前提高。

經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)涂層附著力與干燥時(shí)間無關(guān)，隨著時(shí)間的增加，附著力始終為良好的1級(jí)。本文也對(duì)耐沖擊性能進(jìn)行了研究。經(jīng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)干燥時(shí)間與抗沖擊強(qiáng)度無關(guān)，水性涂料的涂層抗沖擊強(qiáng)度始終為很差的5kg·cm。

2.3 干燥時(shí)間對(duì)水性木器涂層光澤度的影響

干燥時(shí)間對(duì)光澤度影響的結(jié)果見圖2，可以看出，水性涂層的光澤度較高，隨著受熱時(shí)間增加光澤度略有降低，僅從90%降至85%，可見干燥時(shí)間對(duì)光澤度幾乎無影響。

3 結(jié)束語

正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證了水性木器涂層的力學(xué)性能在很大程度上取決于干燥時(shí)間。結(jié)果表明，在90℃烘箱中干燥，涂料用量固定為3g時(shí)，干燥時(shí)間從15min增加到40min，水性木器涂層的硬度從5B增加到H，附著力變化不大，均是1級(jí)，沖擊強(qiáng)度是5kg·cm。當(dāng)干燥時(shí)間從15min提高到40min時(shí)，水性木器涂層的光澤度從90%下降至85%，可見其對(duì)光澤度影響不大。綜上，水性涂層的硬度、抗沖擊強(qiáng)度和光澤度都較差，但它具有良好的附著力。

參考文獻(xiàn)：

[1]李幕英，劉國旭，荊旺，等.水性工業(yè)涂料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2010，13（1）：35-37.

[2]本刊編輯部.我國水性木器涂料研究進(jìn)展與市場概況[J].涂料技術(shù)與文摘，2008，10：17-22.

[3]王凌，李斌，杜新勝，等.我國水性涂料的研究現(xiàn)狀[J].杭州化工，2011，41（1）：13-16.

[4]李維虎，戴家兵，張興元.木器涂料用水性聚氨酯研究進(jìn)展[J].中國涂料，2013，28（6）：12-15.

[5]李冰.水性聚氨酯涂料的制備、改性及其性能研究[D].天津：天津大學(xué)，2006.

[6]陳鑫.納米氧化鋅改性水性丙烯酸涂料的制備與研究[D].吉林：長春理工大學(xué)，2011.

[7]許戈文.水性聚氨酯材料[M].北京：化學(xué)工業(yè)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