二氧化硅和硅烷偶聯劑協同改性對水性涂料性能的影響

周彥瑜+閆小星+錢星雨+王曉婧+夏明+唐林芝+汪雨

摘 要：文章為了改善水性涂料涂層的力學性能和光學性能，通過實驗對SiO2的含量、KH560的含量和干燥時間這三個影響因素進行優化。通過正交實驗，可以發現，以上的三個因素中SiO2的含量對涂料涂層性能的影響是最大的。當SiO2的含量保持在3%左右時，水性木器涂層具有較好的力學性能和亞光光澤度。

關鍵詞：水性木器涂料；性能；優化

中圖分類號：TQ637 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）03-0035-02

Abstract： In order to improve the mechanical and optical properties of waterborne coatings， the content of SiO2， the content of KH560 and the drying time were optimized by experiments. Through the orthogonal experiment， it can be found that the content of SiO2 has the greatest effect on the coating performance of the above three factors. When the content of SiO2 is 3% or so， the waterborne wood coating has better mechanical properties and matte gloss.

Keywords： waterborne wood coatings； performance； optimization

水性木器漆具有綠色環保、可揮發物少等眾多優點。但也存在耐水性、耐污性差，硬度低等問題[1]。二氧化硅（SiO2）具有粒徑很小、化學純度高、表面吸附力強等特性，在涂料中將其加入，不僅能提高涂料涂層的硬度，而且涂層表面自凈能力也得到改善[2]。硅烷偶聯劑（KH560）是一種有機硅化合物，將其加入涂料，能使涂料中的物質連接起來，提高涂料的性能[3]。本文通過添加助劑SiO2和KH560協同改性水性涂料，通過正交實驗，力圖優化工藝參數，從而使得水性涂料涂層的力學性能和光學性能有所改善。

1 實驗部分

1.1 材料準備

目前實驗中所有試劑都是未經處理的分析純。涂料：水性涂料，改性劑：SiO2和KH560。

1.2 涂層制備

首先處理基板，打磨好后涂底漆。在水性木器涂料中將SiO2和KH560按預計設計好的量加入進去，之后用玻璃棒將其混合攪拌均勻，攪拌結束后將涂料均勻涂抹在已經處理過的木質基板（100mm×100mm×5mm）上，涂層厚度約為60μm。然后放入干燥箱內干燥，溫度保持在90℃，干燥時間控制在15min-30min范圍內。

1.3 測試方法

測量涂層附著力，使用涂膜附著力實驗儀根據GB/T1720-89來測試。涂層的光澤度測試，采用的是BGD512-60°型光澤度儀。

2 結果與討論

2.1 正交實驗分析

在本實驗中，影響涂料性能的主要因素是改性劑的含量即SiO2的含量和KH560的含量，還有一個影響因素是干燥時間。為了使得協同改性后的涂層力學性能能夠達到較好的效果，本文通過正交試驗對這些因素進行優化。在這個實驗中，以上三個組分的量實驗范圍是：SiO2的含量（A）：2.0%-5.0%，KH560的含量（B）：2.0%-5.0%，干燥時間（C）：15min-30min。在每個因素中選兩個水平。因素A即SiO2含量第一個水平是2.0%，因素A的第二個水平是5.0%。因素B即KH560的含量第一個水平是2.0%，因素B的第二個水平是5.0%。因素C即干燥時間15min第一個水平，因素C的第二個水平是30min。

在上述的這三個因素中，每一個因素對水性木器涂層的力學性都有一定的影響，相比之下，對附著力的影響更為明顯。因此，在正交實驗中，重點研究對附著力的影響。表1顯示的是上述不同因素對水性木器涂料附著力的影響。在表1的同一列中，最后兩行列出了對應因素的最大和最小平均附著力的極差（R）和方差。R值和方差越小，表明對應因素的影響效果越不明顯，從表中可以發現三個因素中對附著力影響最為明顯的因素是A即SiO2的含量。從表1中還可以看出樣品1#和2#的水性木器涂層具有較好的附著力。在獨立試驗中，將KH560的含量固定為2%，干燥時間固定為15min。

2.2 二氧化硅對水性木器涂層力學性能的影響

為了探究影響程度最高的一個因素即SiO2的含量對涂膜附著力的具體影響情況，本文還進行了獨立實驗。把KH560的含量和干燥時間分別固定為2.0%和15min，控制變量SiO2的含量：0%、1%、2%、3%、4%和5%。圖1表明了SiO2的含量和涂層附著力之間的關系。隨SiO2含量的增加，涂層附著力會先平穩后上升。當SiO2的含量從0%增加至3%，可以看出附著力始終保持在1級。這是由于SiO2含量增多且其粒徑很小，含量增多、粒子數增加，涂層內部聚合力提高，從而使得漆膜附著力性能良好。然而，圖1中SiO2含量從3%繼續增加至5%，附著力從1級逐漸不斷下降，附著了變差。這是因為SiO2的含量越來越高，粒子不能均勻分散，涂層的彈性也收到了影響，使得涂層容易破碎[4]。

2.3 二氧化硅對水性木器涂層光澤度的影響

圖2表示的是SiO2含量對涂層光澤度影響。由圖2可以看出，水性木器涂料光澤度會隨著SiO2含量的增加而降低。當SiO2含量從0上升到1%時，涂層的光澤度從94%快速下降到54%。SiO2含量繼續從1%增加至3%，光澤度從54.0%下降到19.0%。隨著SiO2含量從3.0%增加到5.0%，水性木器涂層的光澤度又從19%逐漸下降至8%，并且始終保持在一個較低的值上。這是因為SiO2含量增加較多，粒子不容易在涂料中進行分散，所以光澤度下降速度變慢。從圖2可以看出，當SiO2的含量超過3%時，水性木器涂層呈現出亞光的光澤度。

2.4 協同作用與單一改性對水性木器涂層性能的對比

將不加改性劑、單一添加SiO2、單一添加KH560以及同時添加SiO2和KH560的樣品進行對比。從表2看出，經SiO2和KH560協同改性后，涂層力學性能比不加改性劑和單一添加SiO2、單一添加KH560的力學性能提高、光澤度降低。

3 結束語

從實驗可以看出，水性木器漆的力學性能在很大程度上取決于SiO2的含量。結果表明，在烘箱中干燥溫度控制在90℃，時間固定為15min，KH560的含量固定2%，當SiO2含量從0增加到3%，水性木器涂層的附著力均是1級，光澤度從94%下降到19%。當繼續增加SiO2含量至5%時，附著力逐漸下降至3級，光澤度低于19%，呈現出亞光的光澤度。

參考文獻：

[1]李幕英，劉國旭，荊旺，等.水性工業涂料的發展現狀及趨勢[J].現代涂料與涂裝，2010，13（01）：35-37.

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