KH560改性對水性UV固化涂料力學性能的影響

徐文宣　閆小星　葉梓　許蕊楠　張杞樂　張雨琴

摘 要：文章利用KH560作為改性劑，通過對KH560含量、烘箱溫度和UV固化時間三個因素進行正交實驗，找到能改善水性UV固化涂料力學性能的方法。在KH560改性實驗中，KH560的含量是主要影響因素。通過正交實驗對工藝參數進行處理后發現，當把烘箱溫度固定為40°C，UV輻射時間固定為3min，KH560含量從0增加到3.0%的時候，水性UV固化木器涂層的硬度下降至H，附著力從3級提高至1級，附著力最佳。

關鍵詞：KH560；優化；性能

中圖分類號：S781.7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）36-0030-02

水性UV固化木器涂料具有環保、快速固化和節能等優點，并且因此在木器工業領域得到了廣泛應用[1]。本次實驗以此涂料為主要研究對象。水性UV固化涂料存在力學性能較差等缺陷，嚴重影響了其在木器表面的應用。KH560硅烷偶聯劑是一種具有特殊結構的低分子有機硅化合物[2]。硅烷偶聯劑的粘度及表面張力低，潤濕能力較高[3]，能均勻地分布在涂層表面[4]。本章通過KH560改性水性UV固化木器涂料，通過正交實驗對配方組成、固化條件等工藝參數進行優化，力圖改善水性UV固化木器涂層的力學性能。

1 實驗部分

1.1 材料與實驗設計

在當前實驗中所有試劑都是沒有加工過的分析純。水性UV固化木器涂料由江蘇省連華木材有限公司提供。改性劑KH560由南京化學試劑股份有限公司提供。基材選用表面涂有底漆的木質基板，規格：100mm×100mm×5mm。

1.2 涂層制備

首先將水性UV固化涂料倒出一定量放在一次性紙杯里，以便于改性實驗的進行。再用天平分別量好預設計好的KH560和水性UV固化涂料的量，然后將KH560預設計好的量加入水性UV固化涂料中，用玻璃棒混合攪拌均勻，最后將改性好的水性UV涂料倒在平整的表面涂有底漆的木質基板上，用玻璃棒將涂料在木質基板上涂均勻。然后將涂飾過的板子先在烘箱中干燥30min，烘箱溫度設定為40°C-50°C，之后需要進行輻射固化，這一操作需在UV固化機中進行。用燈距為30cm的兩盞中壓汞UV燈干燥固化（1min-3min）可以很好的進行光固化。

1.3 測驗與表征

涂層附著力按GB9286-1998劃格法附著力測定。采用GB6739-86涂層硬度鉛筆測定法測定涂層硬度。

2 結果與討論

2.1 正交實驗分析

在本實驗中，影響水性UV固化涂料改性的主要因素：KH560的含量、烘箱溫度和UV輻射時間。當這三個因素通過正交實驗優化后可以使協同改性后的涂層力學性能最佳。在這個正交實驗中，三個組分的量在以下范圍內進行實驗：KH560的含量（A）：1.0%-5.0%，烘箱溫度（B）：40°C-50°C，UV輻射時間（C）：1min-3min。在每個因素中選兩個水平。因素A的第一個水平是KH560含量1.0%，因素A的第二個水平是KH560含量5.0%。因素B的第一個水平是烘箱溫度40°C，因素B的第二個水平是烘箱溫度50°C。因素C的第一個水平是UV輻射時間1min，因素C的第二個水平是UV輻射時間3 min。

根據實驗對比，重點考慮力學性能中對附著力的影響。表1顯示了上述三個因素對水性UV固化木器涂料附著力的影響。在同一列中，計算了與同一個因素相對應的最大平均附著力和最小平均附著力的極差（R）和方差，列于表1的最后二排。R和方差越大，因素的影響效果越顯著。通過比較它們的極差R和方差的值，可以發現KH560的含量對改性水性UV固化木器涂層的附著力影響最明顯。在獨立試驗中為了節能，我們將烘箱溫度固定為40°C，將UV輻射時間固定為3min。

表1 正交實驗結果

2.2 KH560對水性UV固化涂層力學性能的影響

想要知道KH560在力學性能上對水性UV固化涂層的影響，結合正交實驗的結果，下面進行了一系列子實驗：固定烘箱溫度：40°C，UV輻射時間：3min，改變KH560含量分別為0%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%和5.0%，觀察變量。圖1顯示了KH560含量與水性UV固化木器涂層硬度之間的關系。隨著KH560含量從0上升為1.0%的時，其硬度會降低至H。這是由于KH560的粘度及表面張力低，潤濕能力較高，KH560接觸空氣中的水分會發生水解反應，使得硬度降低。繼續增加KH560含量至3.0%，涂層硬度仍保持在H。但當KH560含量超過3.0%后，其硬度又有所下降。

圖2表明了KH560含量對水性UV固化涂料附著力的影響，隨KH560含量增加水性UV固化木器涂層硬度呈現“U”形曲線。隨著KH560含量從0增加至1.0%，附著力變化很大，從3級提高至1級。當進一步增加KH560含量至3.0%，涂層附著力較佳，均是1級。這種現象是由于KH560與水性UV固化涂料的化學鍵的結合和剩余KH560有機分子在涂層中所占比例影響的。在KH560量較少時，所有的KH560有機分子均與水性UV固化涂料結合，產生的化學鍵結合強度高，各個結合體之間都緊密連結，且水性UV固化涂料相對有較多的剩余，因此涂層附著力較好。然而，圖2表明了，如果進一步將KH560含量從3.0%增加至5.0%，水性UV固化木器涂層硬度開始下降，說明附著力有所下降。達到3級，是由于KH560添加量過多時，KH560與水性UV固化涂料結合充分，該化學鍵與底涂料之間可能結合一般，因此附著力下降。

3 結論

正交實驗表明，KH560的含量在很大程度上決定了水性UV固化木器涂層的力學性能。KH560對水性UV固化木器涂層力學性能的影響結果表明，當把烘箱溫度固定為40°C，UV輻射時間固定為3min，KH560含量從0增加到3.0%時，水性UV固化木器涂層的硬度下降至H，附著力從3級提高至1級，附著力最佳。但當KH560含量超過3.0%后，其各方面性能又有所下降。

參考文獻：

[1]沈雪鋒，茍小青，王堅.水性UV涂料在木材上的應用[J].上海涂料，2008，46（12）：1-3.

[2]沈璽，高雅男，徐政.硅烷偶聯劑的研究與應用[J].上海生物醫學工程，2006（01）：14-17.

[3]陳世容，瞿晚星，徐卡秋.硅烷偶聯劑的應用進展[J].有機硅材料，2003（05）：28-31+46.

[4]杜仕國.硅烷偶聯劑的性能與應用[J].河北化工，1994（04）：35-39.endprint