碳酸鈣和硅烷偶聯(lián)劑協(xié)同改性對(duì)水性涂料性能的影響

王杰+閆小星+王粲+陳依婷

摘 要：采用碳酸鈣和硅烷偶聯(lián)劑對(duì)水性涂料水性木器涂層的協(xié)同改性，使用90℃的烘箱，干燥15min，固定含量2%的CaCO3，3%的KH560，水性木器涂層硬度為2H，等級(jí)為1級(jí)的附著力，35kg·cm的抗沖擊強(qiáng)度，水性木器涂層所表現(xiàn)出的力學(xué)性能最佳。當(dāng)KH560含量改變至5%時(shí)，涂層硬度、附著力、抗沖擊強(qiáng)度均隨著變量而下降。

關(guān)鍵詞：碳酸鈣；硅烷偶聯(lián)劑；水性涂料

中圖分類號(hào)：TQ637 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）24-0027-02

碳酸鈣會(huì)影響流變性、補(bǔ)強(qiáng)性、透明性、觸變性等方面[1]。硅烷偶聯(lián)劑是一種有機(jī)硅化合物，會(huì)產(chǎn)生一種“分子橋梁”，提高涂料與涂料的粘接強(qiáng)度、涂料特性如耐水、耐氣候等性能。在乳液中添加1%的硅烷偶聯(lián)劑時(shí)，涂膜的附著力能夠得到明顯的提高[2]。本文通過正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化助劑CaCO3和KH560配方組成、固化條件等工藝參數(shù)，協(xié)同改性水性涂料[3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

涂料：水性涂料，改性劑：CaCO3和KH560，基材：已涂飾底漆的木質(zhì)集成材，100mm×100mm×5mm。

1.2 涂層制備

對(duì)基板進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)設(shè)計(jì)好CaCO3和KH560的量后，將其加入到涂料中，用攪拌好的涂料均勻涂抹在基板上，涂層厚度大約60μm。放入90℃的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，控制干燥固化時(shí)間（15-30min）。

1.3 測(cè)試與表征

根據(jù)GB/T1732-93、GB/T1720-89、GB6739-86使用涂膜沖擊力實(shí)驗(yàn)儀和涂膜附著力實(shí)驗(yàn)儀，測(cè)定涂膜抗沖擊強(qiáng)度、附著力和硬度。使用廣州標(biāo)格達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器用品有限公司的BGD512-60°型光澤度儀檢測(cè)涂層光澤度[4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)分析

本實(shí)驗(yàn)主要探究CaCO3的含量、KH560的含量和干燥時(shí)間對(duì)水性木器涂料改性的影響。通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化變量，協(xié)同改性后的涂層力學(xué)性能達(dá)到最佳。三個(gè)組分的量規(guī)定為：CaCO3的含量（A）：2.0%-5.0%，KH560的含量（B）：2.0%-5.0%，干燥時(shí)間（C）：15-30min。根據(jù)表1顯示，同一列代表同一個(gè)因素相對(duì)應(yīng)的最大平均附著力和最小平均附著力的極差（R）和方差。可以發(fā)現(xiàn)，KH560的含量最大程度上影響附著力，其次是CaCO3的含量，涂層的附著力不受干燥時(shí)間的影響。此外，從表1明顯看出樣品1#的水性木器涂層的附著力強(qiáng)于樣品2#-4#，因此，將CaCO3的含量固定為2.0%、干燥時(shí)間15min。

2.2 KH560含量與水性木器涂層力學(xué)性能的變量關(guān)系

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論，研究KH560關(guān)鍵的作用[5]：改變KH560的含量分別為0、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%。圖1顯示了在涂層硬度方面，KH560含量的作用較小，含量為0%-3%時(shí)保持在2H這個(gè)較高值。當(dāng)KH560含量高出這個(gè)范圍時(shí)，涂層硬度開始下降。這是過量的KH560無法與水性涂料充分結(jié)合，導(dǎo)致涂層變軟，硬度下降[6]。

從圖2中可以看出，涂層附著力等級(jí)隨KH560增加呈現(xiàn)上升曲線。當(dāng)KH560含量在0-3%時(shí)，附著力均是1級(jí)附著力。這是由于水性涂料本身的附著力的性能較好，同時(shí)隨KH560的增加，水性UV固化涂料與KH560有機(jī)分子結(jié)合產(chǎn)生的化學(xué)鍵結(jié)合強(qiáng)度高，從而導(dǎo)致使得了漆膜附著力性能良好[7，8]。然而，KH560在高含量下無法與水性涂料充分結(jié)合，隨KH560增加至3%-5%，附著力不斷下降。

當(dāng)KH560含量從0%增至3%，沖擊強(qiáng)度臨界值是40kg·cm，涂層不僅沒有斷裂，且具有較高的抗沖擊性能。但當(dāng)KH560含量繼續(xù)增加時(shí)，水性涂層的抗沖擊性能下降。

2.3 水性木器涂層光澤度與KH560的變量關(guān)系

當(dāng)KH560含量增加到5%，水性木器涂層的光澤度在35%-40%比較小的范圍內(nèi)波動(dòng)。KH560是有機(jī)透明液體，它與水性木器涂料反應(yīng)不產(chǎn)生無機(jī)不透明物質(zhì)，說明水性木器涂層光澤度不太會(huì)受KH560含量變化的影響。

3 結(jié)束語

通過分析正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，KH560的含量最影響水性木器涂層的力學(xué)性能。在90℃烘箱中干燥15min之后，樣品將CaCO3含量設(shè)定為2%的，KH560在0-3%的時(shí)候，涂層的硬度保持較高值2H，其附著力穩(wěn)定在1級(jí)，抗沖擊強(qiáng)度表現(xiàn)為35kg·cm。當(dāng)KH560含量增至5%時(shí)，附著力下降到3級(jí)，涂層硬度下降至H，抗沖擊強(qiáng)度下降到15kg·cm。KH560對(duì)水性木器涂層光澤度的改變沒有較大作用，光澤度整體數(shù)值波動(dòng)范圍較小。綜上，當(dāng)KH560含量在3%左右時(shí)，可以制備性能較好的水性涂料。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐曉多，劉銳.納米碳酸鈣及其在涂料改性中的應(yīng)用[J].教育與技術(shù)，2009，23（2）：36-38.

[2]郭云亮，張涑戎，李立平.偶聯(lián)劑的種類和特點(diǎn)及應(yīng)用[J].橡膠工業(yè)，2003，50（11）：692-695

[3]殷代武，譚卉文.滑石粉的應(yīng)用特性及表面改性[J].廣東化工，2013，18（40）：75-77.

[4]黃秉升.涂膜硬度及其測(cè)定方法[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2011，14（1）：35-40.

[5]熊先青，申黎明.稻草刨花板表面特種涂飾工藝及漆膜性能評(píng)價(jià)[J].木材工業(yè)，2011，25（5）：9-12.

[6]賴小娟，沈一丁，王磊.有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑對(duì)水性聚氨酯材料性能的影響[J].動(dòng)能材料，2011，3（42）：490-493.

[7]張洪彬，王鋒，胡劍青，等.水性涂料改性研究進(jìn)展[J].熱固性樹脂，2010，25（6）：53-57.

[8]謝國先，邱大健，李朝陽，等.氨基硅烷偶聯(lián)劑對(duì)環(huán)氧涂層附著力的影響[J].材料保護(hù)，2008，41（3）：22-24.endprint