SiO₂界面改性對(duì)水性木器UV涂料耐液性能的影響

李雯?閆小星?王宇飛

摘 要：本文研究SiO2界面改性對(duì)水性木器UV涂料耐液性能的影響，采用正交試驗(yàn)方法，先調(diào)配出改性涂劑，用3g的UV涂料配以每組正交實(shí)驗(yàn)所需的改性劑量，充分?jǐn)嚢韬笸坑趯?shí)驗(yàn)用木層基板上，并放入紫外燈固化機(jī)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案設(shè)定好干燥時(shí)間與紫外燈臺(tái)數(shù)。待干燥完畢后，用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制好的耐環(huán)境測(cè)試液涂于測(cè)試板表面，并用保鮮膜密封。待72h的耐液測(cè)試后，打開(kāi)保鮮膜，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)讀出其耐環(huán)境的級(jí)數(shù)，統(tǒng)計(jì)完實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)極差分析法找出最優(yōu)組，并根據(jù)最優(yōu)組作出獨(dú)立實(shí)驗(yàn)方案，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，找出耐液的臨界點(diǎn)，并分別做幾組獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，看其影響耐液性能的程度，并綜合得出改性結(jié)果。

關(guān)鍵詞：SiO2界面改性;水性木器UV涂料;耐液性能

水性聚氨酯涂料是分散介質(zhì)為水且基料是水性聚氨酯樹(shù)脂的涂料。由于聚氨酯涂料是裝飾性和保護(hù)性等綜合性能很好的涂料，因而得到快速發(fā)展。但近些年，由于木材改性性能的增加[1，2，3]以及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，涂料中VOC的含量也逐漸降低，這使水性聚氨酯涂料有了更大的發(fā)展空間，因?yàn)樗跃郯滨ヒ运鳛榉稚⒔橘|(zhì)，具有安全性和無(wú)污染性等優(yōu)點(diǎn)。[4，5，6，7]水性聚氨酯還具有流平性好，成膜性能好，遮蓋力強(qiáng)，附著力顯著，耐熱、耐磨等特性。經(jīng)文獻(xiàn)查閱發(fā)現(xiàn)SiO2的添加對(duì)于水性涂層性能是有一定影響的，[8]所以本文以SiO2界面改性對(duì)水性木器UV涂料耐液性能的影響進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

水性UV地板漆、木質(zhì)基板、二氧化硅、耐液性測(cè)試劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器

光固化機(jī)、一次性紙杯、玻璃棒、電子秤、保鮮膜。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

首先要調(diào)配出改性涂劑，用3g的水性UV涂料配以每組正交實(shí)驗(yàn)所需的改性劑量，充分?jǐn)嚢韬笸坑趯?shí)驗(yàn)用木層基板上，并放入紫外燈固化機(jī)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案設(shè)定好干燥時(shí)間與紫外燈盞數(shù)。待干燥完畢后，用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制好的耐環(huán)境測(cè)試液涂于測(cè)試板表面，并用保鮮膜密封。待72h的耐液測(cè)試后，打開(kāi)保鮮膜，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)讀出其耐環(huán)境的級(jí)數(shù)，統(tǒng)計(jì)完實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)極差分析法找出最優(yōu)組，并根據(jù)最優(yōu)組作出獨(dú)立實(shí)驗(yàn)方案，來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交實(shí)驗(yàn)分析

2.1.1 NaCl

設(shè)置4組正交實(shí)驗(yàn)，3個(gè)組分的量如表1所示：A代表SiO2的質(zhì)量：0.1～0.5g，B代表固化時(shí)間：20～40min，C代表UV燈個(gè)數(shù)：1～3個(gè)。每個(gè)變量各選兩個(gè)數(shù)值。A變量的值分別為0.1g和0.5g。B變量的值分別是20min和40min的固化時(shí)間。[9]C變量的值分別是3臺(tái)和1臺(tái)UV燈。通過(guò)計(jì)算同一個(gè)變量的第一個(gè)平均值I和第二個(gè)平均值II，以及同一列中與同一個(gè)變量相對(duì)應(yīng)的最小平均值與最大平均值的極差R，發(fā)現(xiàn)R越大，變量的影響效果就越顯著。[10]從實(shí)驗(yàn)可以看出，通過(guò)比較它們的極差R的值，可以發(fā)現(xiàn)這3個(gè)因素對(duì)耐NaCl實(shí)驗(yàn)的作用相同。

2.1.2 NaOH

在耐NaOH性能的正交實(shí)驗(yàn)中，我們采用了第一次實(shí)驗(yàn)的3個(gè)組分的實(shí)驗(yàn)變量和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明了上述3個(gè)變量對(duì)耐NaOH的影響程度，通過(guò)計(jì)算及比較數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，這3個(gè)因素對(duì)耐NaOH性能影響相同。

2.1.3 墨水

耐墨水性能的正交實(shí)驗(yàn)是依照第一次實(shí)驗(yàn)設(shè)置了3個(gè)組分的量，并用第一次實(shí)驗(yàn)相同的方法展開(kāi)了耐墨水性能正交實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，這3個(gè)因素對(duì)耐墨水性能的影響為SiO2的質(zhì)量>固化時(shí)間=UV燈臺(tái)數(shù)。

2.1.4 醬油

我們?cè)谀歪u油性能的正交實(shí)驗(yàn)時(shí)，在SiO2的質(zhì)量、固化時(shí)間、UV燈個(gè)數(shù)3個(gè)組分的量與第一次實(shí)驗(yàn)一致的情況下，通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)及對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)了這3個(gè)因素對(duì)耐墨水性能的影響為SiO2的質(zhì)量>干燥時(shí)間=UV燈臺(tái)數(shù)，且固化時(shí)間與UV燈臺(tái)數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響較小。

2.1.5 咖啡

在耐咖啡性能的正交實(shí)驗(yàn)中，在觀察實(shí)驗(yàn)及計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后比對(duì)發(fā)現(xiàn)，SiO2的質(zhì)量、固化時(shí)間、UV燈臺(tái)數(shù)這3個(gè)因素對(duì)該實(shí)驗(yàn)的影響均較小。

2.1.6 乙醇

在耐乙醇性能的正交實(shí)驗(yàn)中，我們采用了與第一次實(shí)驗(yàn)相同的實(shí)驗(yàn)變量與實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明SiO2的質(zhì)量、固化時(shí)間、UV燈臺(tái)數(shù)這3個(gè)因素對(duì)該實(shí)驗(yàn)的影響為SiO2的質(zhì)量>固化時(shí)間=UV燈臺(tái)數(shù)。

2.1.7 洗潔精

我們參照第一次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行耐洗潔精性能的正交實(shí)驗(yàn)的變量及實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)置，在計(jì)算并比對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后發(fā)現(xiàn)，這3個(gè)因素SiO2的質(zhì)量、固化時(shí)間、UV燈臺(tái)數(shù)對(duì)該實(shí)驗(yàn)的影響均較小。

從以上7個(gè)實(shí)驗(yàn)可以得出，影響耐液性能的一個(gè)主要變量是SiO2的質(zhì)量。所以我們基于正交實(shí)驗(yàn)又進(jìn)一步進(jìn)行了獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，來(lái)分析SiO2的質(zhì)量對(duì)耐液性能的影響程度。由于從上述實(shí)驗(yàn)中可以看出SiO2的質(zhì)量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響最為顯著，以及在固化時(shí)間為40min、UV燈為1臺(tái)時(shí)影響最明顯，因此將SiO2的質(zhì)量定為0.05g、0.10g、0.15g以及0.30g來(lái)開(kāi)展獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。

2.2 獨(dú)立實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)計(jì)算以及數(shù)據(jù)分析之后，進(jìn)行獨(dú)立實(shí)驗(yàn)如表2所示，分析得出，SiO2取0.3g、1臺(tái)UV固化燈且固化時(shí)間為40min時(shí)，性能為一級(jí)的有耐咖啡性能、耐醬油性能、耐堿液性能、耐鹽水性能、耐洗潔精性能，性能為二級(jí)的是耐墨水性能，性能為三級(jí)的是耐乙醇性能，即在這種條件下水性木器UV涂料綜合耐液性能最好。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上正交實(shí)驗(yàn)以及獨(dú)立實(shí)驗(yàn)分析，在3個(gè)因素一定的情況下，即SiO2的質(zhì)量為0.3g、UV固化燈1臺(tái)且固化時(shí)間為40min時(shí)，耐咖啡性能為一級(jí)，耐醬油性能為一級(jí)，耐堿液性能為一級(jí)，耐鹽水性能為一級(jí)，耐洗潔精性能為一級(jí)，性能為二級(jí)的是耐墨水性能，性能為三級(jí)的是耐乙醇性能，即在這種條件下水性木器UV涂料綜合耐液性能最好。

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作者簡(jiǎn)介：李雯（1997—），女，本科在讀。

通訊作者：閆小星（1981—），女，副教授，主要從事染色與涂料性能研究。