碳酸鈣改性對(duì)水性UV固化涂料力學(xué)及光學(xué)性能影響

藺秀媛+錢(qián)星雨+李雯+閆小星+毛紫燕+孫楚楚+齊惠子

摘 要：文章利用CaCO3作為改性劑，通過(guò)對(duì)CaCO3含量、烘箱溫度和UV固化時(shí)間三個(gè)因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，找到能改善水性UV固化涂料力學(xué)和光學(xué)性能的方法。實(shí)驗(yàn)表明，CaCO3的含量的影響程度是最大的。把烘箱溫度設(shè)定為40°C，干燥時(shí)間為1min，CaCO3含量從0增加到4.0%的時(shí)候，硬度提高至3H。繼續(xù)增加含量超過(guò)4.0%，硬度下降。隨著涂層CaCO3含量增多，光澤度呈下降趨勢(shì)，在含量大于3.0%時(shí)，水性紫外光固化木器涂料光澤度較低。

關(guān)鍵詞：水性涂料；優(yōu)化；性能

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ637 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）01-0038-02

Abstract： Using CaCO3 as modifier， orthogonal experiments were carried out on three factors： CaCO3 content， oven temperature and UV curing time， to find a way to improve the mechanical and optical properties of waterborne UV curable coatings. The results show that the content of CaCO3 is the most important. When the oven temperature was set to 40℃ and the drying time was 1 min， the hardness increased to 3H when the content of CaCO3 increased from 0 to 4.0%. When continuing to increase the content of more than 4.0， the hardness decreased. With the increase of CaCO3 content of the coating， the gloss of the coating decreased. When the content of the coating was more than 3.0， the gloss of the waterborne UV cured wood coating was lower.

Keywords： waterborne coatings； optimization； properties

水性UV固化涂料能為木制品和木家具表面起到保護(hù)性和裝飾性的作用。光澤度涂料性能中的一個(gè)重要方面[1]。該涂料有力學(xué)性能差、光澤度高的缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了其在木材表面的應(yīng)用。因此，需要通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)改善涂料性能。CaCO3作為一種改性劑，廣泛用途于填料之中。在水性木器涂料中加入碳酸鈣，能夠使木器涂料的漆膜強(qiáng)度得到一定幅度的提高，使涂層變得不易損耗、更加耐磨[2]。本文通過(guò)CaCO3作為助劑加入涂料在，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)改善涂層的力學(xué)性能與光澤度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)中所有試劑都是沒(méi)有加工過(guò)的分析純。改性劑CaCO3由上?；瘜W(xué)試劑股有限公司提供。基材選用表面涂有底漆的木質(zhì)基板，規(guī)格：100mm×100mm×5mm。

1.2 涂層制備

首先將提前準(zhǔn)備好的水性固化涂料倒出一定量放置一旁，以方便后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。其次用精密天平按照設(shè)計(jì)好的條件量取碳酸鈣和固化涂料，再將CaCO3按量加入涂料中，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(zhì)基板上，用另外的一根玻璃棒涂抹均勻。隨后將涂好的板子在烘箱中進(jìn)行干燥，時(shí)間為30min，烘箱溫度40°C-50°C，最后進(jìn)行輻射固化，光固化使用UV燈，燈距為30cm，燈盞數(shù)為2盞，干燥固化時(shí)間為1-3min。

1.3 測(cè)試與表征

測(cè)定涂層硬度按照GB6739-86涂層硬度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，也就是用鉛筆測(cè)定法。涂層光澤度采用光澤度儀進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)分析

在本實(shí)驗(yàn)中，影響水性UV固化涂料改性的主要因素是CaCO3的含量、烘箱溫度和UV輻射時(shí)間。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，分別設(shè)置三個(gè)因素的量：碳酸鈣含量（A）：1.0%-5.0%，烘箱溫度（B）：40°C-50°C，UV輻射時(shí)間（C）：1min-3min。在每個(gè)因素中選兩個(gè)水平。因素A的第一個(gè)水平是CaCO3含量1.0%，第二個(gè)水平是5.0%。因素B的第一個(gè)水平是烘箱溫度40°C，第二個(gè)水平是50°C。因素C的第一個(gè)水平是輻射時(shí)間1min，第二個(gè)水平是3min。

上述的三個(gè)因素對(duì)UV固化木器漆的各項(xiàng)性能都有影響，其中對(duì)光澤度的影響相比其它性能更為顯著。人們的視力會(huì)被涂層表面的高光澤度造成一定的傷害[3]。表1是對(duì)光澤度的影響。計(jì)算同一列中相應(yīng)數(shù)據(jù)的最大和最小平均光澤度的極差（R）和方差，結(jié)果位于最后兩行。數(shù)值越大影響效果越顯著。

通過(guò)比較，可以發(fā)現(xiàn)CaCO3的含量對(duì)光澤度影響最明顯，烘箱溫度次之，UV輻射時(shí)間影響最小。從表1還能發(fā)現(xiàn)樣品3#-4#的水性UV固化木器涂層光澤度值最低，它們比樣品1#-2#具有較低的光澤度，在試驗(yàn)中為了節(jié)能，我們將烘箱溫度固定為40°C，將UV輻射時(shí)間固定為1min。

2.2 CaCO3對(duì)水性涂層力學(xué)性能的探究

為了進(jìn)一步研究CaCO3在實(shí)驗(yàn)中的作用，進(jìn)行了一系列子實(shí)驗(yàn)：把烘箱溫度固定為40°C，UV輻射時(shí)間固定為1 min，改變CaCO3含量分別為0%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%和5.0%。圖1顯示了碳酸鈣含量對(duì)涂層硬度影響的變化情況。結(jié)果表明，當(dāng)CaCO3含量從0增加到3.0%時(shí)，涂層硬度從H提高至3H。繼續(xù)增加CaCO3含量至4.0%，涂層硬度仍保持在3h。然而當(dāng)CaCO3含量大于4.0%后，硬度下降。這是由于CaCO3干燥不含結(jié)晶水，幾乎不溶于水，分布不均使其成為應(yīng)力集中點(diǎn)導(dǎo)致硬度有所降低。因此CaCO3的用量很重要，適當(dāng)添加才能有提高水性UV固化涂層硬度的效果。endprint

2.3 CaCO3對(duì)UV固化木器涂層光澤度的影響

圖2表示CaCO3含量與涂層光澤度之間的關(guān)系，圖示表明光澤度隨著CaCO3含量的上升而降低。當(dāng)CaCO3含量從0提高到3.0%時(shí)，水性UV固化木器涂層的光澤度從79.0%顯著下降到45.0%。此外，當(dāng)含量繼續(xù)從3.0%增加至5.0%，水性UV固化木器漆的光澤度又從45.0%繼續(xù)緩慢下降至36.0%。由于CaCO3在水性UV固化木器涂料中為不溶物，所以，在水性UV固化涂料中隨著CaCO3含量的不斷增加，CaCO3會(huì)在高含量下聚集，涂層表面粗糙度增加，從而光澤度降低[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水性UV固化木器漆的性能在很大程度上取決于CaCO3的含量。當(dāng)把烘箱溫度固定為40°C，UV輻射時(shí)間固定為1min時(shí)，CaCO3含量從0增加到3.0%，水性UV固化木器涂層的硬度提高至3H。繼續(xù)增加CaCO3含量至4.0%，涂層硬度仍保持3H。但當(dāng)含量大于4.0%后，硬度下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著碳酸鈣含量的增加，涂膜的光澤度降低。當(dāng)CaCO3含量從0提高到3.0%時(shí)，水性UV固化木器涂層的光澤度從79.0%顯著下降到45.0%。此外，隨著碳酸鈣含量從3%增加到5%，水性UV固化木器漆的光澤度繼續(xù)從45%下降到36%。當(dāng)CaCO3含量大于3.0%時(shí)，涂層呈現(xiàn)出較低的的光澤度。

參考文獻(xiàn)：

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