淀粉塑料與底漆和層漆的配伍研究

李國祥，范春華，尹衍升，張擁軍

（1.上海海事大學(xué)，上海 201306；2.上海華潤大東船務(wù)工程有限公司，上海 202156）

0 引言

對(duì)全淀粉塑料與船舶外板的底漆和層漆進(jìn)行配伍研究的目的是通過基礎(chǔ)配伍、物理機(jī)械性能和耐水性能等指標(biāo)的綜合測定，來探索不同底漆和層漆在特定環(huán)境下對(duì)淀粉塑料船體涂層的影響，并尋求最佳的配伍組合。本研究通過配伍的基礎(chǔ)試驗(yàn)、物理機(jī)械性能的測試等對(duì)淀粉塑料與底漆和層漆的配伍進(jìn)行了探索，試驗(yàn)均在規(guī)定的條件和儀器下按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行［1］。

1 灰色關(guān)聯(lián)法簡介

華中理工大學(xué)鄧聚龍教授創(chuàng)立的灰色系統(tǒng)理論是一種研究貧信息、少數(shù)據(jù)、不確定性問題的新方法。他提出了對(duì)各因素（或子系統(tǒng)）間分析其灰色關(guān)聯(lián)度的概念［2-3］。利用灰色關(guān)聯(lián)度分析，可對(duì)淀粉塑料與底漆（或?qū)悠幔┡湮榈膭?dòng)態(tài)歷程進(jìn)行量化的度量分析，故非常適用于漆膜配伍的研究?；疑P(guān)聯(lián)分析的具體步驟分以下5步進(jìn)行［4-5］。

1.1 建立參考數(shù)列和比較數(shù)列

設(shè)參考數(shù)列（母序列）為Y={Y（k）|k=1，2，3，…，n}；比較數(shù)列（子序列）為Xi={Xi（k）|k=1，2，3，…，n}，i=1，2，3，…，m。

1.2 無量綱化變量xi（k）

各素?cái)?shù)列中帶有量綱的數(shù)據(jù)不便于比較甚至無法比較，故要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析前，一般都要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理（即數(shù)據(jù)的無單位化）。

1.3 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi（k）

第k數(shù)列的平均值y（k）與第k數(shù)列中第i元素xi（k）的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi（k）的計(jì)算式為：

令Δi（k）=|y（k）-xi（k）|，則（2）式表示成：

分辨系數(shù)ρ的通常取值范圍為（0，1），ρ越小，分辨力越大，ρ≤0.546 3時(shí)，分辨力最佳。通常取ρ≤0.5。

1.4 根據(jù)各關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi（k）計(jì)算各自的關(guān)聯(lián)度ri

衡量關(guān)聯(lián)程度的關(guān)聯(lián)系數(shù)是由多個(gè)數(shù)值組成的，但其數(shù)值較為分散。為正確反映各個(gè)時(shí)刻（即曲線中的各點(diǎn)）比較數(shù)列與參考數(shù)列的關(guān)聯(lián)程度，需要對(duì)各關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行平均，以便進(jìn)行整體性比較。比較數(shù)列與參考數(shù)列間的關(guān)聯(lián)度ri［第i組n個(gè)關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi（k）的平均值］的計(jì)算公式為：

1.5 對(duì)各關(guān)聯(lián)度按大小進(jìn)行排序

在算出序列Xi（k）與序列Y（k）的關(guān)聯(lián)系數(shù)后，各類關(guān)聯(lián)系數(shù)的平均值ri即是序列Xi（k）與序列Y（k）的關(guān)聯(lián)度［6-7］。

按大小排序各關(guān)聯(lián)度后，如果發(fā)現(xiàn)在排序中r2＞r1，則比較數(shù)列x2更相似于參考數(shù)列y。

2 淀粉塑料與底漆的配伍研究

2.1 試驗(yàn)材料

選用入級(jí)勞氏船級(jí)社的舊船鋼板AH32（圖1）作為試驗(yàn)涂層鋼板，鋼材表面經(jīng)噴砂處理至Sa 2.5級(jí)。并選用4種常規(guī)的車間底漆（預(yù)處理底漆）作為試驗(yàn)用底漆：（1）上海開林造漆廠生產(chǎn)的704無機(jī)硅酸鋅底漆（灰色）；（2）海虹老人牌涂料公司生產(chǎn)的1527環(huán)氧車間底漆（紅色5089）；（3）日本中國涂料株式會(huì)社生產(chǎn)的1034 EPLCON ZINC RICH PRIMER B-2環(huán)氧富鋅底漆（綠色）；（4）荷蘭式瑪涂料公司生產(chǎn)的7171 SIGMARINE PROFERRALMC無機(jī)鋅底漆［紅灰色（平光）］。選用東莞市鑫海環(huán)保材料有限公司生產(chǎn)的熱塑性全淀粉塑料作為試驗(yàn)用的淀粉塑料。

圖1 船用鋼AH32Figure 1 Steel plate AH32

2.2 試驗(yàn)儀器

GM210涂層測厚儀，深圳市聚茂源科技有限公司；川崎（KAWASAKI）高壓噴槍。

2.3 底漆的噴涂

分別用上述4種車間底漆噴涂4塊樣板，涂層道數(shù)各為1道，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表1。

2.4 淀粉塑料與車間底漆的配伍

將選定的全淀粉塑料分別噴涂于上述已涂有底漆的4塊樣板上，干燥后放入標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)池內(nèi)（環(huán)境溫度23 ℃、海水鹽度35‰），放置一定時(shí)間后再取出干燥。參照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)分別測定淀粉塑料與4種底漆配伍時(shí)的耐鹽水性（120 h）、附著力、耐沖擊性、干燥時(shí)間、遮蓋力等指標(biāo)，結(jié)果見表2。

表1 車間底漆的主要技術(shù)數(shù)據(jù)Table 1 Main technical datas of shop primer

表2 淀粉塑料與4種底漆配伍時(shí)的主要性能指標(biāo)Table 2 Main performance indexes of starch plastic（ST）in combination with four shop primers

2.5 淀粉塑料與車間底漆的灰色關(guān)聯(lián)分析

利用配伍與關(guān)聯(lián)關(guān)系將表2數(shù)據(jù)整理后，得到淀粉塑料與4種底漆配伍時(shí)的關(guān)聯(lián)參數(shù)，見表3。

為便于比較，將表3的關(guān)聯(lián)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，得到淀粉塑料與4種底漆配伍時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)參數(shù)，見表4。

由表4的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)參數(shù)表可計(jì)算出淀粉塑料與4種底漆配伍時(shí)的對(duì)應(yīng)差數(shù)列，見表5。

表3 淀粉塑料與4種底漆配伍時(shí)的關(guān)聯(lián)參數(shù)Table 3 Correlation data of compatibility for starch plastic（ST）with four shop primers

表4 淀粉塑料與4種底漆的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)參數(shù)Table 4 Standard correlation data of compatibility for starch plastic（ST） with four shop primers

表5 淀粉塑料與4種底漆的對(duì)應(yīng)差數(shù)列表Table 5 Corresponding differences of compatibility for starch plastic（ST） with four shop primers

計(jì)算比較數(shù)列x1對(duì)于參考數(shù)列y（k）的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ1（k），其中得：ξ1（1）=0.67；ξ1（2）=0.4；ξ1（3）=0.4；ξ1（4）=0.67；ξ1（5）=1；ξ1（6）=0.71。

計(jì)算比較數(shù)列x2對(duì)于參考數(shù)列y（k）的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ2（k），其中Δi（k）=0.06，Δi（k）=0.28，得：ξ2（1）=0.87 ；ξ2（2）=0.27 ；ξ2（3）=0.59 ；ξ2（4）=0.48 ；ξ2（5）=1；ξ2（6）=0.59。

計(jì)算比較數(shù)列x3對(duì)于參考數(shù)列y（k）的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ3（k），其中Δi（k）=0.06，Δi（k）=0.42，得：ξ3（1）=0.79；ξ3（2）=0.66；ξ3（3）=0.66；ξ3（4）=0.43；ξ3（5）=1；ξ3（6）=0.96。

計(jì)算比較數(shù)列x4對(duì)于參考數(shù)列y（k）的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ4（k），其中Δi（k）=0.02，Δi（k）=0.6，得：ξ4（1）=0.94；ξ4（2）=0.64；ξ4（3）=0.36；ξ4（4）=0.84；ξ4（5）=1；ξ4（6）=0.64。

計(jì)算各關(guān)聯(lián)度ri。比較數(shù)列x1，x2，x3，x4對(duì)參考數(shù)列y（k）之間的關(guān)聯(lián)度r1，r2，r3，r4分別為 ：ri的排序結(jié)果為：

上述計(jì)算結(jié)果表明，該全淀粉塑料與1034環(huán)氧富鋅底漆的關(guān)聯(lián)度最高（r3=0.75），而與1527環(huán)氧車間底漆的關(guān)聯(lián)度最低（r2=0.63）。即就上述4種底漆而言，選用1034環(huán)氧富鋅底漆與該淀粉塑料配伍比較合理。

3 淀粉塑料與層漆的配伍研究

3.1 試驗(yàn)材料

選用入級(jí)勞氏船級(jí)社的舊船鋼板AH32作為試驗(yàn)涂層鋼板，鋼材表面經(jīng)噴砂處理至Sa 2.5級(jí)。根據(jù)上述結(jié)論，選用1034環(huán)氧富鋅底漆作為底漆。為保持試驗(yàn)的連續(xù)性，仍選用東莞市鑫海環(huán)保材料有限公司生產(chǎn)的熱塑性全淀粉塑料作為試驗(yàn)用的淀粉塑料。選用4種常規(guī)層漆作為試驗(yàn)用層漆：（1）上海開林造漆廠生產(chǎn)的830-1鋁粉瀝青漆（灰色）；（2）海虹老人牌涂料公司生產(chǎn)的45751環(huán)氧漆［灰色（12340）］；（3）日本中國涂料株式會(huì)社生產(chǎn)的4038G ACRI 700 FINISHG丙烯酸面漆［灰色（CS 511）］；（4）荷蘭式瑪涂料公司生產(chǎn)的TM 350 SIGMACOVER環(huán)氧漆［紅灰色（平光）］。

3.2 試驗(yàn)儀器

GM210涂層測厚儀，深圳市聚茂源科技有限公司；川崎（KAWASAKI）高壓噴槍。

3.3 層漆的噴涂

在噴涂有1034環(huán)氧富鋅底漆的船用鋼板上分別噴涂4種常規(guī)層漆，噴涂道數(shù)為2道。經(jīng)干燥后測定各樣板層漆的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，結(jié)果見表6。

表6 層漆的主要技術(shù)數(shù)據(jù)Table 6 Main technical datas of layer paint

3.4 淀粉塑料與層漆的配伍

將試驗(yàn)樣板放入標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)池內(nèi)（環(huán)境溫度23 ℃、海水鹽度35‰），一定時(shí)間后取出干燥。參照相關(guān)國標(biāo)分別測定淀粉塑料與4種層漆配伍時(shí)的耐鹽水性（120 h）、附著力、耐沖擊性、干燥時(shí)間、遮蓋力等數(shù)據(jù)，結(jié)果見表7。

表7 淀粉塑料與4種層漆配伍時(shí)的主要參數(shù)Table 7 Main data of compatibility for starch plastic（ST）with four layer paint

3.5 淀粉塑料與層漆的灰色關(guān)聯(lián)分析

利用配伍與關(guān)聯(lián)關(guān)系將表7數(shù)據(jù)整理后，得到淀粉塑料與4種層漆配伍時(shí)的關(guān)聯(lián)參數(shù)，結(jié)果見表8。

表8 淀粉塑料與層漆配伍時(shí)的關(guān)聯(lián)參數(shù)Table 8 Correlation data of compatibility for starch plastic（ST）with four layer paint

為便于比較，將表8的關(guān)聯(lián)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，得到淀粉塑料與4種層漆配伍時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)參數(shù)，見表9。

由表9的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)參數(shù)表計(jì)算出淀粉塑料與4種層漆配伍時(shí)的對(duì)應(yīng)差數(shù)列，見表10。

表9 淀粉塑料與4種層漆的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)參數(shù)Table 9 Standard correlation data of compatibility for starch plastic（ST） with four layer paint

表10 淀粉塑料與4種層漆的對(duì)應(yīng)差數(shù)列表Table 10 Corresponding differences of compatibility for starch plastic（ST） with four layer paint

按公式（3）ξi（k）=分別計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi（k），這里分辨系數(shù)取ρ=0.5。

計(jì)算比較數(shù)列x1對(duì)于參考數(shù)列y（k）的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ1（k），其中Δi（k）=0，Δi（k）=0.06，得：ξ1（1）=1；ξ1（2）=1；ξ1（3）=1；ξ1（4）=0.38；ξ1（5）=0.6；ξ1（6）=0.33。

計(jì)算比較數(shù)列x2對(duì)于參考數(shù)列y（k）的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ2（k），其中Δi（k）=0，Δi（k）=0.41，得：ξ2（1）=0.87 ；ξ2（2）=1 ；ξ2（3）=0.59 ；ξ2（4）=0.59 ；ξ2（5）=0.91；ξ2（6）=0.33。

計(jì)算比較數(shù)列x3對(duì)于參考數(shù)列y（k）的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ3（k），其中Δi（k）=0，Δi（k）=0.29，得：ξ3（1）=0.53 ；ξ3（2）=1 ；ξ3（3）=0.33 ；ξ3（4）=0.38 ；ξ3（5）=0.55；ξ3（6）=0.33。

計(jì)算比較數(shù)列x4對(duì)于參考數(shù)列y（k）的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ4（k），其中Δi（k）=0，Δi（k）=0.14，得：ξ4（1）=0.44 ；ξ4（2）=1 ；ξ4（3）=0.33 ；ξ4（4）=0.33 ；ξ4（5）=0.37；ξ4（6）=0.54。

計(jì)算各關(guān)聯(lián)度ri。比較數(shù)列x1，x2，x3，x4對(duì)參考數(shù)列y（k）之間的關(guān)聯(lián)度r1，r2，r3，r4分別為 ：r1=的排序結(jié)果為：

上述計(jì)算結(jié)果表明，該淀粉塑料與830-1鋁粉瀝青漆或45751環(huán)氧漆的關(guān)聯(lián)度最高（r1=r2=0.72），而與SIGMACOVER環(huán)氧漆TM 350的關(guān)聯(lián)度最低（r4=0.50）。即就上述4種層漆而言，應(yīng)選用830-1鋁粉瀝青漆或45751環(huán)氧漆作為層漆與該淀粉塑料配伍比較合理。

4 結(jié)語

通過對(duì)淀粉塑料與車間底漆以及層漆進(jìn)行配伍試驗(yàn)研究，并利用灰色理論對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果表明：

（1） 1034環(huán)氧富鋅底漆與本研究所用淀粉塑料的關(guān)聯(lián)度最高（r3=0.75），即就試驗(yàn)所選的4種底漆而言，選用1034環(huán)氧富鋅底漆與該淀粉塑料進(jìn)行配伍比較合理。

（2） 試驗(yàn)所選的4種層漆中，830-1鋁粉瀝青漆及45751環(huán)氧漆與本研究所用淀粉塑料的關(guān)聯(lián)度最高（r1=r2=0.72），將其作為與該淀粉塑料進(jìn)行配伍的層漆比較合理。

綜上所述，利用灰色理論進(jìn)行涂料的配伍研究是一種較為理想的分析工具，本研究及其進(jìn)行的數(shù)據(jù)分析也可以作為一種范例為日后相關(guān)的塑料配伍研究提供參考。