碳酸钙和硅烷偶联剂协同改性对水性涂料性能的影响

王杰+闫小星+王粲+陈依婷

摘 要：采用碳酸钙和硅烷偶联剂对水性涂料水性木器涂层的协同改性，使用90℃的烘箱，干燥15min，固定含量2%的CaCO3，3%的KH560，水性木器涂层硬度为2H，等级为1级的附着力，35kg·cm的抗冲击强度，水性木器涂层所表现出的力学性能最佳。当KH560含量改变至5%时，涂层硬度、附着力、抗冲击强度均随着变量而下降。

关键词：碳酸钙；硅烷偶联剂；水性涂料

中图分类号：TQ637 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0027-02

碳酸钙会影响流变性、补强性、透明性、触變性等方面[1]。硅烷偶联剂是一种有机硅化合物，会产生一种“分子桥梁”，提高涂料与涂料的粘接强度、涂料特性如耐水、耐气候等性能。在乳液中添加1%的硅烷偶联剂时，涂膜的附着力能够得到明显的提高[2]。本文通过正交实验，优化助剂CaCO3和KH560配方组成、固化条件等工艺参数，协同改性水性涂料[3]。

1 实验部分

1.1 材料与实验设计

涂料：水性涂料，改性剂：CaCO3和KH560，基材：已涂饰底漆的木质集成材，100mm×100mm×5mm。

1.2 涂层制备

对基板进行预处理。预设计好CaCO3和KH560的量后，将其加入到涂料中，用搅拌好的涂料均匀涂抹在基板上，涂层厚度大约60μm。放入90℃的电热恒温鼓风干燥箱内，控制干燥固化时间（15-30min）。

1.3 测试与表征

根据GB/T1732-93、GB/T1720-89、GB6739-86使用涂膜冲击力实验仪和涂膜附着力实验仪，测定涂膜抗冲击强度、附着力和硬度。使用广州标格达实验仪器用品有限公司的BGD512-60°型光泽度仪检测涂层光泽度[4]。

2 结果与讨论

2.1 正交实验分析

本实验主要探究CaCO3的含量、KH560的含量和干燥时间对水性木器涂料改性的影响。通过正交实验优化变量，协同改性后的涂层力学性能达到最佳。三个组分的量规定为：CaCO3的含量（A）：2.0%-5.0%，KH560的含量（B）：2.0%-5.0%，干燥时间（C）：15-30min。根据表1显示，同一列代表同一个因素相对应的最大平均附着力和最小平均附着力的极差（R）和方差。可以发现，KH560的含量最大程度上影响附着力，其次是CaCO3的含量，涂层的附着力不受干燥时间的影响。此外，从表1明显看出样品1#的水性木器涂层的附着力强于样品2#-4#，因此，将CaCO3的含量固定为2.0%、干燥时间15min。

2.2 KH560含量与水性木器涂层力学性能的变量关系

根据正交实验得出的结论，研究KH560关键的作用[5]：改变KH560的含量分别为0、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%。图1显示了在涂层硬度方面，KH560含量的作用较小，含量为0%-3%时保持在2H这个较高值。当KH560含量高出这个范围时，涂层硬度开始下降。这是过量的KH560无法与水性涂料充分结合，导致涂层变软，硬度下降[6]。

从图2中可以看出，涂层附着力等级随KH560增加呈现上升曲线。当KH560含量在0-3%时，附着力均是1级附着力。这是由于水性涂料本身的附着力的性能较好，同时随KH560的增加，水性UV固化涂料与KH560有机分子结合产生的化学键结合强度高，从而导致使得了漆膜附着力性能良好[7，8]。然而，KH560在高含量下无法与水性涂料充分结合，随KH560增加至3%-5%，附着力不断下降。

当KH560含量从0%增至3%，冲击强度临界值是40kg·cm，涂层不仅没有断裂，且具有较高的抗冲击性能。但当KH560含量继续增加时，水性涂层的抗冲击性能下降。

2.3 水性木器涂层光泽度与KH560的变量关系

当KH560含量增加到5%，水性木器涂层的光泽度在35%-40%比较小的范围内波动。KH560是有机透明液体，它与水性木器涂料反应不产生无机不透明物质，说明水性木器涂层光泽度不太会受KH560含量变化的影响。

3 结束语

通过分析正交实验结果，KH560的含量最影响水性木器涂层的力学性能。在90℃烘箱中干燥15min之后，样品将CaCO3含量设定为2%的，KH560在0-3%的时候，涂层的硬度保持较高值2H，其附着力稳定在1级，抗冲击强度表现为35kg·cm。当KH560含量增至5%时，附着力下降到3级，涂层硬度下降至H，抗冲击强度下降到15kg·cm。KH560对水性木器涂层光泽度的改变没有较大作用，光泽度整体数值波动范围较小。综上，当KH560含量在3%左右时，可以制备性能较好的水性涂料。

参考文献：

[1]徐晓多，刘锐.纳米碳酸钙及其在涂料改性中的应用[J].教育与技术，2009，23（2）：36-38.

[2]郭云亮，张涑戎，李立平.偶联剂的种类和特点及应用[J].橡胶工业，2003，50（11）：692-695

[3]殷代武，谭卉文.滑石粉的应用特性及表面改性[J].广东化工，2013，18（40）：75-77.

[4]黄秉升.涂膜硬度及其测定方法[J].现代涂料与涂装，2011，14（1）：35-40.

[5]熊先青，申黎明.稻草刨花板表面特种涂饰工艺及漆膜性能评价[J].木材工业，2011，25（5）：9-12.

[6]赖小娟，沈一丁，王磊.有机硅烷偶联剂对水性聚氨酯材料性能的影响[J].动能材料，2011，3（42）：490-493.

[7]张洪彬，王锋，胡剑青，等.水性涂料改性研究进展[J].热固性树脂，2010，25（6）：53-57.

[8]谢国先，邱大健，李朝阳，等.氨基硅烷偶联剂对环氧涂层附着力的影响[J].材料保护，2008，41（3）：22-24.endprint