淀粉塑料与底漆和层漆的配伍研究

李国祥，范春华，尹衍升，张拥军

（1.上海海事大学，上海 201306；2.上海华润大东船务工程有限公司，上海 202156）

0 引言

对全淀粉塑料与船舶外板的底漆和层漆进行配伍研究的目的是通过基础配伍、物理机械性能和耐水性能等指标的综合测定，来探索不同底漆和层漆在特定环境下对淀粉塑料船体涂层的影响，并寻求最佳的配伍组合。本研究通过配伍的基础试验、物理机械性能的测试等对淀粉塑料与底漆和层漆的配伍进行了探索，试验均在规定的条件和仪器下按照相关标准进行［1］。

1 灰色关联法简介

华中理工大学邓聚龙教授创立的灰色系统理论是一种研究贫信息、少数据、不确定性问题的新方法。他提出了对各因素（或子系统）间分析其灰色关联度的概念［2-3］。利用灰色关联度分析，可对淀粉塑料与底漆（或层漆）配伍的动态历程进行量化的度量分析，故非常适用于漆膜配伍的研究。灰色关联分析的具体步骤分以下5步进行［4-5］。

1.1 建立参考数列和比较数列

设参考数列（母序列）为Y={Y（k）|k=1，2，3，…，n}；比较数列（子序列）为Xi={Xi（k）|k=1，2，3，…，n}，i=1，2，3，…，m。

1.2 无量纲化变量xi（k）

各素数列中带有量纲的数据不便于比较甚至无法比较，故要对系统进行灰色关联度分析前，一般都要对数据进行无量纲化处理（即数据的无单位化）。

1.3 计算关联系数ξi（k）

第k数列的平均值y（k）与第k数列中第i元素xi（k）的关联系数ξi（k）的计算式为：

令Δi（k）=|y（k）-xi（k）|，则（2）式表示成：

分辨系数ρ的通常取值范围为（0，1），ρ越小，分辨力越大，ρ≤0.546 3时，分辨力最佳。通常取ρ≤0.5。

1.4 根据各关联系数ξi（k）计算各自的关联度ri

衡量关联程度的关联系数是由多个数值组成的，但其数值较为分散。为正确反映各个时刻（即曲线中的各点）比较数列与参考数列的关联程度，需要对各关联系数进行平均，以便进行整体性比较。比较数列与参考数列间的关联度ri［第i组n个关联系数ξi（k）的平均值］的计算公式为：

1.5 对各关联度按大小进行排序

在算出序列Xi（k）与序列Y（k）的关联系数后，各类关联系数的平均值ri即是序列Xi（k）与序列Y（k）的关联度［6-7］。

按大小排序各关联度后，如果发现在排序中r2＞r1，则比较数列x2更相似于参考数列y。

2 淀粉塑料与底漆的配伍研究

2.1 试验材料

选用入级劳氏船级社的旧船钢板AH32（图1）作为试验涂层钢板，钢材表面经喷砂处理至Sa 2.5级。并选用4种常规的车间底漆（预处理底漆）作为试验用底漆：（1）上海开林造漆厂生产的704无机硅酸锌底漆（灰色）；（2）海虹老人牌涂料公司生产的1527环氧车间底漆（红色5089）；（3）日本中国涂料株式会社生产的1034 EPLCON ZINC RICH PRIMER B-2环氧富锌底漆（绿色）；（4）荷兰式玛涂料公司生产的7171 SIGMARINE PROFERRALMC无机锌底漆［红灰色（平光）］。选用东莞市鑫海环保材料有限公司生产的热塑性全淀粉塑料作为试验用的淀粉塑料。

图1 船用钢AH32Figure 1 Steel plate AH32

2.2 试验仪器

GM210涂层测厚仪，深圳市聚茂源科技有限公司；川崎（KAWASAKI）高压喷枪。

2.3 底漆的喷涂

分别用上述4种车间底漆喷涂4块样板，涂层道数各为1道，其技术数据见表1。

2.4 淀粉塑料与车间底漆的配伍

将选定的全淀粉塑料分别喷涂于上述已涂有底漆的4块样板上，干燥后放入标准试验池内（环境温度23 ℃、海水盐度35‰），放置一定时间后再取出干燥。参照相关国家标准分别测定淀粉塑料与4种底漆配伍时的耐盐水性（120 h）、附着力、耐冲击性、干燥时间、遮盖力等指标，结果见表2。

表1 车间底漆的主要技术数据Table 1 Main technical datas of shop primer

表2 淀粉塑料与4种底漆配伍时的主要性能指标Table 2 Main performance indexes of starch plastic（ST）in combination with four shop primers

2.5 淀粉塑料与车间底漆的灰色关联分析

利用配伍与关联关系将表2数据整理后，得到淀粉塑料与4种底漆配伍时的关联参数，见表3。

为便于比较，将表3的关联参数标准化，得到淀粉塑料与4种底漆配伍时的标准关联参数，见表4。

由表4的标准关联参数表可计算出淀粉塑料与4种底漆配伍时的对应差数列，见表5。

表3 淀粉塑料与4种底漆配伍时的关联参数Table 3 Correlation data of compatibility for starch plastic（ST）with four shop primers

表4 淀粉塑料与4种底漆的标准关联参数Table 4 Standard correlation data of compatibility for starch plastic（ST） with four shop primers

表5 淀粉塑料与4种底漆的对应差数列表Table 5 Corresponding differences of compatibility for starch plastic（ST） with four shop primers

计算比较数列x1对于参考数列y（k）的关联系数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。

计算比较数列x2对于参考数列y（k）的关联系数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。

计算比较数列x3对于参考数列y（k）的关联系数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。

计算比较数列x4对于参考数列y（k）的关联系数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。

计算各关联度ri。比较数列x1，x2，x3，x4对参考数列y（k）之间的关联度r1，r2，r3，r4分别为 ：ri的排序结果为：

上述计算结果表明，该全淀粉塑料与1034环氧富锌底漆的关联度最高（r3=0.75），而与1527环氧车间底漆的关联度最低（r2=0.63）。即就上述4种底漆而言，选用1034环氧富锌底漆与该淀粉塑料配伍比较合理。

3 淀粉塑料与层漆的配伍研究

3.1 试验材料

选用入级劳氏船级社的旧船钢板AH32作为试验涂层钢板，钢材表面经喷砂处理至Sa 2.5级。根据上述结论，选用1034环氧富锌底漆作为底漆。为保持试验的连续性，仍选用东莞市鑫海环保材料有限公司生产的热塑性全淀粉塑料作为试验用的淀粉塑料。选用4种常规层漆作为试验用层漆：（1）上海开林造漆厂生产的830-1铝粉沥青漆（灰色）；（2）海虹老人牌涂料公司生产的45751环氧漆［灰色（12340）］；（3）日本中国涂料株式会社生产的4038G ACRI 700 FINISHG丙烯酸面漆［灰色（CS 511）］；（4）荷兰式玛涂料公司生产的TM 350 SIGMACOVER环氧漆［红灰色（平光）］。

3.2 试验仪器

GM210涂层测厚仪，深圳市聚茂源科技有限公司；川崎（KAWASAKI）高压喷枪。

3.3 层漆的喷涂

在喷涂有1034环氧富锌底漆的船用钢板上分别喷涂4种常规层漆，喷涂道数为2道。经干燥后测定各样板层漆的主要技术数据，结果见表6。

表6 层漆的主要技术数据Table 6 Main technical datas of layer paint

3.4 淀粉塑料与层漆的配伍

将试验样板放入标准试验池内（环境温度23 ℃、海水盐度35‰），一定时间后取出干燥。参照相关国标分别测定淀粉塑料与4种层漆配伍时的耐盐水性（120 h）、附着力、耐冲击性、干燥时间、遮盖力等数据，结果见表7。

表7 淀粉塑料与4种层漆配伍时的主要参数Table 7 Main data of compatibility for starch plastic（ST）with four layer paint

3.5 淀粉塑料与层漆的灰色关联分析

利用配伍与关联关系将表7数据整理后，得到淀粉塑料与4种层漆配伍时的关联参数，结果见表8。

表8 淀粉塑料与层漆配伍时的关联参数Table 8 Correlation data of compatibility for starch plastic（ST）with four layer paint

为便于比较，将表8的关联参数标准化，得到淀粉塑料与4种层漆配伍时的标准关联参数，见表9。

由表9的标准关联参数表计算出淀粉塑料与4种层漆配伍时的对应差数列，见表10。

表9 淀粉塑料与4种层漆的标准关联参数Table 9 Standard correlation data of compatibility for starch plastic（ST） with four layer paint

表10 淀粉塑料与4种层漆的对应差数列表Table 10 Corresponding differences of compatibility for starch plastic（ST） with four layer paint

按公式（3）ξi（k）=分别计算关联系数ξi（k），这里分辨系数取ρ=0.5。

计算比较数列x1对于参考数列y（k）的关联系数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。

计算比较数列x2对于参考数列y（k）的关联系数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。

计算比较数列x3对于参考数列y（k）的关联系数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。

计算比较数列x4对于参考数列y（k）的关联系数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。

计算各关联度ri。比较数列x1，x2，x3，x4对参考数列y（k）之间的关联度r1，r2，r3，r4分别为 ：r1=的排序结果为：

上述计算结果表明，该淀粉塑料与830-1铝粉沥青漆或45751环氧漆的关联度最高（r1=r2=0.72），而与SIGMACOVER环氧漆TM 350的关联度最低（r4=0.50）。即就上述4种层漆而言，应选用830-1铝粉沥青漆或45751环氧漆作为层漆与该淀粉塑料配伍比较合理。

4 结语

通过对淀粉塑料与车间底漆以及层漆进行配伍试验研究，并利用灰色理论对试验数据进行关联分析，结果表明：

（1） 1034环氧富锌底漆与本研究所用淀粉塑料的关联度最高（r3=0.75），即就试验所选的4种底漆而言，选用1034环氧富锌底漆与该淀粉塑料进行配伍比较合理。

（2） 试验所选的4种层漆中，830-1铝粉沥青漆及45751环氧漆与本研究所用淀粉塑料的关联度最高（r1=r2=0.72），将其作为与该淀粉塑料进行配伍的层漆比较合理。

综上所述，利用灰色理论进行涂料的配伍研究是一种较为理想的分析工具，本研究及其进行的数据分析也可以作为一种范例为日后相关的塑料配伍研究提供参考。