KH560改性对水性UV固化涂料力学性能的影响

文章利用KH560作为改性剂，通过对KH560含量、烘箱温度和UV固化时间三个因素进行正交实验，找到能改善水性UV固化涂料力学性能的方法。在KH560改性实验中，KH560的含量是主要影响因素。通过正交实验对工艺参数进行处理后发现，当把烘箱温度固定为40°C，UV辐射时间固定为3min，KH560含量从0增加到3.0%的时候，水性UV固化木器涂层的硬度下降至H，附着力从3级提高至1级，附着力最佳。

关键词：KH560；优化；性能

中图分类号：S781.7 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）36-0030-02

水性UV固化木器涂料具有环保、快速固化和节能等优点，并且因此在木器工业领域得到了广泛应用[1]。本次实验以此涂料为主要研究对象。水性UV固化涂料存在力学性能较差等缺陷，严重影响了其在木器表面的应用。KH560硅烷偶联剂是一种具有特殊结构的低分子有机硅化合物[2]。硅烷偶联剂的粘度及表面张力低，润湿能力较高[3]，能均匀地分布在涂层表面[4]。本章通过KH560改性水性UV固化木器涂料，通过正交实验对配方组成、固化条件等工艺参数进行优化，力图改善水性UV固化木器涂层的力学性能。

1 实验部分

1.1 材料与实验设计

在当前实验中所有试剂都是没有加工过的分析纯。水性UV固化木器涂料由江苏省连华木材有限公司提供。改性剂KH560由南京化学试剂股份有限公司提供。基材选用表面涂有底漆的木质基板，规格：100mm×100mm×5mm。

1.2 涂层制备

首先将水性UV固化涂料倒出一定量放在一次性纸杯里，以便于改性实验的进行。再用天平分别量好预设计好的KH560和水性UV固化涂料的量，然后将KH560预设计好的量加入水性UV固化涂料中，用玻璃棒混合搅拌均匀，最后将改性好的水性UV涂料倒在平整的表面涂有底漆的木质基板上，用玻璃棒将涂料在木质基板上涂均匀。然后将涂饰过的板子先在烘箱中干燥30min，烘箱温度设定为40°C-50°C，之后需要进行辐射固化，这一操作需在UV固化机中进行。用灯距为30cm的两盏中压汞UV灯干燥固化（1min-3min）可以很好的进行光固化。

1.3 测验与表征

涂层附着力按GB9286-1998划格法附着力测定。采用GB6739-86涂层硬度铅笔测定法测定涂层硬度。

2 结果与讨论

2.1 正交实验分析

在本实验中，影响水性UV固化涂料改性的主要因素：KH560的含量、烘箱温度和UV辐射时间。当这三个因素通过正交实验优化后可以使协同改性后的涂层力学性能最佳。在这个正交实验中，三个组分的量在以下范围内进行实验：KH560的含量（A）：1.0%-5.0%，烘箱温度（B）：40°C-50°C，UV辐射时间（C）：1min-3min。在每个因素中选两个水平。因素A的第一个水平是KH560含量1.0%，因素A的第二个水平是KH560含量5.0%。因素B的第一个水平是烘箱温度40°C，因素B的第二个水平是烘箱温度50°C。因素C的第一个水平是UV辐射时间1min，因素C的第二个水平是UV辐射时间3 min。

根据实验对比，重点考虑力学性能中对附着力的影响。表1显示了上述三个因素对水性UV固化木器涂料附着力的影响。在同一列中，计算了与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，列于表1的最后二排。R和方差越大，因素的影响效果越显著。通过比较它们的极差R和方差的值，可以发现KH560的含量对改性水性UV固化木器涂层的附着力影响最明显。在独立试验中为了节能，我们将烘箱温度固定为40°C，将UV辐射时间固定为3min。

表1 正交实验结果

2.2 KH560对水性UV固化涂层力学性能的影响

想要知道KH560在力学性能上对水性UV固化涂层的影响，结合正交实验的结果，下面进行了一系列子实验：固定烘箱温度：40°C，UV辐射时间：3min，改变KH560含量分别为0%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%和5.0%，观察变量。图1显示了KH560含量与水性UV固化木器涂层硬度之间的关系。随着KH560含量从0上升为1.0%的时，其硬度会降低至H。这是由于KH560的粘度及表面张力低，润湿能力较高，KH560接触空气中的水分会发生水解反应，使得硬度降低。继续增加KH560含量至3.0%，涂层硬度仍保持在H。但当KH560含量超过3.0%后，其硬度又有所下降。

图2表明了KH560含量对水性UV固化涂料附着力的影响，随KH560含量增加水性UV固化木器涂层硬度呈现“U”形曲线。随着KH560含量从0增加至1.0%，附着力变化很大，从3级提高至1级。当进一步增加KH560含量至3.0%，涂层附着力较佳，均是1级。这种现象是由于KH560与水性UV固化涂料的化学键的结合和剩余KH560有机分子在涂层中所占比例影响的。在KH560量较少时，所有的KH560有机分子均与水性UV固化涂料结合，产生的化学键结合强度高，各个结合体之间都紧密连结，且水性UV固化涂料相對有较多的剩余，因此涂层附着力较好。然而，图2表明了，如果进一步将KH560含量从3.0%增加至5.0%，水性UV固化木器涂层硬度开始下降，说明附着力有所下降。达到3级，是由于KH560添加量过多时，KH560与水性UV固化涂料结合充分，该化学键与底涂料之间可能结合一般，因此附着力下降。

3 结论

正交实验表明，KH560的含量在很大程度上决定了水性UV固化木器涂层的力学性能。KH560对水性UV固化木器涂层力学性能的影响结果表明，当把烘箱温度固定为40°C，UV辐射时间固定为3min，KH560含量从0增加到3.0%时，水性UV固化木器涂层的硬度下降至H，附着力从3级提高至1级，附着力最佳。但当KH560含量超过3.0%后，其各方面性能又有所下降。

参考文献：

[1]沈雪锋，苟小青，王坚.水性UV涂料在木材上的应用[J].上海涂料，2008，46（12）：1-3.

[2]沈玺，高雅男，徐政.硅烷偶联剂的研究与应用[J].上海生物医学工程，2006（01）：14-17.

[3]陈世容，瞿晚星，徐卡秋.硅烷偶联剂的应用进展[J].有机硅材料，2003（05）：28-31+46.

[4]杜仕国.硅烷偶联剂的性能与应用[J].河北化工，1994（04）：35-39.endprint