黑色高光生漆涂料的制备工艺及性能研究

李晖 洪克俭 王霄 杨柳 杨志斌

摘要：为了研究黑色高光生漆涂料的各项性能，本试验选取5个产地天然生漆与调制黑料按不同比例混合和调制，以搭配比例、干燥温度与湿度为变量，对生漆涂料的干燥时间、物理机械性能、耐温及耐化学腐蚀性能进行测定，通过正交优化和多因素方差分析，各因素的影响程度为湿度≥温度≥含量≥搭配比例，在1 kg含量为71%的生漆搭配50%的黑料和202的助剂，调制出的黑色高光生漆涂料在温度为25 ℃、湿度85%时干燥时间最短为226 h。与传统推光漆的性能进行比较，干燥时间变短，性能更加优越。

关键词：高光生漆；搭配比例；干燥温度；湿度；性能；制备工艺

中图分类号：TQ633；S789.2文献标识码：A文章编号：1004-3020（2014）04-0021-05

生漆是一种古老的天然优质涂料，素有“涂料之王”之称。它是从漆树韧皮部割口流出的乳白色乳状液体，由于生漆的特殊化学组成，它既可在室温条件下自然氧化干燥成膜，又可在高温条件下（100 ℃以上）烘干成膜＼[1＼]。当接触空气后迅速氧化，表面逐渐由浅入深变为浅红色、红棕色、浅褐色、褐色乃至黑色，数小时后凝结成一层黑亮而有弹性的漆膜＼[2＼]。生漆的漆膜具有极强的抗腐蚀能力，能抵抗强酸、强碱及大多数有机溶剂的腐蚀＼[3＼]。

生漆在我国已有7 000多年的使用历史，有涂料“始祖”的称谓，对我国的政治、经济、文化生活曾产生过重要影响，是继四大发明之后的重大发现。但生漆干燥时间长，为方便使用，提高其装饰性能和其它理化综合性能，人们采取诸多方法来改性、复合制成了不同性能的生漆涂料。

黑色高光生漆涂料具有乌黑锭亮、坚韧耐磨和优良耐久性等性能，历来受到青睐和赞赏＼[4-5＼]。目前主要产品为黑色推光漆，它保留了天然生漆的优点，但因黏度大不易施工等问题＼[6＼]，在其应用范围受到很大的局限，为降低黏度，需用有机溶剂对其进行稀释，会造成污染，背离了天然无害的原则。因此，开展天然无害，施工方便且性能优良的黑色高光生漆研究十分必要。

本研究对象为黑色高光生漆涂料制备工艺，由于各季节生漆涂料凝结为黑色漆膜的温度及其环境条件存在差异，对黑色生漆涂料的制备造成一定的影响，故系统研究各气候条件下黑色生漆涂料制备工艺，对生产加工实际具有广泛的指导意义。本研究采用天然生漆与钼的氢氧化物按照一定的比例混合用特殊的方法熬制成黑料，然后再将天然生漆与黑料按照特定的比例混合分散均匀而制得，该种工艺技术降低了常规涂层厚度，节约了成本，提高了涂装效率。通过对生漆与钼的氢氧化物、生漆与黑料的配比，以及各工艺参数的研究首创性研制出具有高光性能的黑色生漆涂料。

1材料与方法

1.1试验原料

试验用生漆来源于湖北恩施市、利川市、陕西省平利县和贵州省金沙县，采割时间均为2013年8月，存放时间为6个月，预处理统一采用过滤操作，去除生漆采割过程中的杂质残渣。

1.2辅助材料

辅料均采用工业级Span-80分散剂、润湿剂、防沉剂、200目石英粉以及浓缩动物苦胆汁。

1.3实验设备

反应釜、调漆釜、涂-4杯粘度仪、天平、温度计、调温调湿箱、漆膜干燥自动记录仪、硬度仪、漆膜附着力测定仪。

1.4制备

1.4.1黑料的制备

将经过滤的天然生漆投入反应釜中，按投入天然生漆重量的2%加入已购置的钼的氢氧化物成品，开启加热、搅拌、抽气装置，将温度控制在110～130 ℃之间。本次试验的黑料制备主要为钼的氢氧化物与生漆物理混合，对于两者发生的化学反应不作为主要考察因素。由于天然生漆受品种、季节、地点等诸多因素影响，水分含量差异较大，因此其加热的时间也不相同，一般以漆料完全变黑，粘度为400 Pa·s，立即停止加热，降温至60 ℃，趁热出釜备用，即完成黑料制备。

1.4.2面漆的制备

将黑料与过滤后的天然生漆按重量比分别设定为10%，30%，50%，60%，70%几个比例进行混合、搅拌和调制，然后分别加入混合漆料重量的02% Span80分散剂，2%的浓缩动物苦胆汁，搅拌分散均匀制成漆膜，经过漆膜检测，进行正交试验获得面漆最佳配比方案。漆膜的干燥时间是一个复杂连续缓慢的物理化学过程，要经过从流体、黏弹体、固体几个阶段。干燥时间的长短可直接反映调制时黑料及相关助剂与生漆搭配比例合理与否；漆膜的干燥状态对于漆膜的机械性能和物理性能也可产生直接明显影响。为此，以A，B，C，D，E这5种不同含漆量的生漆进行不同搭配比例、温度、湿度的调配，在助剂比例相同条件下最终制得面漆原料的编号如下表。

1.4.3底漆的制备

在前述实验的基础上，取一定量制备好的面漆，加入漆料重量的3%的润湿剂，2%的防沉剂，25%的200目石英粉，搅拌分散均匀即成底漆。

2漆膜性能测试方法

2.1漆膜干燥时间及物理机械性能测试

高光黑色生漆涂料以75 μm的厚度涂膜于玻璃板和马口铁片上，确保漆膜干燥环境无灰尘，分别以温度25 ℃、湿度50%和温度30 ℃、湿度为80%为干燥时间测试的外界环境，对本试验中各工艺条件下的黑色高光天然生漆涂料成品以及天然生漆原料进行测试。涂膜的干燥时间按涂料GB1728-1979进行测试记录，试样自然干燥后，分别按涂料标准GB1727-1992、GB/T1720-1979、GB/T1731-1993、GB/T 1732-1993、GB/T6739-1996分别进行附着力、柔韧性、抗冲击强度、硬度测试进行测试。

2.2漆膜耐热性能测试

本试验漆膜调制过程中加入了金属钼，含钼的生漆涂料具有很好的耐热性能，为了验证这一观点，本实验选择了部分样本与混合生漆、传统推光漆进行了耐热对比试验。参照标准为GB/T1735-2009。

2.3漆膜化学性能测试

合格的生漆漆膜具有良好的化学性能，为考察本试验所配制的各种生漆涂料，对其进行耐水、耐油、耐盐雾以及二氧化硫腐蚀等方面的测试。参照标准为GB/T1733-1993、GB/T1734-1993、GB/T1771-2003、GB/T19789-2008。

3结果与分析

3.1漆膜干燥时间及物理性能测试结果

天然生漆是W/O型的乳液，具有两相结构，漆酚是生漆中的主要成膜物质，它是侧链基为饱和与不饱和直链的邻苯二酚系列衍生物的混合物＼[4-5＼]，其不饱和侧链可氧化聚合成聚合漆酚，两个邻酚羟基可与金属离子络合。由于钼离子与漆酚反应生成黑色的漆酚钼，经涂刷展开后进一步聚合成稳定网状结构的致密漆膜。生漆干燥成膜主要有两种方式：一是在常温条件下自然干燥成膜，又称氧化聚合成膜，该过程中漆酶起到重要的催化作用＼[6＼]。二是在高温条件下成膜（100 ℃），又称缩合聚合成膜＼[7＼]。本试验中漆膜干燥时间是在不同温条件不同调配方案下干燥测得的，属于氧化聚合成膜方式，漆膜的干燥主要由漆酚钼漆酚、漆酶、水分、树胶等成分参与反应，个调制组分的相对变化及干燥环境的变化，漆膜干燥时间也发生变化。为便于测试，本实验选择了漆膜实干时间作为实验结果通过正交试验来选择最佳方案，以时间最短者作为最佳值。此外，生漆干燥后所表现出来的使用质量通过漆膜的性能诸如光泽、质感、附着力、干燥速度、冲击强度、硬度等来体现，因此漆膜的物理机械性能也是衡量生漆品质的重要指标，具体测试结果如下表。

3.1.1各相关因素对漆膜干燥时间的影响

漆膜在成型过程中干燥时间越短，说明漆膜的干燥速度越快，结合表2的试验条件对表3的直观分析，可以看出在因素为含漆量71%、黑料搭配比例50%、温度25 ℃、湿度85%时漆膜的干燥时间最短。因此，本实验在1 kg含量为71%的生漆搭配，50%的黑料和202的助剂在温度为25 ℃湿度85%最有利于漆膜干燥[8-10]。

以生漆的含漆量、搭配比例、温度以及湿度为变量进行正交试验，采用SSPS软件对试验数据进行数据分析得方差分析表，如下。

从表4可以看出：各因素对干燥时间的影响程度为：湿度≥温度≥助剂≥含量≥搭配比例，其中湿度、温度对漆膜干燥时间影响显著，含漆量与搭配比例的影响未能达到显著水平。这说明在漆膜干燥过程中环境的湿度和温度起到较为重要的作用，在实际使用过程中随着环境湿度的增加，生漆成膜速度加快，干燥时间变短。

3.1.2物理机械性能测试分析

漆膜的附着力是指涂层与表面基材之间或涂层之间通过物理与化学作用牢固联接的能力，附着力值越低表示漆膜越牢固，由上表可知在含漆量71%、搭配比例50%、温度25 ℃、湿度65%时漆膜附着力最好。

本试验所得柔韧性数值为不引起漆膜破坏的棒轴最小直径，柔韧性越好棒轴的直径越大，综合考察漆膜物理机械性能在柔韧性适中时较为满足使用需求。

漆膜的抗冲击强度是指涂于基材上的涂膜在经受高速率的重力作用下可能发生变形但漆膜不出现以及重基材上脱落的能力，表3所得测定值最大值为50 kg·cm，其对应的生漆配制因素为含漆量71%、搭配比例50%、温度25 ℃、湿度65%和含漆量77%、搭配比例70%、温度35 ℃、湿度85%。

漆膜的硬度指漆膜对于外来物体侵入其表面时所具有的阻力，受漆膜干燥程度影响，本次试验的测试时间选择在漆膜完全干燥后进行，以此来排除该因素对试验结果的影响。试验测得漆膜硬度最高的为8 H。漆膜硬度为生漆品质评价的指标之一，但并非漆膜硬度越高越好还要综合考虑其他评价指标综合评判生漆涂料的质量。

漆膜的物理机械性能的优劣是多个因素综合作用的结果，主要影响因素是生漆的含量、黑料搭配比例，由表3中所测得各项物理机械性能值可以看出当生漆含量为71%时，黑料搭配比例为50%～60%，助剂202%干燥条件温度25 ℃，湿度85%，漆膜物理机械性能最佳。

3.2漆膜的耐热性能测试结果

选取含漆量为70%的天然生漆作为对比试样1，再从中一部分采用传统大漆熬制法以4：6的混合比例制取传统推光漆，以上两种生漆涂料不含金属钼。

对试验制得黑色高光生漆试样与天然生漆以及传统推光漆进行耐热性能测试，试验结果见表5。

由表5结果可知：作为对比材料的两组生漆漆膜在300℃时就已受损，不可使用。与天然生漆、传统推光漆相比添加钼化物配制的生漆试样具有更好的耐热性能，在300 ℃以下，漆膜完全不受影响，在400 ℃时少量试样出现边沿起小泡的现象，随着温度的升高，漆膜的受损程度增加，少数试样在温度达到600 ℃时仍能保持光滑，总体看来本试验配制漆最高耐温可达500 ℃以上。