UV固化水性木器涂料的性能及影响因素分析

成绵江

（广东产品质量监督检验研究院，广东 顺德 528300）

所谓木器涂料，就是指在木质材料上应用的涂料，涂料干燥所形成的涂膜具有保护木质材料和增加美观的作用。而紫外光固化水性涂料，即UV固化水性涂料，同时兼有挥发性有机化合物更低和快速固化的优点，并能获得高硬度、高柔韧性、抗化学性等一系列优异的理化性能，是木器涂料的一个发展方向。当然，紫外光固化水性涂料作为一种新的木器涂料，其的实用性等方面还未得到很好的证明，仍需在不断的实践中加以印证。基于此，本文就UV固化水性木器涂料的性能以影响因素进行了分析，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

1 材料与方法

表1 正交试验结果

1.1 原料

在当前实验中，均使用分析纯试剂，即未通过深入处理可直接使用的试剂。选用UVWC（PUA未改进剂。UVWC的红外光谱如以下图1所示：其波数=3343cm-1时，则为 N-H伸缩振动；波数=波数1724cm-1，为羰基特征吸收峰，而波数=1530cm-1，则为酰胺Ⅱ带的N-H弯曲振动，说明产物中具有大量的氨基甲酸酯键；波数=1670cm-1，可出现C-C双键的特征吸收峰。此外，-CH的特征吸收峰处有2930cm-1和1462cm-1。同时也能够观察到位于1049cm-1、1120cm-1的 C-O伸缩振动以及位于1256cm-1的N-C-O伸缩振动。

1.2 制备涂层

图1 UVWC的FT-IR光谱

将基板进行预处理，利用砂纸打磨，并将油除掉，涂底漆，通过烘箱将其烘干。于UVWC中加入适量的碳酸钙，尽量将CaCO3/UVWC的质量比控制在1:300～1:6左右，也就是将0.01～0.50g的碳酸钙加入3.00gUVWC中，其比值>1:6，这样碳酸钙不会分散，若比值过小，则难以充分发挥改善性能的作用。然后搅拌混合均匀，并将其体系放入室温下进行1小时的超声。之后通过马达和压力喷射（参照标准98PSI，Japan），沉积在100mm×100mm×5mm的木质基板上，大约有60μm的涂层厚度；最后在UV固化机内，把所得涂层实行辐射且固化成膜，为了达到更好的效果，则将UV灯盏数和干燥固化时间进行有效控制，即干燥固化时间约为20～40分钟，UV灯盏数为1～3盏即可。

1.3 方法

根据GB/T1732-93，涂层抗冲击强度可通过漆膜冲击力实验仪进行测量；而涂层附着力可依据GB/T1720-89且利用漆膜附着力实验仪进行测量；对于涂层硬度，可通过GB6739-86涂膜硬度铅笔测定法进行测定；涂膜光泽度可由BGD512-60°型光泽度仪进行测试。此外，在NEXUS-670光谱仪中进行测试傅里叶转变红外光谱（FT-IR）。样品200～1000nm波段的光谱性质可选用UV-3600型UVVis-NI R分光光度计进行表征。

此外，在UVWC改性过程中，存在多种影响因素，即CaCO3的量、UV灯盏数、干燥时间，正交实验将上述三个因素进行进一步优化之后，能够获得更好的涂层力学性能。各种不同因素对涂层力学性能产生一定的影响，同时可以利用3因素2水平L4（23）正交试验给予验证。在具体正交实验过程中，将CaCO3/UVWC的质量比（A）控制在1:30～1:6；同时以20～40min为干燥时间（B）；1～3盏为UV灯盏数（C）。每个因素可设两个水平，即因素A是1:30、1:6；因素B是20min、40min；因素C是3盏、1盏。

2 结果

2.1 正交试验结果

图2 CaCO3/UVWC质量比与UVWC光泽度之间的关系

图3 添加CaCO3后UVWCUV-Vis光谱

在正交试验过程中，将三个因素对UVWC附着力产生的极差R值进行比较后，可知其附着力没有受到UV灯盏数（因素C）的影响，因此，以节能角度而言，则可选择1盏UV灯。而因素A及因素B对其附着力可产生影响。试验结果优化显示：1:6为CaCO3/UVWC的质量比，20min为干燥时间，1盏为UV灯盏数。此外，从表1中可看出，样品1、2、4的UV固化水性木器涂层附着力均劣势于样品3，详细数据如下表1所示：

2.2 独立试验结果

2.2.1 CaCO3对UV固化水性木器涂层力学性能产生的影响

独立试验的主要目的是研究碳酸钙的关键作用。将UVWC干燥时间设置为20分钟，采用1盏UV灯，通过改变CaCO3/UVWC的质量比来研究碳酸钙对UVWC力学性能的影响，即0、1:300、1:60、1:30、1:15、1:10、1:6等变化。经试验发现，UVWC的硬度可受到CaCO3/UVWC质量比的影响，当CaCO3/UVWC的质量比由0变化至1:10时，UVWC的硬度就由1H上升到3H。然而，这时候，未添加CaCO3的涂层硬度相对添加CaCO3的涂层硬度，处于劣势。但是，涂层硬度随着CaCO3/UVWC的质量比增加而逐渐减少。此外，如果大量使用碳酸钙，则会使其粒子间发生团聚，并且分布不均或粒径大，从而导致其成为应力集中点，使硬度降低。由此可知，只有充分应用滑石粉，才能够将UVWC硬度进行有效提高。当CaCO3/UVWC的质量比在1:30～1:10之间时，其硬度可达到最大，即为3H。

附着力随着CaCO3/UVWC的质量比不断增加而增加，即从原来的2级增加至1级。当CaCO3/UVWC的质量比增加到1:6时，其附着力没有太大的变化，这是因为涂层内聚力及机械连锁随着碳酸钙粒子数的增加而提高，进而使附着力出现增加现象。为了全面了解和掌握涂层的疲劳行为，则需要进行测试附着力，同时深入研究涂层的耐冲击性能，目的是考查涂层表面的动态加载能力。经过研究发现，当CaCO3/UVWC的质量比由0变化到1:30时，冲击强度也从 10（kg·cm）变为 50（kg·cm）。 将 CaCO3/UVWC的质量比继续增加，则能够确保UVWC具有良好的抗冲击性能，不仅如此，也无涂层断裂，这足以说明附着力的良好性，为涂层具有较高抗冲击性提供有力保障。

2.2.2 CaCO3对UV固化水性木器涂层光学性能影响

如图2所示：光泽度可受到CaCO3/UVWC质量比的影响。UVWC的光泽度与CaCO3/UVWC质量比之间呈反比的关系，即CaCO3/UVWC质量比增大，则UVWC的光泽度就低。当CaCO3/UVWC的质量比由0变化为1:6时，UVWC的光泽度就降低为3.3%。此外，CaCO3在UV固化木器涂料中属于一种不溶物，在CaCO3/UVWC质量比逐渐增加的情况下，碳酸钙极易聚集，从而增加涂层表面的粗糙度，将UV固化木器涂层的光泽度进行降低。据GB/T3324—2008《木家具通用技术标准》，当亚光的光泽度值小于35%时，则为亚光光泽度。然而，根据图3所示：UV固化木器涂层在CaCO3/UVWC的质量比>1:30时，具有亚光光泽度。

CaCO3改性后UVWC的UV-Vis光谱如图3所示。在固化中，涂层吸收一定量的紫外光，即约200～360nm左右，说明CaCO3改性UVWC之后，其所得涂层依然是通过吸收紫外光而固化的。

以CaCO3为改性剂，从而制备出良好的UVWC，即光泽度低、力学性能较佳。在很大程度上，CaCO3/UVWC的质量比可直接决定UVWC的力学性能及光泽度。当CaCO3/UVWC的质量比为1:30～1:10的时候，其有20min的干燥时间，1盏中压UV灯，3H的硬度，50（kg·cm）的冲击强度，1级的附着力。当CaCO3/UVWC的质量比大于1:30时，则其光泽度小于35%，即属于亚光的光泽度。当CaCO3/UVWC质量比于1:30～1:10之间时，则UV固化木器涂层的力学性能及亚光光泽度相对比较好，由此可见，UV固化木器涂层在工业中具有广泛的应用前景。

结语

综上所述，UV固化水性涂料作为一种新的木器涂料，还未得到广泛的应用。为了进一步的了解有关方面的知识，本文就UV固化水性木器涂料的性能以影响因素进行了分析，并结合一系列具体的试验研究，所得结果对推动UV固化水性木器涂料的使用提供了有力的帮助，相信UV固化水性木器涂料在不久将会得到广泛的应用。

[1]陈建华.新型UV固化木器涂料的合成及性能研究[J].化工时刊，2011（04）.

[2]刘国杰.UV固化水性木器涂料的性能及影响因素[J].中国涂料，2010（06）.