硅烷偶联剂和有机硅树脂协同改性对水性涂料性能的影响

包清磊+钱星雨+张政+闫小星+王浩然+卢宇恒+陈耘乐

摘 要：文章利用KH560和有机硅树脂作为改性剂，通过对KH560含量、有机硅树脂含量和干燥时间三个因素进行正交实验，找到能改善水性木器涂料性能的方法。实验表明，有机硅树脂的含量对涂层性能影响程度最大。在40℃烘箱中干燥20min，KH560含量设定为2%，有机硅树脂含量从0增加到1%时，水性木器涂层的硬度为H，附着力变化不大，都是1级。继续增加有机硅树脂含量至5%时，涂层硬度下降至4B，附着力下降到4级。光泽度表明，有机硅树脂含量对水性木器涂层光泽度的改变没有较大作用。

关键词：水性涂料；性能；含量

中图分类号：TQ637 文献标志码：A 文章編号：2095-2945（2018）01-0036-02

Abstract： By using KH560 and silicone resin as modifiers， the orthogonal experiments were carried out on three factors： KH560 content， organic silicone resin content and drying time. To find a way to improve the performance of waterborne wood coatings. The results show that the content of silicone resin has the greatest influence on the coating properties. When the content of KH560 was set to 2% and the content of silicone resin increased from 0 to 1% in the oven at 40℃ for 20 min， the hardness of the waterborne wood coating was H， and the adhesion of the coating changed little， all of which were of grade 1. When the content of silicone resin continues to increase to 5%， the hardness of the coating decreases to 4B and the adhesion decreases to grade 4. The gloss shows that the content of silicone resin has no effect on the gloss of waterborne wood coating.

Keywords： waterborne coatings； properties； content

水性木器漆具有绿色环保、搞安全、不黄变等优点，并在许多行业中被广泛应用。但它也存在着丰满度差、耐污性差等问题[1]。硅烷偶联剂（KH560）是一类有机硅化合物，将其加入涂料在可以增加物质之间的粘接强度，提高涂料的耐水、耐气候等性能[2]。有机硅树脂是一类聚有机硅氧烷，它具有独特的网状结构的以及卓越的耐潮、防水和防锈等性能，但耐溶剂的性能较差[3]。本文通过添加助剂KH5

60和有机硅树脂协同改性水性涂料进行优化实验，力图改善水性涂料涂层的力学性能和光学性能。

1 实验部分

1.1 实验材料

在当前实验中所有试剂都是没有加工过的分析纯。改性剂是KH560和有机硅树脂，基材规格是100mm×100mm×5mm，表面已涂上底漆。

1.2 涂层制备

首先用砂纸处理打磨基材涂上底漆。KH560和有机硅树脂的加入量根据预先设计好的加入到水性木器涂料中，用玻璃棒搅拌均匀，然后将搅拌好的涂料均匀涂抹在事先经底漆处理平整的木质基板（100mm×100mm×5mm）上，涂层厚度大约60μm。然后放入烘箱内，干燥箱温度设定为40℃，干燥时间设定为15-30min。

1.3 测试与表征

根据GB/T1720-89附着力用涂膜附着力测试仪进行测量。根据GB6739-86测量硬度。光泽度是按照BGD512-60型光泽度仪测试。

2 结果与讨论

2.1 正交实验分析

在本实验中，影响水性木器涂料改性的主要因素是KH560的含量、有机硅树脂的含量和干燥时间。通过正交试验改善涂料的力学性能。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）：2.0%-5.0%，有机硅树脂的含量（B）：2.0%-5.0%，干燥时间（C）：15-30min。在每个因素中选两个水平。因素A的第一个水平是KH560含量2.0%，第二个水平是5.0%。因素B的第一个水平是有机硅树脂的含量2.0%，第二个水平是5.0%。因素C的第一个水平是干燥时间20min，第二个水平时间是40min。

上面这三个因素对水性木器漆的力学性能都有一定的影响，相比之下，对附着力的影响更为明显。在实验中分析了改性条件对附着力的影响。表1显示了三个因素对水性木器漆附着力的影响。通过比较三个因素的极差R和方差的值，可以发现有机硅树脂的含量对附着力的影响最明显，干燥时间的影响次之，KH560对涂层的附着力没有影响。此外，从表1还能看出样品1#的水性木器涂层比样品2#-4#具有较好的附着力。在独立试验中我们将KH560的含量固定为2.0%，干燥时间固定为15 min。

2.2 有机硅树脂对水性木器涂层力学性能的影响

为了研究有机硅树脂的关键作用，在正交实验的基础上，进行了下面一系列实验：把KH560的含量固定为2.0%，干燥时间固定为15min，改变有机硅树脂的含量分别为0、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%。发现有机硅树脂含量对水性木器涂层的硬度具有一定作用。图1显示了有机硅树脂的含量对水性涂层硬度性能的影响。有机硅树脂含量从0增加到1%的时候，水性木器涂层的硬度始终保持在H。继续增加有机硅树脂含量至5%时，涂层硬度不断下降，达到4B，此时漆膜的硬度已经很低。这是因为有机硅树脂含量过高，水性涂料结合力下降严重，导致漆膜变软[4]。

由图2可知，随着有机硅树脂的含量的增加，附着力基本呈现下降趋势。在有机硅树脂的含量低于2%时，附着力表现较好。原因是有机硅树脂与水性涂料反应，但尚未对附着力产生重要影响，此时主要是依赖KH560改性的水性涂层的附着力。继续增加有机硅树脂的含量，会引起水性涂料内部各化学成分比例的变化，这种比例的变化会降低涂层附着力。因此随着有机硅树脂的含量增多附着力会变差。

2.3 有机硅树脂对水性木器涂层光泽度的影响

有机硅树脂涂料含量对光泽度的影响如图3所示。从图3可以看出，水性木器涂层的光泽度随着有机硅树脂含量的增加数值变化很小，但相较于空板样，其光泽度略有下降。这是因为水性漆本身具有高光，有机硅树脂含量增加，在涂膜过程中体积浓度增加，形成微粗糙表面，从而降低了水性木器漆的光泽度。

3 结束语

正交试验结果表明，有机硅树脂含量决定了水性木器漆的力学性能。实验说明：在40℃烘箱中干燥20min，KH560的含量固定2%，有机硅树脂含量从0增加到1%时，水性木器涂层的硬度为H，附着力变化不大，都是1级。继续增加有机硅树脂含量至5%时，涂层硬度下降至4B，附着力下降到4级。光泽度表明：有机硅树脂含量对水性木器涂层光泽度的改变没有较大作用，光泽度整体数值在80%～85%之间。

参考文献：

[1]袁腾，胡剑青，王锋，等.水性木器涂料的研究进展[J].中国涂料，2012，27（06）：18-25.

[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（11）：692-696.

[3]卢红梅，钟宏.有机硅在涂料中的应用[J].有机硅材料，2002（06）：22-27.

[4]张向雨.有机硅功能涂料的研制[D].华东理工大学，2012.

[5]王翔，许苗苗.碳酸钙表面改性探究[J].科技创新与应用，2016（02）：99+101.endprint