科技创新与应用 众创空间 Technology Innovation and Application 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 (南京林业大学家居与工业设计学院,江苏南京210037) 要:文章利用KH560和有机硅树脂作为改性剂,通过对KH560含量、有机硅树脂含量和千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,有杋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%,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。继续増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 文章编号: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 ontent, organic silicone resin content and drying time. To find a way to improve the performance of waterborme 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.C for 20 min. the hardness of the waterbome 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 show 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 13测试与表征 在许多行业中被广泛应用。但它也存在着丰满度差、耐污 根据GB/T1720-89附着力用涂膜附着力测试仪进行 性差等问题。硅烷偶联剂(KH560)是一类有机硅化合物,测量。根据GB6739-86测量硬度。光泽度是按照BGD512 将其加入涂料在可以增加物质之间的粘接强度,提高涂料60型光泽度仪测试。 的耐水、耐气候等性能。有机硅树脂是一类聚有机硅氧 2结果与讨论 烷,它具有独特的网状结构的以及卓越的耐潮、防水和防21正交实验分析 锈等性能,但耐溶剂的性能较差。本文通过添加助剂KH5在本实验中,影响水性木器涂料改性的主要因素是 60和有机硅树脂协同改性水性 优化实验,力图改KH560的含量、有机硅树脂的含量和干燥时间。通过正交 善水性涂料涂层的力学性能和光学性能。 试验改善涂料的力学性能。在这个正交实验中,三个组分 1实验部分 的量在以下范围内进行实验:KH560的含量(A):2.0% 1.1实验材料 50%,有机硅树脂的含量(B):20%-50%,干燥时间(C): 在当前实验中所有试剂都是没有加工过的分析纯。改15-30min。在每个因素中选两个水平。因素A的第一个水 性剂是KH560和有机硅树脂,基材规格是100mmx平是KH560含量2.0%,第二个水平是50%。因素B的第 l00mm×5mm,表面已涂上底漆。 个水平是有机硅树脂的含量2.0%,第二个水平是50%。 1.2涂层制备 因素C的第一个水平是干燥时间20min,第二个水平时间 首先用砂纸处理打磨基材涂上底漆。KH560和有机硅是40min。 树脂的加入量根据预先设计好的加入到水性木器涂料中 上面这三个因素对水性木器漆的力学性能都有一定 用玻璃棒搅拌均匀,然后将搅拌好的涂料均匀涂抹在事先的影响,相比之下,对附着力的影响更为明显。在实验中分 经底漆处理平整的木质基板(100mm×100mmx5mm)上,涂析了改性条件对附着力的影响。表1显示了三个因素对水 层厚度大约60μm。然后放入烘箱内,干燥箱温度设定为性木器漆附着力的影响。通过比较三个因素的极差R和方 40°℃C,干燥时间设定为15-30min。 差的值,可以发现有机硅树脂的含量对附着力的影响最明 项目:大学生创新训练计划项目(编号:2017 NFUSPITP344);江苏省自然科学基金青年基金项目(编号:BK20150887)。 通讯作者:闫小星(1981-),女,副教校,博士,主要从事木材涂膜性能方面的研究工作
众创空间 2018 年 1 期 科技创新与应用 Technology Innovation and Application 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 （南京林业大学 家居与工业设计学院，江苏 南京 210037） 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伊 100mm伊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伊100mm伊5mm）上，涂 层厚度大约 60滋m。然后放入烘箱内，干燥箱温度设定为 40益，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 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益烘箱中干燥 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 中图分类号院TQ637 文献标志码院A 文章编号院2095-2945渊2018冤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益 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 * 基金项目院大学生创新训练计划项目渊编号院2017NFUSPITP344冤曰江苏省自然科学基金青年基金项目渊编号院BK20150887冤遥 * 通讯作者：闫小星（1981-），女，副教授，博士，主要从事木材涂膜性能方面的研究工作。 - 36 -
科技创新与座用 2018年1期 Technology Innovation and Application 众创空间 显,干燥时间的影响次之,KH560对涂层的附着力没有影 由图2可知,随着有机硅树脂的含量的增加,附着力 响。此外,从表1还能看出样品1#的水性木器涂层比样品基本呈现下降趋势。在有机硅树脂的含量低于2%时,附着 2#-4#具有较好的附着力。在独立试验中我们将KH560的力表现较好。原因是有机硅树脂与水性涂料反应,但尚未 含量固定为2.0%,干燥时间固定为15 对附着力产生重要影响,此时主要是依赖KH560改性的 表1正交实验结果 水性涂层的附着力。继续增加有机硅树脂的含量,会引起 样本A(%)B(%)C(min)附着力 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 22550 会变差。 23有机硅树脂对水性木器涂层光泽度的影响 方差0 22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8 上,进行了下面一系列实验:把KH560的含量固定为885 20%,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%、30%、4.0%、50%。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O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 有机硅树脂含量(%) 达到4B,此时漆膜的硬度已经很低。这是因为有机硅树脂 silicone resin content 含量过高,水性涂料结合力下降严重,导致漆膜变软。 图3有机硅树脂的含量与水性木器涂层光泽度之间的关系 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% 有机硅树脂含量(%) 时,水性木器涂层的硬度为H,附着力变化不大,都是1 silicone resin content 级。继续增加有机硅树脂含量至5%时,涂层硬度下降至 图1有机硅树脂的含量与水性木器涂层硬度之间的关系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 ]袁腾,胡剑青,王锋,等水性木器涂料的研究进展即中囯涂料, 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橡胶工 业,2003(11):692-696 3]卢红梅,钟宏有机硅在涂料中的应用俱有机硅材料,200 4张向雨有机硅功能涂料的研制[D]华东理工大学,2012. 有机硅树脂含量(%) 5]王翔,许苗苗碳酸钙表面改性探究[科技创新与应用,2016 silicone resin content (02):99+101 图2有机硅树脂的含量与水性木器涂层附着力之间的关系
2018 年 1 期 众创空间 科技创新与应用 Technology Innovation and Application 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。 表 1 正交实验结果 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]。 图 1 有机硅树脂的含量与水性木器涂层硬度之间的关系 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 图 3 有机硅树脂的含量与水性木器涂层光泽度之间的关系 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益烘箱中干燥 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。 参考文献院 [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. 样本 A(%) B(%) C（min） 附着力 1# 2 2 20 1 2# 2 5 40 4 3# 5 2 40 2 4# 5 5 20 3 R 0 2 1 方差 0 4 1 图 2 有机硅树脂的含量与水性木器涂层附着力之间的关系 - 37 -
