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碳酸钙改性对水性UV固化涂料力学及光学性能影响

时间:2018-03-04 15:11:16    来源:互联网整理    作者:匿名  浏览次数:
[导语]   摘 要:文章利用CaCO3作为改性剂,通过对CaCO3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固化涂料力学和光学性能的方法。实验表明,CaCO3的含量的影响程度

摘 要:文章利用CaCO3作为改性剂,通过对CaCO3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固化涂料力学和光学性能的方法。实验表明,CaCO3的含量的影响程度是最大的。把烘箱温度设定为40°C,干燥时间为1min,CaCO3含量从0增加到4.0%的时候,硬度提高至3H。继续增加含量超过4.0%,硬度下降。随着涂层CaCO3含量增多,光泽度呈下降趋势,在含量大于3.0%时,水性紫外光固化木器涂料光澤度较低。

关键词:水性涂料;优化;性能

中图分类号:TQ637 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2018)01-0038-02

Abstract: Using CaCO3 as modifier, orthogonal experiments were carried out on three factors: CaCO3 content, oven temperature and UV curing time, to find a way to improve the mechanical and optical properties of waterborne UV curable coatings. The results show that the content of CaCO3 is the most important. When the oven temperature was set to 40℃ and the drying time was 1 min, the hardness increased to 3H when the content of CaCO3 increased from 0 to 4.0%. When continuing to increase the content of more than 4.0, the hardness decreased. With the increase of CaCO3 content of the coating, the gloss of the coating decreased. When the content of the coating was more than 3.0, the gloss of the waterborne UV cured wood coating was lower.

Keywords: waterborne coatings; optimization; properties

水性UV固化涂料能为木制品和木家具表面起到保护性和装饰性的作用。光泽度涂料性能中的一个重要方面[1]。该涂料有力学性能差、光泽度高的缺点,严重影响了其在木材表面的应用。因此,需要通过优化实验改善涂料性能。CaCO3作为一种改性剂,广泛用途于填料之中。在水性木器涂料中加入碳酸钙,能够使木器涂料的漆膜强度得到一定幅度的提高,使涂层变得不易损耗、更加耐磨[2]。本文通过CaCO3作为助剂加入涂料在,通过正交实验改善涂层的力学性能与光泽度。

1 实验部分

1.1 实验材料与设备

在当前实验中所有试剂都是没有加工过的分析纯。改性剂CaCO3由上海化学试剂股有限公司提供。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

首先将提前准备好的水性固化涂料倒出一定量放置一旁,以方便后续实验进行。其次用精密天平按照设计好的条件量取碳酸钙和固化涂料,再将CaCO3按量加入涂料中,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,用另外的一根玻璃棒涂抹均匀。随后将涂好的板子在烘箱中进行干燥,时间为30min,烘箱温度40°C-50°C,最后进行辐射固化,光固化使用UV灯,灯距为30cm,灯盏数为2盏,干燥固化时间为1-3min。

1.3 测试与表征

测定涂层硬度按照GB6739-86涂层硬度测试标准,也就是用铅笔测定法。涂层光泽度采用光泽度仪进行测试。

2 结果与讨论

2.1 正交实验分析

在本实验中,影响水性UV固化涂料改性的主要因素是CaCO3的含量、烘箱温度和UV辐射时间。在这个实验中,分别设置三个因素的量:碳酸钙含量(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CaCO3含量1.0%,第二个水平是5.0%。因素B的第一个水平是烘箱温度40°C,第二个水平是50°C。因素C的第一个水平是辐射时间1min,第二个水平是3min。

上述的三个因素对UV固化木器漆的各项性能都有影响,其中对光泽度的影响相比其它性能更为显著。人们的视力会被涂层表面的高光泽度造成一定的伤害[3]。表1是对光泽度的影响。计算同一列中相应数据的最大和最小平均光泽度的极差(R)和方差,结果位于最后两行。数值越大影响效果越显著。

通过比较,可以发现CaCO3的含量对光泽度影响最明显,烘箱温度次之,UV辐射时间影响最小。从表1还能发现样品3#-4#的水性UV固化木器涂层光泽度值最低,它们比样品1#-2#具有较低的光泽度,在试验中为了节能,我们将烘箱温度固定为40°C,将UV辐射时间固定为1min。

2.2 CaCO3对水性涂层力学性能的探究

为了进一步研究CaCO3在实验中的作用,进行了一系列子实验:把烘箱温度固定为40°C,UV辐射时间固定为1 min,改变CaCO3含量分别为0%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%和5.0%。图1显示了碳酸钙含量对涂层硬度影响的变化情况。结果表明,当CaCO3含量从0增加到3.0%时,涂层硬度从H提高至3H。继续增加CaCO3含量至4.0%,涂层硬度仍保持在3h。然而当CaCO3含量大于4.0%后,硬度下降。这是由于CaCO3干燥不含结晶水,几乎不溶于水,分布不均使其成为应力集中点导致硬度有所降低。因此CaCO3的用量很重要,适当添加才能有提高水性UV固化涂层硬度的效果。endprint

2.3 CaCO3对UV固化木器涂层光泽度的影响

图2表示CaCO3含量与涂层光泽度之间的关系,图示表明光泽度随着CaCO3含量的上升而降低。当CaCO3含量从0提高到3.0%时,水性UV固化木器涂层的光泽度从79.0%显著下降到45.0%。此外,当含量继续从3.0%增加至5.0%,水性UV固化木器漆的光泽度又从45.0%继续缓慢下降至36.0%。由于CaCO3在水性UV固化木器涂料中为不溶物,所以,在水性UV固化涂料中随着CaCO3含量的不断增加,CaCO3会在高含量下聚集,涂层表面粗糙度增加,从而光泽度降低[4]。

3 结束语

本文实验结果表明,水性UV固化木器漆的性能在很大程度上取决于CaCO3的含量。当把烘箱温度固定为40°C,UV辐射时间固定为1min时,CaCO3含量从0增加到3.0%,水性UV固化木器涂层的硬度提高至3H。继续增加CaCO3含量至4.0%,涂层硬度仍保持3H。但当含量大于4.0%后,硬度下降。实验结果表明,随着碳酸钙含量的增加,涂膜的光泽度降低。当CaCO3含量從0提高到3.0%时,水性UV固化木器涂层的光泽度从79.0%显著下降到45.0%。此外,随着碳酸钙含量从3%增加到5%,水性UV固化木器漆的光泽度继续从45%下降到36%。当CaCO3含量大于3.0%时,涂层呈现出较低的的光泽度。

参考文献:

[1]李爱玲.UV光固化水性木器涂料的制备与性能研究[D].天津大学,2013.

[2]曾晋.碳酸钙的性能特点及其在涂料中的应用[J].上海涂料,2010,48(06):49-51.

[3]吴绍吟,练恩生.纳米碳酸钙的特点与应用[J].橡胶工业,

1999,46(03):18-23.

[4]Jancovicova V, Mikula M, Havlinova B, et al. Influence of UV-curing conditions on polymerization kinetics and gloss of urethane acrylate coatings[J]. Progress in Organic Coatings, 201

3,76(2-3):432-438.

[5]王杰,闫小星,王粲,等.碳酸钙和硅烷偶联剂协同改性对水性涂料性能的影响[J].科技创新与应用,2017(24):27-28.

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