SiO2界面改性对水性木器UV涂料耐液性能的影响

李雯?闫小星?王宇飞

摘 要：本文研究SiO2界面改性对水性木器UV涂料耐液性能的影响，采用正交试验方法，先调配出改性涂剂，用3g的UV涂料配以每组正交实验所需的改性剂量，充分搅拌后涂于实验用木层基板上，并放入紫外灯固化机中根据实验设计方案设定好干燥时间与紫外灯台数。待干燥完毕后，用实验标准调制好的耐环境测试液涂于测试板表面，并用保鲜膜密封。待72h的耐液测试后，打开保鲜膜，根据国家标准读出其耐环境的级数，统计完实验数据后，根据正交实验极差分析法找出最优组，并根据最优组作出独立实验方案，再进行实验分析，在对实验结果进行数据分析后，找出耐液的临界点，并分别做几组独立实验，看其影响耐液性能的程度，并综合得出改性结果。

关键词：SiO2界面改性;水性木器UV涂料;耐液性能

水性聚氨酯涂料是分散介质为水且基料是水性聚氨酯树脂的涂料。由于聚氨酯涂料是装饰性和保护性等综合性能很好的涂料，因而得到快速发展。但近些年，由于木材改性性能的增加[1，2，3]以及人们环保意识的增强，涂料中VOC的含量也逐渐降低，这使水性聚氨酯涂料有了更大的发展空间，因为水性聚氨酯以水作为分散介质，具有安全性和无污染性等优点。[4，5，6，7]水性聚氨酯还具有流平性好，成膜性能好，遮盖力强，附着力显著，耐热、耐磨等特性。经文献查阅发现SiO2的添加对于水性涂层性能是有一定影响的，[8]所以本文以SiO2界面改性对水性木器UV涂料耐液性能的影响进行研究。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

水性UV地板漆、木质基板、二氧化硅、耐液性测试剂。

1.2 实验设备与仪器

光固化机、一次性纸杯、玻璃棒、电子秤、保鲜膜。

1.3 实验方法

首先要调配出改性涂剂，用3g的水性UV涂料配以每组正交实验所需的改性剂量，充分搅拌后涂于实验用木层基板上，并放入紫外灯固化机中根据实验设计方案设定好干燥时间与紫外灯盏数。待干燥完毕后，用实验标准调制好的耐环境测试液涂于测试板表面，并用保鲜膜密封。待72h的耐液测试后，打开保鲜膜，根据国家标准读出其耐环境的级数，统计完实验数据后，根据正交实验极差分析法找出最优组，并根据最优组作出独立实验方案，来进行进一步的实验分析。

2 结果与分析

2.1 正交实验分析

2.1.1 NaCl

设置4组正交实验，3个组分的量如表1所示：A代表SiO2的质量：0.1～0.5g，B代表固化时间：20～40min，C代表UV灯个数：1～3个。每个变量各选两个数值。A变量的值分别为0.1g和0.5g。B变量的值分别是20min和40min的固化时间。[9]C变量的值分别是3台和1台UV灯。通过计算同一个变量的第一个平均值I和第二个平均值II，以及同一列中与同一个变量相对应的最小平均值与最大平均值的极差R，发现R越大，变量的影响效果就越显著。[10]从实验可以看出，通过比较它们的极差R的值，可以发现这3个因素对耐NaCl实验的作用相同。

2.1.2 NaOH

在耐NaOH性能的正交实验中，我们采用了第一次实验的3个组分的实验变量和实验方法进行了实验，实验表明了上述3个变量对耐NaOH的影响程度，通过计算及比较数据发现，这3个因素对耐NaOH性能影响相同。

2.1.3 墨水

耐墨水性能的正交实验是依照第一次实验设置了3个组分的量，并用第一次实验相同的方法展开了耐墨水性能正交实验。实验的结果表明，这3个因素对耐墨水性能的影响为SiO2的质量>固化时间=UV灯台数。

2.1.4 酱油

我们在耐酱油性能的正交实验时，在SiO2的质量、固化时间、UV灯个数3个组分的量与第一次实验一致的情况下，通过计算数据及对比，我们发现了这3个因素对耐墨水性能的影响为SiO2的质量>干燥时间=UV灯台数，且固化时间与UV灯台数对实验的影响较小。

2.1.5 咖啡

在耐咖啡性能的正交实验中，在观察实验及计算实验数据后比对发现，SiO2的质量、固化时间、UV灯台数这3个因素对该实验的影响均较小。

2.1.6 乙醇

在耐乙醇性能的正交实验中，我们采用了与第一次实验相同的实验变量与实验方法，实验结果表明SiO2的质量、固化时间、UV灯台数这3个因素对该实验的影响为SiO2的质量>固化时间=UV灯台数。

2.1.7 洗洁精

我们参照第一次实验进行耐洗洁精性能的正交实验的变量及实验方法的设置，在计算并比对实验数据之后发现，这3个因素SiO2的质量、固化时间、UV灯台数对该实验的影响均较小。

从以上7个实验可以得出，影响耐液性能的一个主要变量是SiO2的质量。所以我们基于正交实验又进一步进行了独立实验，来分析SiO2的质量对耐液性能的影响程度。由于从上述实验中可以看出SiO2的质量对实验的影响最为显著，以及在固化时间为40min、UV灯为1台时影响最明显，因此将SiO2的质量定为0.05g、0.10g、0.15g以及0.30g来开展独立实验。

2.2 独立实验分析

通过计算以及数据分析之后，进行独立实验如表2所示，分析得出，SiO2取0.3g、1台UV固化灯且固化时间为40min时，性能为一级的有耐咖啡性能、耐酱油性能、耐碱液性能、耐盐水性能、耐洗洁精性能，性能为二级的是耐墨水性能，性能为三级的是耐乙醇性能，即在这种条件下水性木器UV涂料综合耐液性能最好。

3 结语

通过以上正交实验以及独立实验分析，在3个因素一定的情况下，即SiO2的质量为0.3g、UV固化灯1台且固化时间为40min时，耐咖啡性能为一级，耐酱油性能为一级，耐碱液性能为一级，耐盐水性能为一级，耐洗洁精性能为一级，性能为二级的是耐墨水性能，性能为三级的是耐乙醇性能，即在这种条件下水性木器UV涂料综合耐液性能最好。

参考文献：

[1] 陶鑫，陈琳，徐伟，陈昌华，唐先良.纳米二氧化钛改性杨木的力学性能研究[J].木材加工机械，2019，30（01）：21-23+29.

[2] 叶雨静，徐伟，黄琼涛，陈昌华，唐先良.单板厚度对小径柚木单板层积材力学性能的影响[J].林产工业，2019，56（09）：6-10.

[3] 方晓阳，徐伟，黄琼涛.人工林小径柚木物理力学性质研究[J].林业机械与木工设备，2019，47（05）：40-44+50.

[4] 徐峰.水性聚氨酯涂料新进展[J].涂料工业，1998（06）：38-40.

[5] 徐立城，徐伟.木工拼板胶容器改良设计研究[J].工业设计，2019（04）：156-158.

[6] 刘峥. IPDI型水性聚氨酯的固含提高和表面能降低[D].中国科学技术大学，2010.

[7] 薛宇晨，鞠心笛，徐伟.单板胶合弯曲构件在家具设计中的应用分析[J].艺术科技，2019，32（06）：50-51.

[8] 方芳，徐伟，吴智慧，唐先良，陈昌华，陈升.纳米SiO2添加量对水性木器涂料漆膜质量的影响[J].家具，2017，38（02）：26-30.

[9] 鄧朝霞，叶代勇，陈焕钦.影响水性紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯乳液性能的因素[J].中国皮革，2007，36（15）：46-50.

[10] 庄宏清，肖华. UV固化水性环氧树脂的合成研究[J].热固性树脂，2008，23（3）：14-19.

作者简介：李雯（1997—），女，本科在读。

通讯作者：闫小星（1981—），女，副教授，主要从事染色与涂料性能研究。