摘要：通過實驗，分析了影響消失模涂料常溫強度的主要因素，確定了不同因素的影響趨勢，找到了獲得最佳常溫強度的黏結劑的用量。本研究以消失模涂料的常溫強度為考察指標，分析其主要影響因素及影響趨勢，以期找到獲得最佳強度的黏結劑及其加入量。

1、實驗部分

1.1實驗原料及儀器

實驗原料：石英粉(200目，Si02≥99%，河南銳石投資集團有限公司)、鱗片石墨(100目，固定炭≥90%，青島天和達石墨有限公司)、白云母[白度≥85%，w(A1203)≥60%]、鈉基膨潤土(信陽市平橋區豫龍膨潤土廠)、Binda1 H(鞏義市永達化工有限公司)、丙烯酸酯膠黏劑(上海摩田化學有限公司)、PVA-205(廣州市淇盛化工有限公司)、BYK-141消泡劑(濟南森利源化工貿易有限公司)、六偏磷酸鈉(鄭州鴻祥化工有限公司)、1，2一苯并異噻唑啉一3-西同(廣州冠志化工有限公司)、脂肪醇聚氧乙烯西迷(濟南金輝化工有限公司)、軟水(自制)，所用原料均為工業級。

   實驗儀器：實驗室分散砂磨機(上海眾石機械有限公司)、電熱鼓風干燥箱(南通金石實驗儀器有限公司)、智能型砂強度機(無錫市三峰儀器設備有限公司)等。

 

1.2涂料樣品的制備

將鈉基膨潤土與水按質量比1：4混合，完全分散均勻，制得預處理凹凸棒土漿[5]。

將PVA-205與水在攪拌下按質量比1：5混合，然后加熱至80°C，使其完全溶解，制得PVA預處理液。

向分散罐中加入足量的水，然后加BYK-141消泡劑、1，2一苯并異噻座啉一3一西同和脂肪醇聚氧乙烯西迷，攪拌下加入六偏磷酸鈉、鈉基膨潤土漿和PVA預處理液，分散一定時間后，加Binda1 H、丙烯酸西言膠黏劑等黏結劑，分散一定時問后，加入石英粉、鱗片石墨以及白云母，分散均勻后，加適量水稀釋至一定波美度(°Be)，出料。

 

1.3涂料性能分析

    消失模涂料的常溫強度采用抗彎強度這一指標來表征，具體測量方法如下：加水將涂料稀釋至(60±2)°Be，充分攪拌均勻后，浸涂尺寸為25mmx25mmx172mm的EPS模樣試塊，然后放入預設溫度為55°C的電熱鼓風干燥箱中烘干。待試塊烘干后，重復上述浸涂操作，烘干后，放置至室溫，用智能型砂強度機測定試塊的抗彎強度(讀取試塊出現裂紋時的強度數據值)。

 

2、結果與討論

2.1消失模涂料強度影響因素篩選

消失模涂料的強度取決于其組分中的黏結劑，不同的黏結劑所起的黏結作用相差很大，為制得常溫強度高、附著性好的消失模涂料，必須篩選出黏結性能優良的黏結劑[6]。為此，對一些水性黏結劑展開涂膜實驗，其結果如表1所示。

粘結劑	實驗結果
PVA-205	強度一般，有較高的剛性
黃原膠	強度一般，附著性差
丙烯酸酯膠黏劑	強度低，附著性好
改性淀粉	附著性差，不穩定，易變質
糊精	附著性差
Binda1 H	強度高，圖層呈剛性，附著性一般

△表1：消失模涂料黏結劑的篩選實驗結果

由表1可見：丙烯酸酯膠黏劑能夠賦予涂層良好的附著力；Binda1 H能明顯提升涂層的剛性；糊精、改性淀粉等的附著性較差；PVA、黃原膠和聚醋酸乙烯乳液的強度低。

通過前期的篩選實驗，我們確定了三種對消失模涂料強度提升有明顯作用的黏結劑，它們分別為Binda1H、丙烯酸酯膠黏劑和PVA-205。其中Binda1 H對提升涂層的剛性有決定性作用，而丙烯酸酯膠黏劑對涂層的韌性有決定性作用。

 

2.2 Bindal H用量對消失模涂料性能的影響

為確定Binda1 H用量對消失模涂料抗彎強度的影響趨勢，將丙烯酸酯膠黏劑的用量固定為1%，PVA-205的用量固定為0.5%，Binda1 H用量分別取0、0.2%、0.5%、1.0%和2.0%，實施單因素實驗，結果見圖1。

 

由圖1可見：隨著Binda1 H用量的增加，涂料強度一直呈增加趨勢，且增幅非常明顯，當其用量達到1.2%時，強度增幅趨緩。合適的Binder H的用量為0.5%~1.5%。

2.3丙烯酸酯月交黏劑用量對消失模涂料性能的影響

同樣地，為確定丙烯酸酯膠黏劑用量對消失模涂料抗彎強度的影響趨勢，將Binda1 H的用量固定為1%，PVA-205的用量固定為0.5%，丙烯酸酯膠黏劑的用量分別取0、1.0%、2.0%、3.0%和5.0%，實施單因素實驗，結果見圖2。

 

 

由圖2可見：丙烯酸酯酸黏劑對抗彎強度的增加不如Binda1 H那么明顯，并且存在抗彎強度最高的最佳用量。不同于Binda1 H，丙烯酸酯膠黏劑主要是從影響涂料的韌性方面來增加涂料的強度，而韌性超過一定值后，強度降低。合適的丙烯酸酯膠黏劑的用量為1%~3%。

2.4正交實驗一一消失模涂料常溫強度的優化

經過上述實驗及分析，初步確定了黏結劑的大致水平。為使涂料強度達到最高，確定各主要組分的最佳加入比例，將配比最優化，選用Binda1 H、丙烯酸酉言膠黏劑和PVA-205三個因素，各取三個水平，另加一個空白列以消除實驗誤差，列出因素水平表，如表2所示。

表2因素水平表

水平	因素
	Binda1  H	空白列	丙烯酸酯膠黏劑	PVA-205
	A	B	C	D
水平1	0.5	1	1.0	0.3
水平2	1.0	2	2.0	0.5
水平3	1.5	3	3.0	0.7

 

根據以上因素水平表，設計如表3所示的正交實驗表，取抗彎強度作為考察指標，并實施實驗，然后對實驗結果用極差分析法進行分析。實驗結果及結果分析如表3、表4所示。

 

表3Lg(34)正交實驗表及實驗結果

實驗號	BindalH/%	空白列	丙烯酸酯膠黏劑/%	PVA-205/%	抗彎強度/MPa
	A	B	C	D
1	1（0.5）	1（-）	1（1.0）	1（0.3）	1.493
2	1	2（-）	2（2.0）	2（0.5）	2.147
3	1	3（-）	3（3.0）	3（0.7）	1.541
4	2（1.0）	2	1	3	1.737
5	2	3	2	1	1.927
6	2	1	3	2	1.268
7	3（1.5）	3	1	3	2.713
8	3	1	2	2	2.381
9	3	2	3	1	2.986

 

表4Lg(34)正交實驗結果分析

檢測性能	BindalH	空白列	丙烯酸酯膠黏劑	PVA-205	實驗結果
	A	B	C	D
K1	1.727	1.981	1.714	2.159	因素主次結果
K2	1.644	2.151	2.313	2.042	A＞C＞D
K3	2.717	1.955	2.060	1.886	優組合（望大）
極差（R）	1.073	0.196	0.600	0.273	A3C2D1
排序	1	4	2	3

由表4中不同因素的R值（極差）大小可知，對消失模涂料抗彎前度的影響因素順序為：BindalH＞丙烯酸酯膠黏劑＞PVA-205。圖3是消失模涂料抗彎強度的主效應圖。

由圖3可見：隨著Binda1 H用量的增加，抗彎強度先降低，后明顯增加；隨著丙烯酸酯膠黏劑用量的增加，抗彎強度先增加，達到最高值后又降低；隨著PVA-205用量的增加，抗彎強度呈下降趨勢，但變化不明顯。不考慮這三個因素間的交互作用，抗彎強度越大越好。考察目標抗彎強度取最大值，最佳水平組合為A3C2D，，即Binda1 H用量為1.5%，丙烯酸酯膠黏劑用量為2.0%，PVA-205用量為0.3%。

 

3、結語

（1）通過實驗確定了對消失模涂料強度提升有明顯作用的三種黏結劑，分別為Binda1 H、丙烯酸酯膠黏劑和PVA-205。其中Binda1 H對提升涂層的剛性有決定性作用，丙烯酸酯膠黏劑對涂層的韌性有決定性作用。

（2）取Binda1 H用量為1.5%，丙烯酸酯膠黏劑用量為2.0%，PVA-205用量為0.3%，所配制的消失模涂料具有最佳的抗彎強度。

來源：制造微聯盟公眾號，版權歸作者所有