快干型水性鋼琴修復涂料制備及性能試驗

韓璐嬌

（咸陽師范學院 音樂學院，陜西 咸陽 712000）

鋼琴是現在常用的一種樂器，因音質通透亮麗，奏樂時具有極強的脈動感，受到很多人的喜歡?，F代鋼琴主要以木材為主體結構，一旦造成損傷，難免影響其美觀。傳統的鋼琴修復材料因附著力低，光澤度差，給鋼琴的修復帶來一定困難。因此，尋找一種新型的鋼琴修復材料，對提升鋼琴修復品質具有重要價值。閆小星嘗試運用聚合法將材料制備成微膠囊，使材料間結合更為緊密，提升修復材料的整體性能；張銀華通過對溶劑的篩選和助劑的添加，提升了修復材料的表干時間和附著力。以上研究雖提升了修復材料性能，但仍有一定提升空間，因此，本文嘗試以水性UV聚氨酯為原料，制備一種快干型的鋼琴修復材料。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

本試驗所用材料為：水性UV聚氨酯（佛山盛創達化工有限，1/2）、聚硅氧烷混合物（北京度辰新材料股份有限公司，AR）、光引發劑2959（2-羥基-4-（2-羥乙氧基）-2-甲基苯丙酮，武漢峰耀同輝化學制品有限公司，AR）、有機硅雙生結構表面活性劑（佛山市順德區三升貿易有限公司，AR）、消光粉 ED30（東莞市鼎信塑膠原料有限公司，AR）

本試驗所用設備為：磁力攪拌機（上海凌科實業發展有限公司，DF-101T）、自動涂膜機（東莞博萊德儀器設備有限公司，BLD-XF6025）、鉛筆硬度計（深圳市山禾檢測設備有限公司，SH-QHQ-Y3）、光澤度儀（深圳市威福光電科技有限公司，WG68）、實體顯微鏡（上海普丹光學儀器有限公司，XDC-10A）、傅里葉變換紅外光譜儀（津工儀器科技（蘇州）有限公司，YM-1）、熱風干燥器（常州市鵬棟干燥設備、CT-C）。

1.2 試驗步驟

1.2.1 水性UV涂料制備

（1）將水性UV聚氨酯1與水性單體混合均勻后，置于DF-101T型磁力攪拌機中，以500 r/min轉速緩慢攪拌。在攪拌過程中，緩慢添加一定量分散劑，使之混合均勻；

（2）攪拌一段時間后，向溶液中緩慢添加0.2%的聚硅氧烷混合物作為消泡劑，攪拌5 min。然后加入一定質量的填料，并將攪拌速度提升至1 000 r/min，攪拌時間為10 min；

（3）在混合溶液慢慢添加消光粉ED30，繼續攪拌10 min；然后加入光引發劑2959，引發劑添加量為2%；將攪拌速度緩慢降至800 r/min，攪拌時間為5 min；

（4）將水性UV聚氨酯2緩慢加入溶液中，將攪拌速度降至600 r/min，持續攪拌10 min；然后加入0.1%的有機硅雙聲結構表面活性劑作為潤濕劑，攪拌時間為5 min；最后加入一定量去離子水，調節其濃度，攪拌10 min后出料。制備的涂料固質量分數為70%。

1.2.2 試樣涂布制備

（1）提 前 將 板 材 制 成 尺 寸 為300 mm×200 mm×20 mm試件，并通過打磨擦拭，使其表面保持平整光滑干凈。

（2）在板材輥涂一層水性UV膩子，涂布量為30 g/m，待板材膩子干燥后，用350砂紙對其進行打磨，然后再次輥涂膩子，待其達到半固化狀態后，用400再次進行打磨，并清理打磨產生的粉塵。

（3）將處理好的板材置于BLD-XF6025型自動涂膜機中，采用一次涂膜方式將涂料涂布于板材上，得到涂布試樣。

1.3 性能測試

1.3.1 附著力測試

參照《色涂料和清涂料的涂膜劃格實驗》中劃格法測定對涂膜附著力進行測定，具體步驟如下：

（1）將涂膜均勻平鋪在經過處理的板材上，然后用小刀在板材上將涂膜分割成尺寸為2 mm×2 mm小格，在分割時要注意每一刀都要將涂膜劃透，避免對測試結果造成影響；

（2）用膠帶輕輕覆貼于涂膜表面，然后用力將膠帶撕下，觀察涂膜被膠帶扯掉的情況。涂膜掉落量為0時，判定為0級；當涂膜掉落量小于5%時，判定為1級；掉落量為5%～15%時，判定為2級；掉落量為15%～35%時，判定為3級；掉落量為35%～65%時，判定為4級；掉落量超過65%時，判定為5級。超過4級時，判定該涂料不合格。

1.3.2 涂膜硬度測試

參照《色涂料和清涂料鉛筆法測試涂膜硬度》測定涂膜硬度，具體過程為：將標準鉛筆芯的鉛筆裝入SH-QHQ-Y3型鉛筆硬度計中，然后控制鉛筆在涂膜上留下劃痕，觀察涂膜劃痕情況。

1.3.3 光澤度測試

參照《不含金屬顏料的色漆涂膜的鏡面光澤的測定》用WG68型光澤度儀對其光澤度進行測定。

1.3.4 干燥時間測定

用CT-C型熱風干燥器對試件進行干燥，每一次干燥循環時間為2 min，8次干燥循環后稱量試件的重量變化。

1.4 鋼琴修復性能表征

1.4.1 紅外光譜測試

選用衰減反射法測定聚氨酯丙烯酸酯涂料中化學基團的變化，具體步驟為：將涂料根據需求制備成標準試件，然后置于YM-1型傅里葉紅外變換光譜下，對其化學基團的變化進行測定。

1.4.2 光學顯微鏡修復分析

用板材模擬鋼琴損傷處，用不同涂布量涂料對其進行修復，然后用實體顯微鏡對其進行表征，觀察其修復情況。

2 結果與討論

2.1 涂布量對涂膜性能的影響

表1為涂布量對涂膜附著力的影響。

表1 涂布量對涂膜附性能影響Tab.1 Effect of coating amount on properties of film adhesion

由表1可知，所有試件附著力都沒有超過2級，3～4試件附著力達到1級，該結果證實了，制備的試件的附著力符合相關要求。隨涂布量的增加，試件光澤度表現出先增加后減小趨勢；而硬度等級改變不大。在3時，光澤度最高可達94.70°；在2時，鉛筆硬度等級最低，為HB，其實試件達到2HB；出現以上現象的原因是涂膜干燥的過程中，水分干燥程度和殘留水對涂膜性能產生影響。在揮發過程中，乳膠離子干燥相對較快，就會在表面堆積形成薄膜，鎖住內層水分，給水分揮發造成一定影響，對涂膜性能產生影響。綜合各方面性能考慮，選擇涂膜厚度為60 μm繼續進行試驗。

2.2 溫度對涂膜性能的影響

表2為不同溫度下，涂膜厚度為60 μm的試件涂膜性能變化。

表2 溫度對涂膜性能的影響Tab.2 Effect of temperature on properties of film

由表2可知，溫度對涂料干燥時間影響明顯，隨溫度的增加，涂料的干燥試件隨之縮短；溫度提升至65 ℃時，干燥試件縮短一半。同時，涂料全干時間遠大于實干時間，因此用于實際修復過程中，前幾道工序選用表干時間，最后一道工序選擇實干時間，可節省修復時間。在35～45 ℃溫度范圍內，涂膜外觀質量表現良好的；當溫度繼續提升至55 ℃時，涂膜表面出現的針孔現象，附著力和硬度也隨之下降；繼續提升溫度，在涂膜表面出現鼓泡現象。這就說明使用該涂料進行木材表面涂布時，對涂層進行干燥，溫度最好不超過55 ℃。

2.3 紅外分析結果

圖1為涂料涂布前后木材化學基團的改變情況，其中：（a）為木材和涂料的FTIR圖像；（b）為木材和不同涂料涂布量的FTIR圖像。由圖1（a）可知，在1 554、818 cm處出現平面彎曲振動和伸縮振動，分別對應—NH和—NH的特征峰，這就說明在本文制備的涂料中有N元素的存在，也能根據N元素判斷涂膜的滲透深度；在1 186、1 079、907 cm處皆有彎曲振動，分別對應C—O、醚健中C—O的伸縮振動和酸中—OH面外彎曲振動，這就說明涂膜中有羧酸存在。當涂料覆蓋木材時，羧酸與木材中羥基發生化學反應，使之結合得更為緊密；在1 726、1 672 cm處分別有羰基C—O和不飽和酸C——O伸縮振動特征峰出現，這就證明了涂膜中有氨基甲?；嬖?。

圖1 木材涂布前后FTIR光譜Fig.1 FTIR spectrum of wood before and after coating

由圖1（b）可知，隨涂布量的增加，聚氨酯丙烯酸酯特征峰慢慢開始變得明顯；與圖1（a）相比，涂布量為12 g/m和涂布量為60 g/m的曲線在1 674 cm、1 554和1 184 cm處分別出現不飽和酸中C—O伸縮振動吸收峰、—NH的伸縮振動吸收峰和CO伸縮振動峰。這就說明涂料成功覆蓋在木材表面，并表現出涂料特征吸收峰。

2.4 光學顯微修復結果

圖2為實體顯微鏡下不同涂布量對板材修復情況。

圖2 涂布量對板材修復情況Fig.2 Repair condition of plate with different coating amount

由圖2可知，隨涂布量的增加， 涂膜的表面慢慢變得光滑平整。當涂布量增加至60 g/m時，表面缺陷幾乎已經被修復完全，將顯微鏡焦距放大至500 μm時，可以看到管孔槽已經被基本填充，但還是存在起泡缺陷。

3 結語

本文以水性UV聚氨酯為主要原料制備快干型水性光固化聚氨酯丙烯酸酯木器涂料，通過對其附著力、硬度、光著度的研究，得到最佳干燥溫度和最佳涂布量，最后將其運用鋼琴修復中，得到以下結論：

（1）涂布量對涂料性能有一定影響，隨涂布量的增加，涂料硬度下降，附著力和光澤度皆表現出先增加后下降趨勢。在涂膜厚度為60 μm時，涂料綜合性能最佳，因此選擇涂膜厚度為60 μm；

（2）隨干燥溫度的增加，涂膜性能和干燥時間逐漸發生變化；隨溫度的增加，涂膜干燥時間隨之縮短，全干時間遠大于實干時間。在實際修復過程中，可合理利用其干燥時間縮短工序時間。當干燥溫度增加至55 ℃時，涂膜表面出現針狀小孔。繼續提升溫度，涂膜表面開始出現小氣泡。因此使用該涂料時，干燥溫度最好超過55 ℃，避免給涂料修復效果帶來影響；

（3）紅外光譜分析涂料涂布后樣品，結果表明：在1 186、1 079、907 cm處皆有彎曲振動，分別對應C—O、醚健中C—O的伸縮振動和酸中—OH面外彎曲振動，證實涂膜中有羧酸存在，羧酸與木材中羥基發生反應，利于兩者結合；在1 674、1 554、1 184 cm處分別出現不飽和酸中C—O伸縮振動吸收峰、—NH的伸縮振動吸收峰和CO伸縮振動峰，證實涂膜成功覆蓋在木材表面；

（4）通過實體顯微鏡觀察涂料對木材的修復情況，結果表明快干型水性光固化聚氨酯丙烯酸酯對木材損傷處可進行有效修復，但是在修復處仍舊存在一定的小氣泡，還需繼續進行優化。