韓璐嬌

（咸陽師范學(xué)院 音樂學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

鋼琴是現(xiàn)在常用的一種樂器，因音質(zhì)通透亮麗，奏樂時具有極強(qiáng)的脈動感，受到很多人的喜歡?，F(xiàn)代鋼琴主要以木材為主體結(jié)構(gòu)，一旦造成損傷，難免影響其美觀。傳統(tǒng)的鋼琴修復(fù)材料因附著力低，光澤度差，給鋼琴的修復(fù)帶來一定困難。因此，尋找一種新型的鋼琴修復(fù)材料，對提升鋼琴修復(fù)品質(zhì)具有重要價值。閆小星嘗試運(yùn)用聚合法將材料制備成微膠囊，使材料間結(jié)合更為緊密，提升修復(fù)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(fù)材料的表干時間和附著力。以上研究雖提升了修復(fù)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(fù)材料。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

本試驗(yàn)所用材料為：水性UV聚氨酯（佛山盛創(chuàng)達(dá)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(fā)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(xué)制品有限公司，AR）、有機(jī)硅雙生結(jié)構(gòu)表面活性劑（佛山市順德區(qū)三升貿(mào)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(yàn)所用設(shè)備為：磁力攪拌機(jī)（上海凌科實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，DF-101T）、自動涂膜機(jī)（東莞博萊德儀器設(shè)備有限公司，BLD-XF6025）、鉛筆硬度計(jì)（深圳市山禾檢測設(shè)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(shí)體顯微鏡（上海普丹光學(xué)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(fēng)干燥器（常州市鵬棟干燥設(shè)備、CT-C）。

1.2 試驗(yàn)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(jī)中，以500 r/min轉(zhuǎn)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(zhì)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(xù)攪拌10 min；然后加入光引發(fā)劑2959，引發(fā)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(xù)攪拌10 min；然后加入0.1%的有機(jī)硅雙聲結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)其濃度，攪拌10 min后出料。制備的涂料固質(zhì)量分?jǐn)?shù)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?zhàn)樱坎剂繛?0 g/m，待板材膩?zhàn)痈稍锖螅?50砂紙對其進(jìn)行打磨，然后再次輥涂膩?zhàn)?，待其達(dá)到半固化狀態(tài)后，用400再次進(jìn)行打磨，并清理打磨產(chǎn)生的粉塵。

（3）將處理好的板材置于BLD-XF6025型自動涂膜機(jī)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(shí)驗(yàn)》中劃格法測定對涂膜附著力進(jìn)行測定，具體步驟如下：

（1）將涂膜均勻平鋪在經(jīng)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(jié)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)鉛筆芯的鉛筆裝入SH-QHQ-Y3型鉛筆硬度計(jì)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(jìn)行測定。

1.3.4 干燥時間測定

用CT-C型熱風(fēng)干燥器對試件進(jìn)行干燥，每一次干燥循環(huán)時間為2 min，8次干燥循環(huán)后稱量試件的重量變化。

1.4 鋼琴修復(fù)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(xué)基團(tuán)的變化，具體步驟為：將涂料根據(jù)需求制備成標(biāo)準(zhǔn)試件，然后置于YM-1型傅里葉紅外變換光譜下，對其化學(xué)基團(tuán)的變化進(jìn)行測定。

1.4.2 光學(xué)顯微鏡修復(fù)分析

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

2 結(jié)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(dá)到1級，該結(jié)果證實(shí)了，制備的試件的附著力符合相關(guān)要求。隨涂布量的增加，試件光澤度表現(xiàn)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(dá)94.70°；在2時，鉛筆硬度等級最低，為HB，其實(shí)試件達(dá)到2HB；出現(xiàn)以上現(xiàn)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(chǎn)生影響。在揮發(fā)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(nèi)層水分，給水分揮發(fā)造成一定影響，對涂膜性能產(chǎn)生影響。綜合各方面性能考慮，選擇涂膜厚度為60 μm繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。

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(yuǎn)大于實(shí)干時間，因此用于實(shí)際修復(fù)過程中，前幾道工序選用表干時間，最后一道工序選擇實(shí)干時間，可節(jié)省修復(fù)時間。在35～45 ℃溫度范圍內(nèi)，涂膜外觀質(zhì)量表現(xiàn)良好的；當(dāng)溫度繼續(xù)提升至55 ℃時，涂膜表面出現(xiàn)的針孔現(xiàn)象，附著力和硬度也隨之下降；繼續(xù)提升溫度，在涂膜表面出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象。這就說明使用該涂料進(jìn)行木材表面涂布時，對涂層進(jìn)行干燥，溫度最好不超過55 ℃。

2.3 紅外分析結(jié)果

圖1為涂料涂布前后木材化學(xué)基團(tuán)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(xiàn)平面彎曲振動和伸縮振動，分別對應(yīng)—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(jù)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(yīng)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(dāng)涂料覆蓋木材時，羧酸與木材中羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使之結(jié)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(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)出涂料特征吸收峰。

2.4 光學(xué)顯微修復(fù)結(jié)果

圖2為實(shí)體顯微鏡下不同涂布量對板材修復(fù)情況。

圖2 涂布量對板材修復(fù)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(dāng)涂布量增加至60 g/m時，表面缺陷幾乎已經(jīng)被修復(fù)完全，將顯微鏡焦距放大至500 μm時，可以看到管孔槽已經(jīng)被基本填充，但還是存在起泡缺陷。

3 結(jié)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(yùn)用鋼琴修復(fù)中，得到以下結(jié)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(xiàn)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(fā)生變化；隨溫度的增加，涂膜干燥時間隨之縮短，全干時間遠(yuǎn)大于實(shí)干時間。在實(shí)際修復(fù)過程中，可合理利用其干燥時間縮短工序時間。當(dāng)干燥溫度增加至55 ℃時，涂膜表面出現(xiàn)針狀小孔。繼續(xù)提升溫度，涂膜表面開始出現(xiàn)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(fù)效果帶來影響；

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

（4）通過實(shí)體顯微鏡觀察涂料對木材的修復(fù)情況，結(jié)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(jìn)行有效修復(fù)，但是在修復(fù)處仍舊存在一定的小氣泡，還需繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。