塗料調製實驗

一、 竹炭塗料設計開發流程

圖4.4 竹炭塗料設計開發流程

二、 竹炭塗料調製試驗

本調製試驗係以360mesh 以及 1000mesh 兩種不同細度竹炭與(水性) 塗料進行分散劑調製，探討不同竹炭粉末細度添加於塗料中對於塗料性

等3 種水性塗料之樹脂系統進行實驗，分別添加 5%之 360mesh/1000mesh 竹炭粉末觀察其分散情形。由於以醇酸樹脂(Alkyds)與環氧樹脂(Epoxys) 系統作為塗料時，產生嚴重之結塊現象，因此以壓克力樹脂(Acrylics)乳膠 漆作為基底塗料。壓克力乳膠漆之塗料一般性質如下列所示。

＊ 遮蓋力：12.5m²/L 以上

＊ 重量：1.4kg/L 以上

＊ 粘度：75-100KU (25℃)

＊ 乾燥時間：指觸1/2 小時以內；堅結 1hr 以內

＊ 漆膜厚度：濕膜100µ；乾膜 40µ

＊ 理論塗佈量：38.0m²/Gal；10.0m²/L；7.1m²/L

在調製試驗過程中分別添加 5%、10%、15%、20%、25%、30%五種 不同比例之竹炭粉末(重量百分比)，實驗過程中發現 360mesh 以及 1000mesh 這 2 種不同細度之竹炭粉末，當添加超過 15%之竹炭比例時，

會產生結塊現象。

過高之竹炭濃度會造成竹碳粉末分散效果不佳以及樹脂系統之穩 定性降低等問題，但為使竹炭塗料中竹炭之功能性提高，則須選擇較高 百分比之竹炭添加量。考量之下，竹炭塗料試驗中以10% 作為竹炭添加 之最適比例含量。

接下來，以 10% 添加比例之竹炭塗料進行不同材質試片之竹炭塗 料製作以及竹炭塗料相關性能檢測。

三、 竹炭塗料試片製作

為了瞭解竹炭塗佈於不同材質上之情況，進行竹炭塗料之試片製 作，選擇木板、矽酸鈣板、石膏板、玻璃板、鋼板等不同材質進行竹炭 塗料之試片製作。竹炭塗料試樣之選取根據以下之原則：

＊ 須經過攪拌均勻者才進行取樣

＊ 不從上層部分取樣

＊ 不從用過殘存之溶液中取樣

＊ 不從被污染之容器中取樣

＊ 不從已變質中取樣

＊ 開罐前事先除去蓋上灰塵及污垢

＊ 取用前先使用攪拌棒探查是否發生沉澱、分離或結皮現象

四、竹炭塗料塗膜系列性質分析

(一) 光澤性(Gloss)：依據 ASTM D523 漆膜光澤度測試標準，依光源投射 之角度20°、60°、85°，與標準樣品比較，共取三片試片，每片 各取三點數據作平均，360mesh 之竹炭塗料依序為 0.2、1.1、1.4；

1000mesh 之竹炭塗料則為 0.2、1.4、1.7，顯示竹炭塗料屬於低光澤 性之塗料。

(二) 漆膜耐磨試驗：採用 ASTM D968 落砂試驗進行竹炭塗料之耐磨試 驗，360mesh 之竹炭塗料與 1000mesh 之竹炭塗料試驗結果相同，當 落砂量為60 公升以上時，竹炭塗層開始遭受破壞。

(三) 漆磨厚度測定：依據 ASTM D1186 磁力測厚法進行塗膜厚度測定，

共取三片試片，每片試片各取四角及中心點五區域進行檢測，每區 域各取六點測試值，並取其平均值，360mesh 之竹炭塗層膜厚平均 值為41.08µ；1000 mesh 之竹炭塗層膜厚平均值為 40.49µ。

(五) 漆膜鉛筆硬度試驗：此測試項目為竹炭塗料之塗膜柔軟性測試，測 試標準依據 ASTM D3363 鉛筆硬度試驗法，試驗結果 360mesh 與 1000mesh 之竹但塗料測試結果均相同，其柔軟度皆小於 6B，並以 第四項漆膜彎曲試驗及第六項衝擊試驗相佐，認定其柔軟性極佳。

(六) 漆膜衝擊試驗：此試驗方法根據 ASTM D2794 試驗，試驗結果顯示 竹碳塗層具有極佳之耐衝擊性，無論360mesh 或 1000mesh 之塗層，

均可承受超過極限值80in/lb 之衝擊試驗，無任何剝落或龜裂現象產 生。

(七) 漆膜附著力測試：依據 ASTM D3359 採用 1mm 百目方格試驗，以標 準刮刀劃樣品，再以標準膠布貼上後撕開，檢視其方格剝落情形，

由於附著力測試結果與試片背材有相當大之關聯性，因此選擇木 板、矽酸鈣板、石膏板、玻璃、鋼板進行試驗，此試驗項目結果顯 示360mesh 與 1000mesh 檢測結果相同，竹炭塗料對於木板之附著性 約為 80~85%；竹炭塗料對於矽酸鈣板之附著性約為 85~90%；竹炭 塗料對於石膏板之附著性約為 85~90%；竹炭塗料對於玻璃板之附 著性約為 90~95%；；竹炭塗料對於鋼板之附著性約為 85~90%，顯 示竹炭塗料對於木板、矽酸鈣板、石膏板、玻璃、鋼板之附著性均 佳(附著性皆在 80%以上)，其中木板附著性稍低之原因為，此木板 為合成之三夾板，於切割時即影響木板本身之合成性，並於橫切時 會將對角之木料切割，故造成外力破壞，其原因可由光滑之鋼板及 玻璃板推論得之。

(八) 耐溫濕性測試：依據 ASTM D2247 進行耐溫濕性測試(100%RH)，連續 進行2000 小時耐溫濕性循環測試，360meh 以及 1000mesh 之竹炭塗 層皆未出現任何起泡、剝落以及粉化現象。

表4.3 竹炭塗料塗膜系列性質分析結果

試驗結果

試驗項目 試驗方法

360mesh 1000mesh 光澤度(20°,60 ,° 85°) ASTM D523 0.2、1.1、1.4 0.2、1.4、1.7 漆膜耐磨試驗(落砂試驗) ASTM D968 60 公升 60 公升

漆磨厚度測定 ASTM D1186 41.08µ 40.49µ

漆膜彎曲試驗 ASTM D4145 1T 1T

漆膜鉛筆硬度試驗 ASTM D3363 ＜6B ＜6B 漆膜衝擊試驗 ASTM D2794 ＞80in/lb ＞80in/lb

木板 80~85% 80~85%

矽酸鈣板 85~90% 85~90%

石膏板 85~90% 85~90%

玻璃板 90~95% 90~95%

漆膜附著力測 試

鋼板

ASTM D3359

85~90% 85~90%

耐溫濕性測試(100%RH) ASTM D2247 ＞2000hr ＞2000hr

0.75

將竹炭粉末(360mesh 及 1000mesh) 塗佈於木板、矽酸鈣板、石膏板、

玻璃等不同材質作成試片後，再進行遠紅外線放射率實驗。本實驗以恆 溫系統進行實驗，達溫度平衡後十分鐘進行測試。

測試溫度條件：36℃、60℃

測試樣品：360mesh、1000mesh 之竹炭粉末原料與 5×5cm2 竹炭塗料 試片

測試波長範圍：1µ~15µ

遠紅外線放射率結果分別如圖4.5 及 4.6，實驗結果顯示，無論是竹 炭粉末或是竹炭塗料皆具有相當不錯之遠紅外線放射率，且竹炭塗料之 遠紅外線放射能力較原竹炭粉末強，而與其背板材之相關性較小，大致 來說，竹炭粉末細度為1000mesh 之竹炭塗料較 360mesh 為高，但其差異 並不顯著。

圖4.5 竹炭塗料(360mesh)遠紅外線平均放射率結果