【研究報告】廟宇彩繪層保護用聚胺基甲酸酯塗料之研發及實地 … ·...

廟宇彩繪層保護用聚胺基甲酸酯塗料之研發及實地耐煙燻性質

游華萃 You, Hua-cuei i

夏滄琪 Shiah, Tsang-chyi ii 黃金城 Huang, Jin-cheng iii 阮巽雯 Juan, Sun-wun iv

【研究報告】

廟宇彩繪層保護用聚胺基甲酸酯塗料之研發及實地耐煙燻性質 Development of Polyurethane Protective Coatings for Temple Enamel Layers and its Field Soot Resistant Properties

摘要

本研究以多元醇與異氰酸酯，並依不同 NCO/OH 莫耳比（R 值），添加

改質劑及添加劑調配成不同 PU 樹脂系塗料 (polyurethane,PU)，並評估其疏

水及疏油性能。所篩選出最佳的塗料配方為多元醇 [聚碳酸酯 (PC)：間苯

二甲酸聚酯（IPA）：三羥甲基丙烷（TMP）=20：20：60] 與異氰酸酯 [異

佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）：六亞甲基二異氰酸酯三聚體（HDI）=30：70)]依 R1.3 混合，並分別添加 3% 聚二甲基矽氧烷（PDMS）（配方 P3）及 3% CATAL-10（配方 C3）獲得疏水、疏油性最佳。又由塗膜性質試驗知，P3 及

C3 塗料在硬度、玻璃轉移點（Tg）、疏水及疏油性皆較市售 1-3 種塗料、

LA81 及 B72 性質為佳。

實地煙燻老化試驗結果顯示，煙燻汙染物擦拭前後顏色變化以 P3 及 C3具有最低的色差，及最高的光澤保留率，經擦拭後的表面幾乎無髒汙的殘

留，顯示 P3 及 C3 有優異的清潔能力，而市售塗料擦拭後的表面皆有明顯的

髒污殘留，其中 LA81 具有最大的色差及最差的光澤保留率，其黃色煙燻汙

染物殘留嚴重，不適合用於會煙燻破壞的場所。

綜合以上試驗結果得知， P3 及 C3 的各項性質較市售塗料及傳統文物維

護塗料佳，符合做為用於廟宇彩繪層的保護塗料之要求。

關鍵字：彩繪、疏水性、疏油性、煙燻汙染物、聚胺基甲酸酯樹脂

i

ii

iii

iv

國立嘉義大學木質材料與設計學系碩士國立嘉義大學木質材料與設計學系副教授（[email protected]）國立嘉義大學木質材料與設計學系名譽教授國立嘉義大學木質材料與設計學系兼任助理教授

收件日期：2017/09/01；接受日期：2018/04/18

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文化資產保存學刊 / 第 43 期 / 2018.03 / 頁 35-52

Abstract

In this study, the polyurethane resin coatings (PU) used were made from polyols and isocyanates with different NCO / OH molar ratios (R value) then had modifiers and additives added, to evaluated their hydrophobicity and oleophobicity. The coating formulas that had best hydrophobicity and oleophobicity were polyols [Polycarbonyl(PC):Polyisophthalic polyester(IPA): Trimethylolpropane(TMP) = 20: 20: 60]mixed with isocyanate [Isophorone diisocyanate(IPDI):Hexamethylene diisocyanate Trimer(HDI) = 30:70] in R1.3, adding modifiers for 3% Dihydroxy-terminated polydimethylsiloxane(PDMS) (formula P3) and 3% CATAL-10 (formula C3) respectively. The properties of P3 and C3 coating were better than those of commercial coatings 1-3, LA81, and B72 in hardness, glass transition temperature (Tg), hydrophobicity and oleophobicity.

The field soot aging test results showed that the P3 and C3 coatings had the lowest color difference and the highest gloss retention, and demonstarted excellent cleaning ease for residues of soot contaminants after wiping. However, after wiping the surface of the commercial coatings, there was still residual soot contaminations. The LA81 coating had largest color difference and the poorest gloss retention, containing a visible residual of yellow from soot contaminants.

According to the above test results, the properties of P3 and C3 were better than those of commercial coatings and the coatings for traditional cultural relics,conforming with requirements of protective coatings of paintings in temples.

Keywords: Painting, Hydrophobicity, Oleophobicity, Soot contaminants, Polyurethane resin

i Master, Department of Wood Based Materials and Design, National Chiayi University ii Associate Professor, Department of Wood Based Materials and Design, National Chiayi University ([email protected]) iii Professor, Department of Wood Based Materials and Design, National Chiayi University iv Assistant Professor, Department of Wood Based Materials and Design, National Chiayi University

Received Date : 2017/09/01; Accepted Date : 2018/04/18

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一、前言

廟宇文化中焚香祝禱為寺廟信徒與

神明溝通的重要儀式，香火鼎盛更為廟

宇的主要象徵，燃燒線香會產生氣態、

固態及液態汙染物（Fang et al., 2002；

Mohan et al., 2006），使寺廟彩繪層受到

煙燻汙染，遮蔽廟宇彩繪層表面，降低

其美感，不易清潔，其中煙燻污染物中

的硫化物若與濕氣結合則形成酸性物質，

進而破壞彩繪層，因此近年來臺灣廟宇

古蹟建築彩繪木構件修復後會再使用保

護塗料，歐美國家修復保護塗料主要是

使用已通過耐候性實驗認證的高分子壓

克力合成樹脂（Paraloid®B-72）與脲醛樹脂

（Laropal®A81），臺灣則是採用壓克力

樹脂作為保護層（段至尚，2011）。脲

壓克力樹脂之耐候性、耐酸鹼性及

硬度雖佳，但因其透光性極佳，不具抵抗

UV 穿透的能力，造成彩繪層受到光線影

響而劣化，且固態及液態汙染物附著於表

面，若以溶劑類、溶劑凝膠及無水清洗類 -

膏狀乳膠等物質進行塗料清潔，依舊會有

煙燻殘留降低美感或造成塗膜損壞等問

題（段至尚，2011；Wendler, 2009）。為

能有效移除煙燻汙染物，因此塗膜表面之

疏油性極為重要，疏油性評估是以乙二

醇做為油性物質代表，測定乙二醇於塗

膜表面接觸角大於 90°，代表具疏油性。

影響疏油性主要有化學組成、粗糙

度及凹面曲率等三個因子，在化學組成方

面，主要跟成分官能性有關，其中含氟

及含矽結構者對疏油性有最明顯的效果，

但基於環境保護的要求，近年來對於非氟

系疏油性塗料的研究越受重視，主要應用

在自潔、防結冰、防結霧、防汙與阻力的

降低等用途，疏油性塗料主應用於工業、

農業及海洋防汙領域，目前尚無應用於古

蹟修復之相關案例（Yao et al., 2011; Sun et al., 2011; Bhushan and Jung, 2011）。

本研究主要是以多元醇：聚碳酸酯

樹脂、間苯二甲酸聚酯樹脂、三羥甲基

丙烷樹脂依固定之莫耳比（PC：IPA：

TMP=20：20：60）混合後與異氰酸酯：

六亞甲基二異氰酸酯三聚體、異佛爾酮二

異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯

二異氰酸酯等異氰酸酯，並依不同 NCO/OH 莫耳比（R 值），添加改質劑及添加

劑調配成 PU 樹脂系塗料，再加入自由基

捕捉劑及紫外線吸收劑，製成廟宇彩繪層

的非氟系疏油保護塗料，進而測定其疏水

油性、可逆性、煙燻老化性，期望研發出

符合環境友善且具有優良性能的彩繪層

保護塗料，提升傳統彩繪層塗料之自潔

性能，並藉以減少歷史建築及古蹟彩繪

層維護的工序，延長建物彩繪的耐久性，

進而節省維護之費用。

二、材料與方法

（一）試驗材料

1. 試驗藥劑

聚碳酸酯（Polycarbonyl，簡稱 PC），間

苯二甲酸聚酯（Polyisophthalic polyester，簡

稱 IPA），三羥甲基丙烷（Trimethylolpropane，

簡稱 TMP），異佛爾酮二異氰酸酯（Isophorone diisocyanate，簡稱 IPDI），二苯基甲烷二

異氰酸酯（Methylenediphenyl diisocyanate，

簡稱 MDI），甲苯二異氰酸酯（Toluene diisocyanate，簡稱 TDI），CATAL-10（矽樹

脂），UVA〔2-（2'-Hydroxy-5'-t-octylphenyl）-

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benzotriazole〕，受阻胺光安定劑（Hindered amine light stabilizer，簡稱 HALS），二月

桂酸二丁基錫（Dibutyltin dilaurate, DBTL，

簡稱 T12），以上試驗材料由嘉太材料股份

有限公司提供。六亞甲基二異氰酸酯三聚體

（Hexamethylene diisocyanate Trimer，

簡稱 HDI）及聚二甲基矽氧烷（Dihydroxy-terminated polydimethylsiloxane，簡稱 PDMS）

購自安鋒實業股份有限公司。市售

Paraloid®B-72 塗料（簡稱 B72），購自

羅門哈斯化學工業股份有限公司。市售

Laropal®A81 塗料（簡稱 LA81），購自

巴斯夫股份有限公司。虹牌水性水泥漆

塗料（406- 白、#458 橙黃、#420-25 洋紅、

#490 黑色、#420-47 孔雀藍、#420-6 彩

綠），購自永記造漆工業股份有限公司。

2. 塗裝試材

杉木 (Cunninghamia lanceolata) 基材，

試片規格 12×7×0.6 cm，作為評估木質塗

裝材之接觸角及可逆性等性能之試材。

試片規格 11×7×0.6 cm，作為評估木質塗

裝材廟宇實地煙燻老化試驗之試材。

（二）試驗方法

1. 塗料調配

使用多元醇：PC 樹脂、IPA 樹脂

及 TMP 樹脂依莫耳比為 PC：IPA：

TMP=20：20：60 混合後作為主劑，接著

添加改質劑 PDMS 或 CATAL-10（添加

量分別為 3、5 及 7%）、添加劑 UVA 和

HALS（添加量為 0.2%），在與不同的異

氰酸酯：HDI、IPDI、MDI 以及 TDI 依不

同 NCO/OH 莫耳比混合（R1.1、R1.3、

R1.5），最後添加 T12（添加量為 0.1%），

以調配成不同比例的聚胺基甲酸酯樹脂

（Polyurethane resin, PU）基質之配方塗

料，並與 Paraloid®B-72、Laropal®A81、

市售塗料 1、市售塗料 2、市售塗料 3 等

市售保護塗料做比較，詳細配方如表 1 所

示。

2. 塗膜性質測定

（1）接觸角

以蒸餾水及乙二醇為液滴，以接觸

角測定儀（Contact-angle meter CAD，

Face Co.）測定塗膜之 θ/2 接觸角，再換

算成其水接觸角及油接觸角（θ）。

（2）簡易可逆性測試

在文物維護領域具有可逆性的材料

是最理想的材料，一般在測試時間會以乙

醇、乙酸乙酯或丙酮為溶劑，使用棉花

棒沾溶劑，進行表面移除測試，如保護

塗料塗膜可被移除，及表是具有可逆性。

而本研究以棉花棒沾 95% 乙醇於保護塗

料之塗膜表面進行擦拭，並使用放大鏡

檢視塗膜是否於表面被移除。

（3）玻璃轉移溫度

使用 Perkin-Elmer DMA 7，測定玻璃

轉移溫度（Glass transition temperature, Tg）。

■ 圖 1. 七種顏色底漆噴塗試材

Figure 1. Color swatches of seven primer coating samples資料來源：作者提供

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配方異氰酸酯

（NCO）

多元醇 (OH) NCO/OH

莫耳比

改質劑添加量 4（%）添加劑（%）

PC1 IPA2 TMP3 PDMS5 CATAL-10 UVA HALS

1

HDI 20 20 60

1.1 3 -

0.2 0.2

2 1.3 - -

3 1.3 3 -

4 1.3 5 -

5 1.3 7 -

6 1.3 - 3

7 1.3 - 5

8 1.3 - 7

9 1.5 3 -

10IPDI 20 20 60 1.3

3 -0.2 0.2

11 - 3

12MDI 20 20 60 1.3

3 -0.2 0.2

13 - 3

14TDI 20 20 60 1.3

3 -0.2 0.2

15 - 3

HDI/IPDI

16 10/90

20 20 60 1.3

3 -

0.2 0.2

17 20/80 3 -

18 30/70 3 -

19 40/60 3 -

20 50/50 3 -

21 30/70 - 3

資料來源：作者提供

■ 表 1. 本研究保護塗料之配方

Table 1. Protective coating formulas used in this study

註：1Polycarbonyl diol; 2Polyisophthalic polyester polyol; 3Trimethylolpropane; 4phr (Per hundred resin); 5Dihydroxy-terminated polydimethylsiloxane

（4）廟宇現地煙燻試驗

將杉木板分別塗佈虹牌水性水泥漆

系列之白色 (406- 白 )、橙黃 (#458)、洋紅

(#420-25)、黑色 (#490)、孔雀藍 (#420-47)

及彩綠 (#420-6) 待塗料硬化後 ( 圖 1)，再

分別以 P3、C3、市售 1-3、B72 及 LA81等 7 種面漆塗裝，每個樣品皆重覆三個。

待其乾燥後，將試片移至嘉義市財團法

人九華山地藏庵（圖 2）進行 90 天之煙

燻試驗結束，使用吸水布以逆滲透水沾

濕並擦拭試片表面將煙燻汙染物清除後，

測定塗膜的光澤度及表面顏色變化。以

評估各保護塗料之煙燻汙染物移除性。

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■ 圖 2. 嘉義市財團法人九華山地藏庵現地實驗

Figure 2. In-situ test at foundation for Dizang temple of Jiou-Hwa-Shan located in Chiayi city資料來源：作者提供

三、結果與討論

（一）疏油保護塗料配方之篩選

塗膜的接觸角可作為液體對塗膜表

面的濕潤性之判斷，濕潤性代表液體與固

體之間的親和性，當接觸角為 0° 時，代

表液體可以完全平貼在固體表面而完全

濕潤；接觸角 90° 以下為開始可以濕潤的

臨界點，接觸角大於 90° 時，表示固體表

面具疏水或疏油性；接觸角達 150°~180°時，代表固體表面為超疏水或超疏油性。

接觸角越大，在固體表面的液體越像球

體，更易於固體表面上滾下，而達到自

潔的作用。今依 NCO/OH 莫耳比（R 值）、

改質劑種類及添加量、異氰酸酯種類調

配成的 PU 樹脂系保護塗料，表 2 為所有

塗料配方所形成塗膜之油相及水相的接

觸角，進而評估其疏水及疏油性能。

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從表 2 的配方 1、3、9 得知，塗料

配方的疏水性質而言，其接觸角隨著 R值的增加而提高，最高者為 R1.5 高達

108°，3 個配方皆具有疏水性；疏油性以

R1.3 者最高為 90°，R1.5 最低為 85°，可

知 R 值對疏水性影響低，但對疏油性而

言，有較大影響，僅 R=1.3 者具有疏油性

質，但 R1.1 及 R1.5 者則無法達到疏油性，

因此本試驗爾後塗料選擇以 R1.3 為主作

為測定接觸角之用。

又由配方 2~8 得知，疏水性方面，

配方異氰酸酯

（NCO）

多元醇（OH） NCO/OH 莫耳比

改質劑添加量 4（%）添加劑（%）接觸角（θ）可逆性 6

PC1 IPA2 TMP3 PDMS5 CATAL-10 UVA HALS 水油乙醇

1

HDI 20 20 60

1.1 3 -

0.2 0.2

105 87 ×2 1.3 - - 90 67 ×3 1.3 3 - 104 90 ×4 1.3 5 - 109 91 ×5 1.3 7 - 112 94 ×6 1.3 - 3 106 79 ×7 1.3 - 5 98 80 ×8 1.3 - 7 100 84 ×9 1.5 3 - 108 85 ×10

IPDI 20 20 60 1.33 -

0.2 0.2104 80 ○

11 - 3 100 76 ○12

MDI 20 20 60 1.33 -

0.2 0.2100 83 ×

13 - 3 91 78 ×14

TDI 20 20 60 1.33 -

0.2 0.2106 83 ×

15 - 3 99 81 ×HDI/IPDI

16 10/90

20 20 60 1.3

3 -

0.2 0.2

107 85 ○17 20/80 3 - 104 80 ○18 30/70 3 - 108 99 ○19 40/60 3 - 106 82 ○20 50/50 3 - 106 76 ○21 30/70 - 3 93 79 ○


■ 表 2. 各配方保護塗料之接觸角及可逆性

Table 2. Contact angle and reversibility of protective coatings

註：1Polycarbonyl diol; 2Polyisophthalic polyester polyol; 3Trimethylolpropane; 4phr (Per hundred resin); 5Dihydroxy-terminated polydimethylsiloxane; 6○：符合，×：不符合

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未添加改質劑者其接觸角為 90°，當添

加改質劑後水接觸角皆增加，其中添加

PDMS 者之接觸角會隨添加量而增加，而

添加 CATAL-10 者則是隨添加量而降低，

其中添加 7% PDMS 者之接觸角最高為

112°，3% 者最低然仍可達 104°，添加 3%

CATAL-10 者之接觸角高達 106°，5% 者

最低但仍可達 98°；疏油性的部分，未添

加改質劑者其接觸角為 67°，添加改質劑

後油接觸角皆可獲提高，其中添加 PDMS者皆高於 CATAL-10 者，添加 7% PDMS者之接觸角最高達 94°，3% 者最低但仍

達 90°，添加 7% CATAL-10 者之接觸角

最高達 84°，3% 者最低為 79°。

結果顯示，無論是否添加改質劑，

所有配方皆具疏水性，而疏油性部分則僅

添加 PDMS 者具有疏油性，又以添加量

7% 者最佳，但考量到塗料之成本，改質

劑添加量增加會提高成本，因此後續試驗

除了選擇添加 3% PDMS 進行評估，另因

CATAL-10 改質劑為國產且具有價格低廉

之優點，所以另採以添加 3% CATAL-10者進行比較。

就表 3 中配方 3、6、10~15 得知，

疏水性方面，添加 PDMS 改質劑者，並

且以 TDI 所調配者之接觸角達 106°，依

次為 HDI 及 IPDI 者為 104°，MDI 者最

低，但仍可達 100°，皆具有疏水性能，

就添加 CATAL-10 者，接觸角為 HDI 者

為 106°，依次為 IPDI 者為 100°，MDI 者

為 91°，亦具有疏水性能。以 HDI 異氰

酸酯所調配 PU 樹脂並添加不同改質劑

者 PDMS 及 CATAL-10 者，接觸角差異

最小，僅相差 2°；在疏油性方面，改質

劑使用 PDMS 者，並且以 HDI 所調配者

接觸角為 90°，依次為 MDI 及 TDI 者為


■ 表 3. 各配方保護塗料之接觸角、可逆性及玻璃轉移點

Table 3. Contact angle, reversibility and glass transition temperature (Tg) of protective coatings

註：* 括弧內數值為標準偏差。a,b,c,d 為費雪（Fisher）單因子變異數分析在顯著水準 5% 的檢定結果，

字母相同表示無顯著差異。

配方接觸角（o）玻璃轉移點溫度

（Tg, °C）

可逆性

水（θ）油（θ）乙醇

P3 108.46(11.52)a 98.57(7.26)a 97 ○C3 93.32(0.72)b 78.55(2.55)b 96 ○

市售 1 76.87(1.63)d 61.89(0.77)cd 59 ○市售 2 83.98(1.80)c 62.35(2.71)cd 93 ○市售 3 77.12(2.78)d 59.11(4.86)d 110 ○

B72 69.68(2.66)e 52.62(1.52)e 41 ○LA81 85.43(1.90)c 64.89(1.39)c 51 ○

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83°，IPDI 者為 80°，僅以 HDI 所調配者

具有疏油性能，就改質劑使用 CATAL-10者，其接觸角皆低於 90°，以 TDI 最高，

但僅達 81°，而 IPDI 最差只有 76°，皆不

具有疏油性能，再比較相同異氰酸酯之配

方，使用不同改質劑者，得知 PDMS 者

皆高於 CATAL-10 者，由上述結果得知，

僅 HDI 添加 PDMS 者，同時具有疏水及

疏油性，故而，選擇 HDI 作為後續配方

的異氰酸酯。

因為使用於廟宇彩繪的保護塗料必

須具有「可逆性」，其定義為修護所執行

的動作與材料，以不損壞原有文物的前

提下，輕易回復處理前的狀態，或完整

回復附加之動作及材料，稱之為具有可

逆性（李志上，2009），故本研究透過

乙醇擦拭各配方之塗膜表面，簡易測試

塗膜是否具有可逆性，結果顯示，異氰

酸酯以 HDI 者不具有可逆性，但 IPDI 者

的塗膜表面則發生回黏現象，進而可被

擦拭清除，表示具有可逆性，其他配方

中異氰酸酯為 TDI 及 MDI 亦不具此現象，

故知異氰酸酯為 IPDI 所調配之 PU 樹脂

塗料，雖然具有疏水性，但不具有疏油

性。今為了達到同時兼具有疏水、疏油

性以及可逆性的廟宇彩繪層的保護塗料，

因此嘗試再將 PU 樹脂中的異氰酸酯 HDI及 IPDI 依不同莫耳比混合調配塗料，比

較其接觸角（表 2 中配方 16~21）。

從表 2 配方 16~21 得知，疏水性部

分，隨著 HDI/IPDI 莫耳比中 HDI 的增加，

接觸角並無太大的變化，莫耳比 30/70 者

之接觸角最高，高達 108°，莫耳比 10/90者次之為 107°，莫耳比 40/60 及莫耳比

50/50 者次之為 106°，莫耳比 20/70 者最

低仍可達 104°。而疏油性部分，未添加

HDI 者，其接觸角為 80°，隨著 HDI 的添

加量增加，其接觸角增加，當莫耳比為

30/70 時，接觸角為 99°，而再增加 HDI量為 40/60 及 50/50 時，則降為 82° 及

76°。結果顯示，僅 HDI/IPDI 莫耳比以

30/70 者，同時具有疏水性及疏油性質，

另外再評估此配方之可逆性，發現以乙

醇擦拭，對此配方具有可逆性，因此選

擇此配方為本試驗後續老化試驗之塗料，

並將添加 PDMS 者簡稱為 P3，而添加

CATAL-10 者簡稱 C3。

（二）塗膜性質

表 3 即為本研究所調配出的最佳配

方塗料與其他市售保護塗料之塗膜性質

的比較，由表中可知塗膜疏水疏油的部

分，在疏水性方面，僅 P3 及 C3 者具有

疏水性，市售塗料皆不具有疏水性（θ ＜

90°），其中以 P3 者最高為 108.46°，C3者次之為 93.32°，而 B72 最低為 69.68°；

疏油性方面，僅 P3 者具有疏油性為

98.57°，而 C3 者次之為 78.55°，B72 者

最低為 52.62°。經費雪分析塗膜疏水疏

油性，在疏水性方面，市售 2 與 LA81、

市售 1 與市售 3 兩兩之間疏水性無顯著

差異；疏油性方面，市售 1、市售 2 與

LA81，市售 1、市售 2 與市售 3 三者之

間疏油性無顯著差異，推測可知自行研

發的 P3 及 C3 在未來耐煙燻試驗應該會

較市售者在油脂之清潔效果為佳。

（三）嘉義市財團法人九華山地藏庵廟宇

實地煙燻試驗

將杉木基材噴塗不同顏色的市售塗

料（黑色、紅色、橘色、綠色、藍色、白

色）作為彩繪層以及未噴塗顏色之試片，

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■ 表 4. 各配方保護塗料原木試片經煙燻試驗 90 days 之表面顏色變化及光澤保留率

Table 4. Changes in surface color and gloss retention of protective coating for original test materials after 90 days sooting test



配方表面顏色變化

光澤保留率（%）∆L* ∆a* ∆b* ∆E*

P3 -1.43 (0.35)bc* 0.51 (0.08)bc 1.33 (0.11)a 2.04 (0.20)c 98.66 (0.42)c

C3 -2.46 (0.41)b 1.25 (0.1 6)c 0.79 (0.52)a 2.92 (0.34)b 92.13 (1.85)c

市售 1 -0.55 (1.63)c -0.47 (1.31)a 1.00 (1.90)a 2.66 (0.43)b 89.94 (0.50)c

市售 2 -2.47 (0.14)b 0.89 (0.04)c 1.38 (0.40)a 2.99 (0.06)b 94.68 (4.60)c

市售 3 -0.96 (0.45)c -0.03 (0.08)ab 1.26 (0.42)a 1.65 (0.33)c 93.21 (2.88)c

B72 -2.49 (0.13)b 0.74 (0.10)bc 0.35 (0.08)a 2.62 (0.15)b 285.00 (65.30)a

LA81 -3.99 (0.41)a 0.81 (0.24)bc 4.16 (0.20)b 5.84 (0.25)a 169.08 (8.22)b

噴上不同配方的保護塗料後之試片，放

置於九華山地藏庵廟宇拜殿中進行 90 天

煙燻試驗後，將表面擦拭乾淨後測定其

表面顏色變化及光澤保留率，試驗結果

如表 4~10 所示。

未噴塗彩繪層的杉木基材試片，經

廟宇煙燻試驗後表面顏色變化如表 4 所

示，∆L* 以 LA81 者變化最大為 -3.99，

市售 1 者變化最小為 -0.55，但由變異數

分析知 P3、C3、市售 2 及 B72 四者之間

無顯著差異，且 P3 與市售 1、市售 3 三

者之間亦無顯著差異，僅 LA81 者與其他

有顯著差異，試驗後顏色變得較暗；∆a*以 C3 者變化最大為 1.25，但 C3、市售 2、

B72 及 LA81 沒有顯著差異，而市售三者

∆a* 變化最小為 -0.03，P3、市售 3、B72及 LA81 四者之間無顯著差異，市售 1 與

市售 3 兩者之間無顯著差異，可知試驗後

顏色微偏紅色，但各塗料差異不大；∆b*以 LA81 者變化最大為 4.16，黃色殘留

較多，B72 者變化最小為 0.35，且 P3、

C3、市售 1、市售 2、市售 3 及 B72 六者

之間無顯著差異，僅 LA81 表面黃色殘留

較多，試驗後變得較黃，煙燻物殘留較

多；而色差值 ∆E* 亦是 LA81 者變化最

大為 5.84，市售 3 者變化最小為 1.65，但

P3 與市售 3 兩者之間無顯著差異。在光

澤保留率的部分，以 B72 最高為 285%，

市售 1 最低為 89.94%，而 B72 具有高於

200% 以上的光澤保留率，是由於附著於

塗膜表面煙燻的油脂，無法被清除乾淨，

44


使塗膜表面亮度變高。由上述結果知，

木材為基色下，LA81 的煙燻汙染物的移

除性最差，而自行開發的 P3 及市售 3 的

移除性最佳。

彩繪層底色為黑色之試片，各塗膜

在廟宇煙燻試驗後表面顏色變化，如表 5所示，∆L* 以 B72 者變化最大為 -10.16，

P3 者無變化為 0，且 P3 與 C3 兩者之間

無顯著差異，代表二者在試驗後，明亮

度沒有太大變化，而 B72 者則是明顯變

白；∆a* 以 P3 者變化最小為 -0.04，其中

C3、市售 1、市售 2、市售 3 與 B72 五者

之間無顯著差異，且 P3 與 C3 兩者之間

無顯著差異，而 ∆a* 值變化最大的 LA81約為 -0.34，變化亦不明顯；∆b* 以 LA81

者變化最小為 0.06，且 P3、C3、市售 2與 LA81 四者之間無顯著差異，變化最大

者為市售 1 者僅差 0.17，可知在黑色底

色下，黃色變化不如木材底色變化大；

色差 ∆E* 值以 P3 者變化最小為 0.17，

且 P3 與 C3 間無顯著差異，色差變化最

大者為 B72 高達 10.16。又由光澤保留率

得知，B72 高達 711.10%，而市售 2 最低

約為 85.82%，P3 及 C3 分別為 101.01%及 97.73%，最接近原本的光澤度。由上

述結果知，在黑色基材上，B72 表面顏

色變化最大，其中以 ∆L* 值變化最大，

顏色變得較白，推測係因為它的 Tg 點約

40oC，在試驗時會回黏後白化，使得色差

及光澤保留率的變化最明顯，又因為在

黑色基材下，白色變化會變得更為明顯，


■ 表 5. 各配方保護塗料黑色試片經煙燻試驗 90 days 之表面顏色變化及光澤保留率

Table 5. Changes in surface color and gloss retention of protective coating for black test materials after 90 days sooting test




光澤保留率（%）∆L* ∆a* ∆b* ∆E*

P3 0.00 (0.08)c* 0.04 (0.10)c -0.08 (0.12)ab 0.17 (0.04)f 101.01 (1.12)c

C3 0.52 (0.21)c -0.07 (0.04)bc 0.08 (0.13)bc 0.54 (0.20)ef 97.73 (3.46)c

市售 1 4.56 (0.42)f -0.17 (0.06)b 0.17 (0.15)c 4.57 (0.41)b 86.43 (1.20)c

市售 2 2.87 (0.65)e -0.12 (0.14)b 0.09 (0.14)bc 2.88 (0.65)c 85.82 (1.17)c

市售 3 1.57 (0.16)d -0.19 (0.05)b -0.15 (0.05)a 1.59 (0.15)d 93.47 (4.83)c

B72 -10.16 (0.41)a -0.14 (0.05)b -0.16 (0.04)a 10.16 (0.41)a 711.10 (28.50)a

LA81 -1.00 (0.06)b -0.34 (0.04)a 0.06 (0.04)bc 1.06 (0.04)de 152.45 (17.24)b

45

文化資產保存學刊 / 第 43 期 / 2018.03 / 頁 35-52


■ 表 6. 各配方保護塗料紅色試片經煙燻試驗 90 days 之表面顏色變化及光澤保留率

Table 6. Changes of surface color and gloss retention of protective coating for red test materials after 90 days sooting test




光澤保留率（%）∆L* ∆a* ∆b* ∆E*

P3 -0.07 (0.03)b* -0.26 (0.03)b -0.45 (0.08)b 0.52 (0.07)c 99.51 (0.68)c

C3 -0.11 (0.03)b -0.11 (0.04)bc -0.13 (0.08)b 0.21 (0.09)c 93.39 (2.33)c

市售 1 0.14 (0.09)bc -0.26 (0.18)b -0.89 (0.22)b 0.94 (0.27)c 100.55 (5.49)c

市售 2 -0.06 (0.23)b -0.34 (0.29)b -0.07 (1.10)b 0.99 (0.24)c 120.23 (9.84)b

市售 3 0.26 (0.07)c -0.51 (0.27)b -1.43 (0.93)b 1.55 (0.95)c 102.45 (4.50)c

B72 -0.67 (0.06)a 0.71 (0.17)c 3.24 (0.52)c 3.38 (0.54)b 276.70 (15.20)a

LA81 1.81 (0.35)d -4.99 (1.19)a -9.62 (1.50)a 10.99 (1.87)a 26.86 (4.06)d




■ 表 7. 各配方保護塗料橘色試片經煙燻試驗 90 days 之表面顏色變化及光澤保留率

Table 7. Changes of surface color and gloss retention of protective coating for orange test materials after 90 days sooting test


光澤保留率（%）∆L* ∆a* ∆b* ∆E*

P3 -0.69 (0.03)a b* -0.25 (0.08)d -0.25 (0.07)e 0.78 (0.07)e 100.60 (0.71)b

C3 -0.55 (0.08)a b -0.13 (0.10)d -0.10 (0.21)e 0.61 (0.04)e 100.15 (0.18)b

市售 1 -0.65 (0.19)a b -0.98 (0.28)c -2.20 (0.27)c 2.50 (0.30)c 108.13 (4.17)b

市售 2 -0.49 (0.46)b -0.69 (0.10)c -1.26 (0.12)d 1.57 (0.00)d 103.84 (1.69)b

市售 3 -1.08 (0.21)ab -1.43 (0.39)b -3.47 (0.15)b 3.92 (0.30)b 97.82 (0.71)b

B72 -1.19 (0.24)a -0.97 (0.18)c -0.25 (0.56)e 1.63 (0.15)d 419.20 (55.30)a

LA81 0.51 (0.86)c -4.68 (0.08)a -10.73 (0.20)a 11.74 (0.11)a 74.85 (9.46)b

46


而自行研發的 P3 為各樣品中色差及光澤

度變化最小者，使用此塗料用於黑色基

材時，移除煙燻汙染物效果極佳。

彩繪層底色為紅色之試片，在廟宇

煙燻試驗後表面顏色變化，如表 6 所示，

∆*L 以市售 2 者變化最小為 -0.06，市售 2、

P3、C3 及市售 1 四者之間無顯著差異，

幾乎沒有變化，而 LA81 者變化最大為

1.81；∆a* 以 C3 者變化最小為 -0.11，且

C3、P3、市售 1、市售 2 與市售 3 五者之

間無顯著差異，LA81 者亦為 ∆a* 變化最

大為 -4.99；∆b* 以市售 2 者變化最小為

0.07，市售 2、P3、C3、市售 1 與市售 3五者之間無顯著差異，LA81 者亦變化最

明顯為 -9.62；色差 ∆E* 亦以 LA81 者變

化最大高達 10.99，而 C3 者變化最小為

0.21，且 C3、P3、市售 1、市售 2 與市售

3 五者之間無顯著差異。光澤保留率的部

分，以 B72 最高為 276.70%，LA81 最低

為 26.86%。

由上述結果得知，塗裝於紅色基材

上，P3 及 C3 及市售 1-3 等五款塗料的色

差沒有顯著差異，且色差值較小，煙燻

汙染物的移除後顏色變化差異不大，但

傳統文物維護所使用的 B72 色差為 3.38及光澤保留率高達 276.70%，而 LA81 的

∆b* 及 ∆E* 分別達 9.62 及 10.99，無法完

全移除煙燻汙染物。

彩繪層底色為橘色之試片，在廟宇


∆L* 以 B72 者變化最大為 -1.19，與市售

3 無顯著差異，而 C3 者變化最小為 -0.55，

C3、P3、市售 1 及市售 2 四者間無顯著

差異；∆a* 以 LA81 者變化最大為 -4.68，

C3 者變化最小為 -0.13，且 C3 與 P3 兩者

之間無顯著差異；∆b* 以 C3 者變化最小

為 -0.10，C3、P3 與 B72 三者之間無顯著

差異，LA81 者變化最明顯高達 -10.73；

∆E* 以 C3 者變化最小為 0.61，C3 與 P3兩者之間無顯著差異，而 LA81 者變化最

大色差高達 11.74。光澤保留率的部分，

同樣以 B72 最高，高達 419.20%，LA81最低為 26.86%，而 P3、C3、市售 1 與市

售 3 等四者之間無顯著差異，且光澤保留

率介於 97-109%。由上述結果知，塗裝於

橘色基材上，P3 及 C3 等兩款自行研發的

塗料色差及光澤保留率變化最小，且二者

間沒有顯著差異，煙燻汙染物移除性仍

是最佳配方，而色差最大的仍是 LA81，

在擦拭後仍有煙燻汙染物殘留於表面，

代表清潔性最差。

彩繪層底色為綠色之試片，在廟宇


∆L* 值、∆a* 值、∆b* 值及 ∆E* 值變化最

大者皆為 LA81，分別為 -3.88、-8.56、

1.49 及 9.55，而 ∆L* 值變化最小者為市

售 2 約為 -0.02，但是 ∆a* 值、∆b* 值及

∆E* 值變化最小者則為 C3，分別為 -0.65、

0.05 及 0.71，但無論是 ∆L* 值、∆a* 值、

∆b* 值或 ∆E* 值，P3、C3、市售 1、市

售 2 與市售 3 五者之間無顯著差異，變

化皆較不明顯。光澤保留率仍以 B72 最

高達 506.40%，LA81 最低為 57.53%，而

P3、C3、市售 1、市售 2 與市售 3 的光

澤保留率無顯著差異，介於 92-120%，其

中 P3 及市售 2 的光澤度幾乎沒有變化，

光澤保留率分別為 100.44% 及 99.52%。

由上述結果得知，塗裝於綠色基材上，

P3、C3、市售 1、市售 2 與市售 3，對煙

燻汙染物的移除性皆佳，其中又以 P3 及

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文化資產保存學刊 / 第 43 期 / 2018.03 / 頁 35-52


■ 表 9. 各配方保護塗料藍色試片經煙燻試驗 90 days 之表面顏色變化及光澤保留率

Table 9. Changes of surface color and gloss retention of protective coating for blue test materials after 90 days sooting test

註：* 括弧內數值為標準偏差。a,b,c,d 為費雪（Fisher）單因子變異數分析在顯著水準 5 % 的檢定結果，



光澤保留率（%）∆L* ∆a* ∆b* ∆E*

P3 -0.21 (0.08)b 0.32 (0.09)b 0.83 (0.09)bc 0.92 (0.08)e 99.01 (0.40)b

C3 0.22 (0.12)b 0.01 (0.04)b 0.32 (0.06)b 0.40 (0.02)f 98.61 (0.59)b

市售 1 0.01 (2.30)b 1.82 (1.54)c 4.03 (0.40)e 4.98 (0.06)c 93.40 (22.80)b

市售 2 -0.02 (0.29)b 0.06 (0.09)b 1.27 (0.15)cd 1.29 (0.13)e 101.11 (1.38)b

市售 3 -0.02 (0.31)b 0.49 (0.12)b 1.78 (0.07)d 1.87 (0.05)d 107.69 (9.03)b

B72 -5.01 (0.23)a -1.52 (0.07)a -2.18 (0.13)a 5.68 (0.19)b 307.30 (54.90)a

LA81 4.82 (0.65)c 0.94 (0.27)bc 8.57 (0.91)f 9.90 (0.69)a 45.10 (17.70)c


■ 表 8. 各配方保護塗料綠色試片煙燻試驗 90 days 之表面顏色變化及光澤保留率

Table 8. Changes of surface color and gloss retention of protective coating for green test materials after 90 days sooting test

註：* 括弧內數值為標準偏差。a,b,c,d 為費雪（Fisher）單因子變異數分析在顯著水準 5 % 的檢定結果，



光澤保留率（%）∆L* ∆a* ∆b* ∆E*

P3 -0.34 (0.03)b 0.83 (0.03)b -0.18 (0.07)bc 0.92 (0.05)c 100.44 (1.34)b

C3 -0.27 (0.03)b 0.65 (0.06)b -0.05 (0.03)c 0.71 (0.05)c 97.72 (1.37)b

市售 1 0.06 (0.89)b 1.41 (1.17)b -0.37 (0.29)bc 1.73 (0.95)c 120.38 (15.15)b

市售 2 0.02 (0.08)b 1.24 (0.22)b -0.46 (0.08)b 1.33 (0.21)c 99.52 (2.36)b

市售 3 0.24 (0.14)b 1.20 (0.09)b -0.39 (0.07)b 1.29 (0.11)c 93.09 (0.91)bc

B72 -2.83 (0.12)a -4.86 (0.33)c 1.48 (0.34)d 5.82 (0.39)b 506.40 (51.90)a

LA81 3.88 (0.64)c 8.56 (2.80)a -1.49 (0.17)a 9.55 (2.71)a 57.53 (4.13)c

48


C3 等 2 款自行研發的塗料變化較低，而

色差最大的仍是 LA81，仍有煙燻汙染物

殘留於表面，較不易清潔。

彩繪層底色為藍色之試片，在廟

宇煙燻試驗後表面顏色變化，如表 9 所

示，∆L* 值方面，市售 1 者幾乎無變化

為 0.01，且市售 1、P3、C3、市售 2、

市售 3 五者之間無顯著差異，其中以 B72者變化最大為 -5.01，而 LA81 者亦有較

大變化為 4.82，∆a* 值以 C3 者亦幾乎無

變化 0.01，P3、C3、市售 2、市售 3 及

LA81 五者之間無顯著差異，市售 1 者

變化最大為 1.82；∆b* 值 C3 者變化最

小為 0.32，且 P3 與 C3 沒有顯著差異，

而 LA81 者變化最大為 8.57，而市售 1 變

化次高為 4.03；色差 ∆E* 以 LA81 者變

化最大為 9.90，B72 變化次高為 5.68，

C3 者變化最小為 0.40。光澤保留率，亦

是 B72 最高為 419.20%，而 LA81 最低為

26.86%，而 P3、C3、市售 1、市售 2 與

市售 3 五者之間無顯著差異，光澤度皆接

近 100%。由上述結果知，塗裝於藍色基

材上，LA81 的色差仍為變化最明顯者，

但自行研發的 C3 則變色變化最小，擦拭

後的移除性最佳。

彩繪層底色為白色之試片，在廟宇

煙燻試驗後表面顏色變化，如表 10 所

示 ∆L* 值以 B72 者變化最大為 -1.46，

B72、市售 1 與市售 3 無顯著差異，

而 C3 者無明顯變化為 -0.07；∆a* 值以

LA81 者變化最大為 -0.81，B72 者變化最

小為 -0.13，且除 LA81 之外，另外六種


■ 表 10. 各配方保護塗料白色試片經煙燻試驗 90 days 之表面顏色變化及光澤保留率

Table 10. Changes of surface color and gloss retention of protective coating for whire test materials after 90 days sooting test




光澤保留率（%）∆L* ∆a* ∆b* ∆E*

P3 -0.49 (0.04)b* 0.04 (0.02)b 0.62 (0.91)a 0.79 (0.09)d 105.22 (2.23)b

C3 -0.07 (0.12)c -0.21 (0.03)b 0.66 (0.90)a 0.71 (0.07)d 98.40 (0.53)b

市售 1 -1.29 (0.23)a -0.19 (0.20)b 3.47 (0.81)c 3.71 (0.13)b 84.93 (6.58)b

市售 2 -0.70 (0.02)b -0.34 (0.01)b 2.31 (0.87)b 2.43 (0.13)c 97.26 (2.96)b

市售 3 -1.31 (0.12)a -0.22 (0.12)b 3.50 (0.87)c 3.75 (0.15)ab 96.38 (0.78)b

B72 -1.46 (0.25)a -0.13 (0.09)b 3.66 (0.93)c 3.95 (0.05)a 315.80 (18.30)a

LA81 -0.42 (0.40)bc -0.81 (0.20)a 3.50 (0.83)c 3.64 (0.21)b 102.80 (32.80)b

49

文化資產保存學刊 / 第 43 期 / 2018.03 / 頁 35-52

塗料的 ∆a* 值變化沒有顯著差異；∆b* 值

以 B72 者變化最大為 3.66，且 B72、市

售 1、市售 3 及 LA81 下四者之間沒有顯

著差異，顏色變黃，而 P3 則為 ∆b* 值變

化最小者為 0.62，它與 C3 之間無顯著差

異，皆變化較小；色差 ∆E* 值則以 B72者變化最大為 3.95，它與市售 3 者無顯著

差異，變化較大，而色差變化最小者為

C3 約 0.71，它與 P3 無顯著差異，顏色

變化較小。光澤保留率同樣以 B72 最高

為 315.80%，市售 1 最低為 84.93%，而

P3、C3、市售 1、市售 2 與市售 3 五者之

間無顯著差異，皆接近 100%，光澤度變

化不大。由上述結果發現，色差變化最

小仍為為自行研發的 P3 及 C3 二款塗料，

而與其他 6 種顏色不同的部份為 LA81 跟

B72 的色差值變小，但仍為七種配方中色

差較高者。

經過在嘉義市地藏庵實地進行七種

顏色彩繪基材的 90 天煙燻老化試驗後得

知，自行研發之 P3 塗料，無論在何種顏

色的基材上，色差變化為組間中較低者，

煙燻汙染物的移除性及清潔性皆最佳，

光澤保留率介於 97.68-100.80% 之間，與

未經煙燻之試片極為接近。傳統文物維

護所用 B72 則是在光澤保留率都極高，

且 ∆L* 值變化極大，代表其白色值變化

極大，推測係因其塗膜因 Tg 溫度較低，

容易因回黏後白化而發生現象。而 LA81在各樣品中，在各顏色基材上色差值幾

乎都最高，主要是 ∆b* 值變化最高，可

知其黃色煙燻汙染物殘留嚴重，故而其

色差較高，清潔性為最差。而市售 1-3 塗

料之移除性則介於中間。

四、結論

本研究係以多元醇與不同的異氰酸

酯，依不同之 R 值、改質劑添加量，調

配成 21 種 PU 樹脂系塗料配方，藉由接

觸角測定評估其疏水及疏油性能。研究

結果得知，塗料配方中以多元醇 PC：

IPA：TMP=20：20：60 與異氰酸酯 HDI/IPDI=30/70 依 R 值 1.3 混合，分別添加

3% 的 PDMS 改質劑（配方 P3）及 3% 的

CATAL-10（配方 C3）所得塗料之水接

觸角為 108.46° 及 98.57°，油接觸角為

93.32° 及 78.55°，為所有配方所得之疏

水、疏油性及可逆性等綜合性質最適配

方，故後續試驗選擇此二者配方與常用

修復保護塗料 B72 及 LA81 及三款市售

保護塗料，於嘉義市財團法人九華山地

藏庵進行實地煙燻移除性之比較。

經現地煙燻老化試驗的結果得知，

在嘉義市地藏庵所進行 7 種顏色基材的

煙燻試驗中，本研究自行研發之 P3 及 C3塗料，無論在何種顏色的基材上，色差變

化為各組中較低者，煙燻汙染物的移除

性及清潔性皆佳，其中 P3 又較 C3 者為

佳，且光澤保留率皆介於 97-101% 之間，

與未經煙燻之試片相比幾乎沒有變化，

市售 1-3 塗料之移除性中等，在光澤保留

變化會較大，而傳統文物維護所用 LA81在各樣品中，在各顏色基材上色差值幾

乎都最高，大多是在 ∆b 值變化最高，再

比較加速煙燻試驗的試片，可知其黃色

煙燻汙染物殘留嚴重，故而其色差較高

及清潔性最差，不適合用於會煙燻破壞

的場所。而 B72 則是在光澤保留率都極

高，且 ∆L 值變化極大，其白色值變化極

大，係因其塗膜容易白化所造成的現象，

因此較不適合作為短期用的保護塗料。

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綜合以上試驗結果得知，P3 及 C3的疏油及疏水性、可逆性質、Tg 點等塗

膜性質優異，且實地煙燻移除性亦可證

實其表面顏色變化及光澤保留率皆較市

售塗料及慣用之文物維護塗料佳，符合

做為用於廟宇彩繪層的保護塗料之要求。

誌謝

( 本研究由嘉義市財團法人九華山地藏庵提

供場地，協助實地煙燻試驗，特此感謝。)

參考文獻

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【研究報告】 廟宇彩繪層保護用聚胺基甲酸酯塗料之研 發及實地 … ·...

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