CN1431265A - 水分散环境友好型纳米结构木器漆及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明述及一种水分散环境友好型纳米结构木器漆及制备工艺，该漆以乳胶粒径小于100nm的水分散环境友好型(甲基)丙烯酸聚氨酯，水分散环境友好型干性油改性(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液为基料，与颜料、填料、催干剂、及其他助剂相配合，经研磨、分散等工序加工而成。该纳米结构水性木器漆无毒，对环境无污染，对施工人员身体健康无害，使用安全方便。可采用刷涂、喷涂的方法施工，涂膜干燥快、机械强度高、装饰性好，防护性能优异，适用于木器家具的防护于装饰。
Description
技术领域
本发明涉及建筑涂料，具体是一种水分散环境友好型纳米结构木器漆及制备工艺。
背景技术
传统的木器漆多是溶剂型油漆，常见的品种有油脂漆、天然树脂漆、酚醛树脂漆、丙烯酸树脂漆等。这些传统油漆中均含有大约50％的有机挥发物(VOC)，这些有机挥发物在生产、施工及干燥过程中要挥发到大气空气中去，不仅对施工人员健康有害，同时又污染环境。80年代中期以来，世界各国环保法规对涂料中有机挥发物(VOC)含量的限制日趋严格，引起了水性木器漆的研究热潮。目前，市场上出现了各种品牌的水性木器漆。这些木器漆大致可分为两种类型：一类是乳液聚合型高玻璃化温度的丙烯酸酯类聚合物乳液。另一类是乳液聚合型单组份聚氨酯乳液。经应用性试验，大多不成功。高玻璃化温度丙烯酸酯类聚合物乳液水性木器漆，虽然硬度达到了要求，但是当温度低时，漆膜会发生开裂，单组分水性聚氨酯木器漆也存在同样的问题。另外、因为这类乳液聚合型聚合物乳液的乳胶粒直径大(大约在500-1500nm范围内)，装饰效果也不能令人满意。这类热塑性聚合物乳液做为水性木器漆基料，只能应用于要求不高的场所。要想达到满意的物理机械性能和装饰效果，水性聚合物乳液的粒径必须小，最好能达到100nm以下，同时必须具有室温交联的特性，否则很难满足木器涂饰的要求。
研究开发水性木器漆，除了要考虑环境保护因素以外，尚有两个问题必须考虑：第一、木材具有什么样的特性及物理性质？第二、符合什么样条件的水性涂料才能作为木器漆使用？木器的表面涂装之所以不同于其它材质(如金属制品、塑料制品)表面上的涂饰，这是由木材固有特性所决定的。简言之，木材的内部结构十分复杂。不同的木材，内部构造不同，有明显的干缩湿涨性。某些树种含有单宁和树脂，不同树种的表面花纹不同。当用涂料涂布在木材表面的时候，作为涂料基料的聚合物，就粘附在木材的表面上。由于木材是一种多孔性的吸湿材料，当涂料涂布在这个充满许多小孔的木材表面后，根据构成涂料聚合物的种类不同，聚合物分子量的不同，以及所用分散介质种类的不同，它们在木材表面上吸附量是不同的。当聚合物涂布于多孔的木材表面以后，聚合物分子必须通过外层细胞壁和细胞壁与壁之间的小孔，才能达到内腔细胞的有效吸附表面，可渗透细胞壁毛细管的聚合物相对分子质量在3000左右，而可以通过细胞壁间小孔的聚合物相对分子质量可达400000以下。当涂料中的溶剂是极性溶剂的场合，木材的细胞壁吸收溶剂后就膨胀。当木材试样浸渍在聚合物溶液中时，我们可以发现，木材对溶剂的吸附量和对聚合物的吸附量是不一致的，并且，与聚合物结合不牢固的溶剂就会向木材内部渗透，与聚合物结合牢固的那部分溶剂就吸附于聚合物附近。聚合物由于分子量大，不能通过木材的细胞壁间小孔，这时与聚合物结合有一起的溶剂与聚合物一起被吸附于木材的外表面。在涂料干燥成膜的过程中，吸附于木材外表面上的溶剂首先向空气中挥发，聚合物就以涂膜的形式残留在木材的表面上，而被木材深层吸收的溶剂则在涂料的干燥和使用过程中才能慢慢地被释放出来，向空气中挥发。即当涂料溶液涂布于木材表面的时候，发生了如下的木材界面现象：
(1)木材表面首先被涂饰的涂料所润湿；
(2)涂料开始向粗糙的木材毛细管和细胞壁间管道表面渗透；
(3)木材的细胞壁在吸收涂料溶剂的同时涂料的粘度开始上升，并阻止涂料进一步向木材的细胞内部渗透，这时留在木材表面上的涂料聚合物便形成一层所需的涂膜。
作为木器涂料，应符合下述几个基本条件：良好的美化、装饰功能；适应环境要求，具有良好的保护功能；具有适应多种施工方法的施工性能；良好的配套性及经济性。上述这些问题，是水性木器漆研究开发必须考虑和面对的问题。由于目前市场上水性木器漆开发时，一些问题处理的不妥，导致水性木器漆可用性差，装饰性差，价格贵，配套品种不齐全。要解决这些问题，必须针对木材的特性和木器漆的基本要求，才能开发出有商业价值的水性环保型木器漆。
发明内容
本发明的目的是提供了一种水分散环境友好型纳米结构木器漆及制备工艺。针对以高玻璃化温度丙烯酸酯乳液或聚氨酯乳液装饰性不好，漆膜易开裂等缺点，本发明选择了一种乳胶粒径小于100nm的，可室温交联的，水分散环境友好型干性油改性(甲基)丙烯酸聚氨酯和水分散环境友好型双组份固化(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液作为基料，配合颜料、填料和各种助剂加工而成的纳米结构水性木器漆。
本发明是通过如下方案实现；水分散环境友好型纳米结构木器漆及制备工艺，其纳米结构木器漆是以乳胶粒径小于100纳米的水分散环境友好型室温交联干性油改性(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液和室温固化双组份(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液为基料，与颜料、填料、催干剂和其它助剂配合，经分散、研磨等工序加工而成。
上述的水分散水分散环境友好型纳米结构木器漆，
其组成物按重量计由下列成分构成：
(1)水分散环境友好型干性油改性(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液50-90，乳胶粒径小于100nm；
(2)水分散环境友好型双组份固化(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液50-90，乳胶粒径小于100nm；
(3)颜料0-25％；
(4)填料1-30％；
(5)催干剂2-8％；
(6)其它助剂1-10％；
(7)软化水1-20％；
本发明的水性木器漆，以乳胶粒径小于100nm的水分散环境友好型室温交联的单、双组份聚氨酯纳米聚合物乳液为基料，与颜料、填料及其它助剂配合制成的，配套体系齐全的系列纳米结构水性木器漆。该漆的研究与开发充分考虑了木材结构及特性，充分考虑了木器漆涂饰的基本要求。所以，该纳米结构水性木器漆具有装饰性优良，环境适应性好，配套齐全，无毒，干燥快，价格适中，施工方便，漆膜机械性能优异，附着力强。已经证明，该纳米结构水性木器漆可与传统溶剂型木器漆相媲美，可广泛用于木器制品的涂饰与防护。
具体实施方式
实施例：
本发明的组成物是，木器涂饰用的水分散环境友好型纳米结构木器漆，具体成份和用量如下：
(1)所述的胶乳粒径在100nm以下的水分散环境友好型室温交联(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液，固体份为25-45％，该乳液在木器漆中用量为50-90％，最好是70-90％。
(2)所述的胶乳粒径在100nm以下的水分散环境友好型双组份室温固化的(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液，固体份为25-45％，该乳液在水性木器漆中的用量为50-90％，最好是70-90％。
(3)所述的软化水是去离子水或蒸馏水，水中可溶性离子总量小于100ppm，电导率小于20μm/cm。
(4)所述的颜料可以是金红石型钛白粉、碳黑、酞菁蓝、氧化铁红、氧化铁黑、氧化铁黄、大红粉、柠檬黄等，在涂料中的用量为1-25％。
(5)适用的填料为1250目滑石粉、轻质碳酸钙等，在涂料中的用量为5-30％。
(6)所述的催干剂是以环烷酸钴、锆、钙为有效成份的水乳液。例如：奥地利维诺华公司的VXW催干剂，在涂料中用量为2-8％，最好是4-7％。
(7)所述的总用量为1-10％的其它助剂包括：
①分散剂：是乙烯基单体与不饱和羧酸共聚物的盐类。例如：汉高公司的5040、5027；毕克公司的BYK104。
②润湿剂：是聚醚改性烷醇。例如：美国气体化工的surfyno1104H；汉高公司的Hydropalar 3204等。
③消泡剂：是聚醚改性有机硅。例如：汉高公司NopeoNXZ；气体化工的Sunfynol DF75、DF210；毕克公司的020、024。
④流平剂：是有机硅改性聚氨酯。例如：汉高公司的1eoelliug620、DSX2000；气体化工的SunfynolDynal604。
⑤消光剂：是纳米级气相二氧化硅。例如：汉高公司的TS100/e805。
⑥增稠剂：是缔合型增稠剂。例如：汉高公司的9N-636、1550；罗门哈斯公司的M-8；国产的百菌清。
⑦PH值调节剂：是挥发性有机胺。例如：单乙醇胺，2-氨基-1-丙醇，N-乙基吗啉，三乙胺，N、N-二甲基乙醇胺。
水分散环境友好型纳米结构木器漆的制备工艺：
(1)调漆容器中加入准确计量的软水，润湿剂，用可调式高速分散机(下同)搅拌5-10分钟，转速为400-500rpm。
(2)加入配方量的纳米聚合物乳液，搅拌5-10分钟，转速为500-600rpm。
(3)加入配方量的色浆，搅拌5-10分钟，转速为500-600rpm。
(4)加入配方量的填料浆，搅拌10-30分钟，转500-600rpm。
(5)加入催干剂，搅拌5-10分钟，转速为500-600rpm。
(6)加入增稠剂，流平剂，搅拌5-10分钟，转速为800-1000rpm。
(7)用200目筛网过滤(腻子除外)包装得成品。
以下举例说明列于表1，但本发明不仅仅局限于以下实例中。按上述配方制备的水性木器漆的性能列于表2。注：表1实施例与对比例2为木器用腻子。
乳液1为粒径在100nm以下的，水分散环境友好型室温交联干性油改性(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液
乳液2为乳液粒径在100nm以下的，水分散环境友好型双组份室温固化(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液
乳液3为英国尤尔-卡托集团利富达公司的R4180纯丙乳液
乳液4为英国尤尔-卡托集团利富达公司的R4105纯丙乳液
表1配方实例
| 原料 | 实施例 | 对比例 | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 1 | 2 | |
| 软化水 | 4.3 | 2.1 | 2.3 | 1.9 | 1.85 | 1.05 | 16.2 | 17.7 |
| 润湿剂Hydropalat | 0.1 | 0.4 | 0.3 | 0.3 | 0.5 | 0.3 | 0.2 | 0.1 |
| 固化剂Baye3100 | 0 | 0 | 13 | 17 | 13 | 0 | 0 | 0 |
| 成膜剂 | 1.5 | 3 | 3 | 4 | 6 | 6 | 1.0 | 2.0 |
| 分散剂SN-5027 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.4 |
| 消泡剂NopcoNXZ | 0.2 | 0.4 | 0.4 | 0.3 | 0 | 0 | 0.3 | 0.2 |
| 消泡剂SurfynolDF210 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.25 | 0.35 | 0 | 0 |
| 钛白粉 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 | 17.5 |
| 氧化铁红 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.5 | 0 |
| 滑石粉1250目 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 7.2 |
| 碳酸钙 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1.09 |
| 流平剂SurfynolDyual604 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 流平剂Thichleoelling632 | 0.2 | 0.9 | 0.8 | 0.9 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| PH值调节剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 消光剂 | 0 | 2.0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 增稠剂SN-636(10％) | 15 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 增稠剂R430 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 0.2 |
| 催干剂 | 3 | 5 | 0 | 0 | 0 | 5 | 0 | 0 |
| 乳液1 | 50 | 86 | 0 | 0 | 0 | 87 | 0 | 0 |
| 乳液2 | 0 | 0 | 80 | 75.4 | 42 | 0 | 0 | 0 |
| 乳液3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 70.5 | 0 |
| 乳液4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 43.5 |
| 合计 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
表2.水性木器漆性能
| 项目 | 实施例 | 对比例 | ||||
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 1 | |
| 开罐状态 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 涂层外观 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 耐温：80℃，15min，漆膜无变色、起泡，无连续圈痕或明显的间断圈痕，允许轻微失光 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 不合格 |
| 耐水：80h，漆膜无变色、起泡，允许轻微失光 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 24h |
| 耐酸：12h，漆膜无变色、起泡，允许轻微失光 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 4h |
| 耐碱：4h，漆膜无变色、起泡，允许轻微失光 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 1h |
| 光泽：60°镜面反射，80％以上 | —— | 98 | 97 | 97 | 96 | 30 |
| 附着力：80％以上漆膜不脱落 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 40％ |
| 冷热温差：3周漆膜无裂纹、起泡、脱落、允许轻微变色 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 1周 |
| 耐磨度(质量为1000g)，400转不露白 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 | 不合格 |
注：轻微失光；指光泽比试验前减少5-10％。
Claims (8)
1、一种水分散环境友好型纳米结构木器漆，是以一种乳胶粒径小于100nm的水分散环境友好型室温交联干性油改性(甲基)丙烯酸聚氨脂纳米聚合物乳液和室温固化双组份(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液为基料，与颜料、填料，催干剂和其它助剂配合，经分散、研磨等工序加工而成。
2、根据权利要求1所述的水分散环境友好型纳米结构木器漆，其特征在于，水分散环境友好型干性油改性(甲基)丙烯酸聚氨酯纳米聚合物乳液，分散相粒径小于100nm，用挥发性胺中和加水搅拌分散而成，固含量为25-45％，在涂料中用量为50-90％。
3、根据权利要求1所述的水分散环境友好型纳米结构木器漆，其特征在于，水分散环境友好型双组份室温固化(甲基)丙烯酸聚氨脂纳米聚合物乳液，粒径小于100nm，用挥发性胺中和，加水搅拌分散而成，固体含量为25-45％，在涂料中用量为50-90％。所用固化剂为拜耳公司的3100，用量为漆量的10-30％。
4、根据权利要求1所述的水分散环境友好型纳米结构木器漆，其特征在于，所说的颜料可以是金红石型钛白粉、碳黑、氧化铁红、氧化铁黑、氧化铁黄、酞菁蓝、大红粉，用量为漆量的1-25％。
5、根据权利要求1所述的水分散环境友好型纳米结构木器漆，其特征在于，所说的填料可以是滑石粉、硫酸钡、碳酸钙，在涂料中的用量为5-20％。
6、根据权利要求1所述的水分散环境友好型纳米结构木器漆，其特征在于，所说的催干剂是环烷酸钴、锆、钙为活性成份的复合催干剂乳液，用量为漆量的2-7％。
7、根据权利要求1所述的水分散环境友好型纳米结构木器漆其特征在于，所说的其他助剂为润湿剂、分散剂、消泡剂、防霉剂、增稠剂、流平剂、消光剂、PH值调节剂等，具体化合物如申请书正文所述，用量为涂料总量的1-10％。
8、一种水分散环境友好型纳米结构木器漆的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在调漆容器中加入准确计量的软水，润湿剂，用可调式高速分散机(下同)搅拌5-10分钟，转速为400-500rpm。
(2)加入配方量的纳米聚合物乳液，搅拌5-10分钟，转速为500-600rpm。
(3)加入配方量的色浆，搅拌5-10分钟，转速为500-600rpm。
(4)加入配方量的填料浆，搅拌10-30分钟，转速为500-600rpm。
(5)加入催干剂，搅拌5-10分钟，转速为500-600rpm。
(6)加入增稠剂，流平剂，搅拌5-10分钟，转速为800-1000rpm。
(7)用200目筛网过滤(腻子除外)包装得成品。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN 03113622 CN1431265A (zh) | 2003-01-21 | 2003-01-21 | 水分散环境友好型纳米结构木器漆及制备工艺 |
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|---|---|---|---|---|
| CN101974277A (zh) * | 2010-10-29 | 2011-02-16 | 浙江菲达中科精细化学品有限公司 | 密度板封边水性木器白底漆及其制备工艺 |
| CN102250537A (zh) * | 2011-05-30 | 2011-11-23 | 亚士漆(上海)有限公司 | 水性木器漆 |
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| CN101974277B (zh) * | 2010-10-29 | 2013-01-16 | 浙江菲达中科精细化学品有限公司 | 密度板封边水性木器白底漆及其制备工艺 |
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