CN103740248B - 一种平滑耐磨高硬度单组份水性木器涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平滑耐磨高硬度单组份水性木器涂料及其制备方法，包括面漆和底漆，面漆由下列组分制成：成膜乳液、防腐剂、消泡剂、润湿剂、去离子水、流平剂、二丙二醇丁醚、十二醇酯、增稠剂、防闪锈剂；底漆由下列组分制成：成膜乳液、防腐剂、硬脂酸锌乳液、去离子水、消泡剂、润湿剂、流平剂、二丙二醇丁醚、十二醇酯、增稠剂、防闪锈剂。本发明的涂料具有表面平滑、附着力强，硬度和耐磨性高于GB/T23999‑2009的技术要求，是一种高性能环保水性涂料。

Description

一种平滑耐磨高硬度单组份水性木器涂料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及油漆领域，具体涉及一种平滑耐磨高硬度单组份水性木器涂料及其制备方法。

背景技术：

随着社会的发展与进步，人们的环境保护意识不断提升，而石油资源的日益紧张，加快了油漆水性化的步伐。各国制定的环保法规都对涂料中挥发性有机化合物（VOC）有严格限制，中国先后出台了GB1851-2009《室内装饰性材料、溶剂型木器涂料中有害物质限量》、GB24410-2009《室内装饰装修材料、水性木器涂料中有害物质限量》，对室内涂料中VOC的限量提出了明确要求。水性木器涂料与溶剂型涂料相比，具有环保、低碳、安全、使用方便等优点，双组份水性聚氨酯木器涂料性能可以和溶剂型涂料相媲美，但较高的价格难以被市场所接受。单组份水性木器涂料的价格合理，易于被用户接受，但普遍存在涂膜初期硬度低、丰满度差、抗回粘性差、抗沾污能力低等问题。本发明通过科学选材，优化配方，改进工艺，全面提升了单组份水性木器底、面涂料的性能，改进了涂膜存在的常见缺陷，研制的单组份水性木器涂料的涂膜性能符合或超过GB/T23999-2009《室内装饰装修用水性木器涂料》中各项指标的技术要求，有害物质限量符合GB24410-2009《室内装饰装修材料水性木器涂料中有害物质限量》的要求。

发明内容：

本发明提供了一种平滑耐磨高硬度单组水性木器涂料及其制备方法，本发明的涂料具有表面平滑、附着力强，硬度和耐磨性高于GB/T23999-2009的技术要求，是一种高性能环保水性涂料。

本发明的技术方案:

一种平滑耐磨高硬度单组份水性木器涂料，包括面漆和底漆，其特征在于，所述的面漆和底漆分别由下列重量份的组分制成：

面漆：

成膜乳液80-85、防腐剂0.07-0.1、消泡剂0.1-0.2、润湿剂0.1-0.25、去离子水5-6、流平剂0.1-0.2、二丙二醇丁醚1-3、十二醇酯2-4、增稠剂0.3-0.8、防闪锈剂0.1-0.2；

底漆：

成膜乳液80-95、防腐剂0.07-0.1、硬脂酸锌乳液8-12、去离子水2-3、消泡剂0.1-0.2、润湿剂0.15-0.25、流平剂0.1-0.2、二丙二醇丁醚2-3、十二醇酯2-4、增稠剂0.9-1.5、防闪锈剂0.1-0.2。

所述的一种平滑耐磨高硬度单组份水性木器涂料，其特征在于：所述面漆的制备方法为：

按配方比例称取各组分原料，首先将去离子水加入不锈钢釜中，搅拌状态下，依次缓慢加入防腐剂、消泡剂、润湿剂、防闪锈剂，以300-400转/分的转速搅拌20-30分钟，然后将转速调到400-500转/分，再缓慢加入成膜乳液，并用PH调节剂调体系的PH值为8.5-9，加入部分增稠剂水溶液调粘度至75-85KU值，依次缓慢加入流平剂、二丙二醇丁醚、十二醇酯，等余下物料，搅拌40-50分钟，直至呈均相体系，最后再次用增稠剂水溶液调粘度至75-85KU值，用120目筛网过滤、计量、包装，即可。

所述的一种平滑耐磨高硬度单组份水性木器涂料，其特征在于：所述底漆的制备方法为：

首先按配方比例称量好各组分原料，

然后将去离子水加入不锈钢釜中，搅拌状态下加入防腐剂、再缓慢依次加入硬脂酸锌乳液、消泡剂、润湿剂、防闪锈剂，以300-400转/分的转速搅拌20-30分钟，然后将转速调到400-500转/分，再缓慢加入成膜乳液，并调节PH值为8.5-9，加入部分预先溶解好的增稠剂水溶液调粘度至合格，在依次缓慢加入流平剂、二丙二醇丁醚、十二醇酯，等余下物料，搅拌40-50分钟，直至呈均相体系，最后再次用增稠剂水溶液调粘度至75-85KU值，用120目筛网过滤、计量、包装，即可。

面漆中的所用的成膜乳液为烟台万华提供的阴离子型改性聚氨酯分散体；底漆中的所用的成膜乳液为烟台万华提供的和 两种乳液共混而得。

本发明方案的确定过程：

1、乳液的确定

水性木器涂料中成膜物一般为聚合物乳液或水性分散体，在配方中占80%左右（重量比），乳液的种类和性能是水性木器涂料综合性能高低的决定因素。

水分散性醇酸具有光泽高、丰满度高、流平性好等优点，但其涂膜干燥慢、硬度低，需要添加催干剂，而催干剂通常含有重金属；丙烯酸乳液具有成本较低、快干、耐光、耐候等优点，但其涂膜抗回粘性差、柔韧性低；单组份水性聚氨酯分散体（WPU）在耐磨性、硬度、柔韧性、抗粘度、丰满度、流平性等方面具有优势，但其涂膜耐醇性、耐水性略差，且价格较高；硅丙改性聚氨酯乳液是一种将丙烯酸分子（有机硅分子）、聚氨酯分子通过网络互穿技术合成的高聚物乳液，与丙烯酸乳液和聚氨酯分散体共混体系相比，综合性能更加优异、贮存稳定性更好，适合中高档水性木器面涂。阴离子型改性聚氨酯分散体即属于此类型乳液；由于该乳液采用了特殊的自交联技术和后交联技术因而具有非常好的耐沾污性、耐磨性和抗回粘性。

水性木器底漆用乳液性能应满足以下几个方面：（1）快干及可打磨性；（2）交联密度高，封底性好；（3）耐水性好；（4）渗透润湿性强；（5）透明度好。

丙苯共聚乳液具有以上特性，是一款多重交联苯丙乳液，可以平衡交联速率过快或过慢带来的不足，同时使涂膜在短时间内就能获得良好的硬度、湿打磨性、耐水性等。其与阴离子型水性聚氨酯分散体（脂肪族）共混后应用于水性木器底涂，涂膜的硬度、抗热回粘性进一步提高。

2、打磨剂的确定

水性木器底涂打磨可以增加涂层的平滑性和层间附着力，常用的打磨剂有硬脂酸锌、滑石粉、石英粉等，不同打磨剂性能如图1所示；

以上常用打磨剂加入水性木器涂料体系需要高速分散或砂磨。本发明选用NMFH-104涂料用水性硬脂酸锌乳液，只需在低速搅拌下添加，对水性木器涂料的稳定性有利，同时不沉淀，透明性好，易打磨，具成本合理，添加量为8-12%。

3、润湿剂的确定

水性木器涂料在木材表面充分流平的条件为二者之间的接触角为零，即木材表面张力和水性木器涂料的表面张力近相近。木材的表面张力较低大多数＜40mN/m，而水的表面张力高达72.8mN/m，所以不添加润湿剂的水性木器涂料在木材表面润湿流平的效果很差，涂膜容易产生团聚、缩边、缩孔等表面缺陷。

添加合适的基材润湿剂，便可以达到降低涂料表面张力、增进润湿流平的作用。基材润湿剂分子通常含有疏水和亲水两种基团，这种结构的分子加入水性涂料体系，润湿剂分子会定向重排，使涂料的表面张力迅速下降，但同时也有稳泡的倾向，而气泡容易造成涂膜表面缩孔，因此润湿剂的选择遵照如下原则进行：（1）既能快速降低静态表面张力，又能迅速降低动态表面张力；（2）既能降低固/液界面的表面张力，又能降低气/液界面的表面张力，因为水性木器涂料无论是刷涂或喷涂都会形成气/液界面；（3）既无起泡作用又不稳泡；（4）与水性木器涂料体系配套性良好，不影响光泽和透明度，通过反复实验，选择CF-10和DAPRO W-77复配混合作用，既能有效降低体系的表面张力，又能和体系良好配套，不易起泡、稳泡。

4、表面平滑剂的确定

水性木器涂料的高硬度和平滑性会提高木器涂料的抗粘连性，但是表面平滑助剂大多数是有机硅或改性有机硅分子组成，在提高表面平滑性的同时，可能会降低不同涂层之间、底涂和木材之间的附着力。在确保附着力的前提下，提高涂膜的平滑性需要对平滑助剂反复筛选，Levaslip455在本发明体系中表现出良好的平滑性、配套性，不影响附着力。

5、消泡剂的确定

水性木器涂料在生产的搅拌和施工时，容易引入空气而产生大量气泡。在底涂施工过程中，又会将木材空隙中的气泡置换出来，同时水性木器涂料中的润湿剂等表面活性剂有起泡、稳泡的作用，如果不添加消泡剂，会严重影响涂膜的表观状态。

通常消泡剂随着与水性体系的相溶性下降，消泡能力提升，但相溶性下降后又会产生缩孔等涂膜缺陷，因而消泡剂的选择要平衡相溶性和消泡能力，通过大量实验比较，DAPRO DF7015在本发明的水性木器涂料体系中能有效平衡相溶性和消泡能力。

6、成膜助剂的确定

成膜助剂能降低乳液的Tg温度，提高乳液粒子的塑性流动和弹性形变，改善其聚结性能，使乳液在较低的温度下仍有良好的成膜性。

成膜助剂是一种暂时的增塑剂，随着时间的推移，涂膜的干燥而挥发。

常用成膜助剂性能如下：

水性木器涂料的成膜助剂应具有以下特性：

（1）聚合物的强溶剂，有效降低聚合物的Tg，且相容性好。

（2）在水中溶解性小，易被乳液粒子吸附而有优良的聚结性。

（3）适宜的挥发速率，在成膜过程中呈梯度挥发，全部挥发时间不能太长。

（4）不影响乳液体系的稳定性（如出现絮凝等），易加入而吸附在乳胶微粒表面。

（5）低毒环保。

通过实验比较，本发明的水性木器涂料体系采用DPnB和Texanol复配使用，通过相容性、挥发速率快慢的合理搭配，保持了涂膜良好的光泽和流平效果。

7、流变助剂的确定

对于水性木器涂料，在贮存期间应具有较高的低剪切粘度，有效防止涂料的沉淀分层；在施工高剪切的情况下，流动性适良好，粘度适中，使水性木器涂料具有良好的涂刷性和流平性，而施工完毕粘度迅速上升防止流挂。为了达到以上目的必须选择合适的流变助剂来调节体系的流变特性。

目前，常用的流变助剂主要有纤维醚类、碱溶胀聚丙烯酸酯类、缔合型聚氨酯类、无机膨润土类。它们的作用机理是通过疏水基团彼此间或疏水基团与乳胶分子缔合而形成网络结构，或通过氢键作用在水相中形成空间网络结构。

纤维素醚会影响涂膜的光泽和机械性能，在水性木器涂料中很少使用；碱溶胀聚丙烯酸酯类耐水性差，无机膨润土影响涂膜流平，因而不宜用于水性木器涂料体系。

缔合型聚氨酯类增稠剂加入水性木器涂料体系，得到的涂膜在光泽、流平、丰满度、耐水等方面优势明显，本发明选用海明斯的WT-105A聚氨酯增稠剂。

本发明的优点

1、环保，VOC低于GB24410-2009的限量值

通过优选乳液、成膜助剂和其它功能助剂，合理调配，发挥各自的性能特长，使本发明的水性木器涂料的有机挥发物VOC低于GB24410-2009限量值，符合国家环保化的要求；

2、涂膜高硬、平滑耐磨、耐划伤

在水性木器面涂配方里优选成膜物赋予涂层高硬度，实测达到H；复配成膜助剂使涂层更致密平整，高效平滑剂、改性填料显著提高了涂膜的耐磨、耐划伤性，耐磨性（750g/500r）实测为0.0045g，耐划伤（200g）未划伤，以上关键技术指标均高于GB/T23999-2009中对A类水性木器涂料的技术要求；

3、水性木器底漆具有高透明性，施工后2-3小时即可打磨

硬脂酸锌乳液应用于该水性木器底涂体系，具有高透明性，彰显木材的天然纹理，增加生活的自然美；水性木器底涂良好的干性，使得涂层施工后2-3小时即可打磨，显著提高了施工效率；

4、该水性木器面涂具有良好的耐候性和耐污染性

该水性木器面涂体系采用阴离子型改性聚氨酯分散体为成膜物，既有丙烯酸树脂良好的耐候性，又有聚氨酯树脂较高的硬度和耐沾污性，能长久保持涂膜不黄变，Levaslip455表面平滑剂应用于该体系，提高了涂层耐受茶、醋、油、化妆品等污染的时间长度（达2-3小时）；

5、该水性木器涂料的生产无需高速分散设备，减少了设备投资，增加了生产的安全性。

硬脂酸锌乳液应用于该水性木器底涂体系，无需高速分散设备即可达到水性木器涂料要求的细度，并且低速状态下制得的水性木器涂料贮存稳定性更好，半年无分层、分水的现象。

附图说明

图1是打磨剂硬脂酸锌、滑石粉、石英粉的性能示意图；其中图1（a）为打磨性；图1（b）为消光性；图1（c）为透明性。

具体实施方式

实施例1单组水性木器涂料（面涂）的配方及工艺

表1单组水性木器涂料（面涂）的配方组成

制备工艺：

1、将去离子水计量后加入不锈钢釜中，开动搅拌控制按钮，调到转速300-400转/分，计量后依次缓慢加入防腐剂、消泡剂、润湿剂、防闪锈剂（首先加入杀菌剂的目的，是尽可能杀尽去离子水和设备的微生物，防止贮存过程中变质），搅拌时间20-30分钟；

2、将转速调到400-500转/分，计量后缓慢加入乳液，并用PH调节剂调体系的PH值为8.5-9，调节时应慢加、勤测；

3、速度不变的情况下，加入事先化的WT-105A增稠剂水溶液，调粘度在40-50KU值时，改用3060增稠剂水液调粘度至75-85KU值。

4、在转速不变的情况下，计量后依次缓慢加入平滑剂、二丙二醇丁醚、十二醇酯，改性填料，搅拌40分钟以上，直至呈均相体系；

5、在转速不变的情况下，用3060增稠剂水液调粘度至75-85KU值（加入第4步的物料时，体系的粘度会有所变化），在搅拌的状态下，用120目筛网过滤、计量、包装。

6、若生产过程不能连续完成，应用化好0.1%的杀菌剂溶液封闭物料表面，以防物料表面结皮，影响涂料的细度。

实施例2单组水性木器涂料（底涂）的配方及工艺

表2单组水性木器涂料（底涂）的配方组成

底漆的制备工艺：

1、将去离子水计量后加入不锈钢釜中，开动搅拌控制按钮，调到转速300-400转/分，计量后缓慢加入防腐剂、再缓慢依次硬脂酸锌乳液、消泡剂、润湿剂、防闪锈剂（首先加入杀菌剂的目的，是尽可能杀尽去离子水和设备的微生物，防止贮存过程中变质），搅拌时间20-30分钟；

2、将转速调到400-500转/分，计量后缓慢加入4110和4300乳液，并用PH调节剂调体系的PH值为8.5-9，调节时应慢加、勤测；

3、速不变的情况下，加入事先化的WT-105A增稠剂水溶液，调粘度在40-50KU值时，改用3060增稠剂水液调粘度至75-85KU值。

4、在转速不变的情况下，计量后依次缓慢加入平滑剂、二丙二醇丁醚、十二醇酯，搅拌40分钟以上，直至呈均相体系；

5、在转速不变的情况下，用3060增稠剂水液调粘度至75-85KU值（加入第4步的物料时，体系的粘度会有所变化），在搅拌的状态下，用120目筛网过滤、计量、包装。

6、若生产过程不能连续完成，应用化好0.1%的杀菌剂溶液封闭物料表面，以防物料表面结皮，影响涂料的细度。

以下为该发明的水性木器涂料的检测结果

水性木器底、面涂性能实测结果

Claims (3)

1.一种平滑耐磨高硬度单组份水性木器涂料，包括面漆和底漆，其特征在于，所述的面漆和底漆分别由下列重量份的组分制成：面漆：成膜乳液 80-85、防腐剂 0.07-0.1、消泡剂0.1-0.2、润湿剂0.1-0.25、去离子水5-6、流平剂 0.1-0.2、二丙二醇丁醚1-3、十二醇酯2-4、增稠剂 0.3-0.8、防闪锈剂0.1-0.2； 底漆：成膜乳液 80-95、防腐剂0.07-0.1、硬脂酸锌乳液8-12、去离子水2-3、消泡剂0.1-0.2、润湿剂0.15-0.25、流平剂 0.1-0.2、二丙二醇丁醚2-3、十二醇酯2-4、增稠剂 0.9-1.5、防闪锈剂0.1-0.2；面漆中的所用的成膜乳液为烟台万华提供的Lacper^® 4210阴离子型改性聚氨酯分散体；底漆中的所用的成膜乳液为烟台万华提供的Lacper^® 4110和Lacper^® 4300两种乳液共混而得。

2.根据权利要求1所述的一种平滑耐磨高硬度单组份水性木器涂料，其特征在于：所述面漆的制备方法为：按配方比例称取各组分原料，首先将去离子水加入不锈钢釜中，搅拌状态下，依次缓慢加入防腐剂、消泡剂、润湿剂、防闪锈剂，以300-400转/分的转速搅拌20-30分钟，然后将转速调到400-500转/分，再缓慢加入成膜乳液，并用pH调节剂调体系的pH值为8.5-9，加入部分增稠剂水溶液调粘度至75-85KU，依次缓慢加入流平剂、二丙二醇丁醚、十二醇酯，搅拌40-50分钟，直至呈均相体系，最后再次用增稠剂水溶液调粘度至75-85KU，用120目筛网过滤、计量、包装，即可。

3.根据权利要求1所述的一种平滑耐磨高硬度单组份水性木器涂料，其特征在于：所述底漆的制备方法为：首先按配方比例称量好各组分原料，然后将去离子水加入不锈钢釜中，搅拌状态下加入防腐剂、再缓慢依次加入硬脂酸锌乳液、消泡剂、润湿剂、防闪锈剂，以300-400转/分的转速搅拌20-30分钟，然后将转速调到400-500转/分，再缓慢加入成膜乳液，并调节pH值为8.5-9，加入部分预先溶解好的增稠剂水溶液调粘度至合格，再依次缓慢加入流平剂、二丙二醇丁醚、十二醇酯，搅拌40-50分钟，直至呈均相体系，最后再次用增稠剂水溶液调粘度至75-85KU，用120目筛网过滤、计量、包装，即可。