CN105273557A - 一种水性木器漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性木器漆及其制备方法，采用如下方法制备：1.预乳化：称取软单体、硬单体、交联单体、乳化剂和纳米纤维素，与去离子混合后得预乳化液；在反应釜中加入pH调节剂，去离子水，搅拌均匀，将1/5预乳液、1/5用量的引发剂和去离子水倒入反应釜中，升温至80℃，搅拌，反应至得到带蓝色光泽的乳液，开始滴加剩余预乳化液和引发剂，滴加完毕后加入木材表面改性剂搅拌5分钟，过滤出料，调节pH到7-8，得到乳液，将制备好的乳液与去离子水、润湿流平剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、蜡乳液按比例混合，制得具有核壳结构的水性木器漆，制备得到的水性木器漆具有优良的漆膜硬度和木材附着力。

Description

一种水性木器漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性漆及其制备方法，特别涉及一种木制品用水性漆及其制备方法，属于木材加工技术领域。

背景技术

使用木器漆进行涂装作为木制品防护的途径之一。其中，水性木器漆不仅能起到保护木制品、美化木制品表面、增加木制品附加价值以及带来电气绝缘、隔音、隔热防火、防滑、防虫等作用，而且相比于传统溶剂型木器漆，其节约能源、绿色环保、对人体危害小，正逐步占据市场主导。但水性木器漆存在着与身俱来的漆膜硬度、附着力等性能上的不足。这些问题在一定程度上限制了水性木器漆的发展和使用。

漆膜硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，是表示漆膜机械强度和衡量涂料产品质量的重要指标之一；漆膜附着力是指“涂层与木制品基材表面之间的或涂层之间(通过物理和化学作用)相互牢固粘结的能力”。

对于漆膜膜硬度，普遍做法是在乳液中添加有机或无机材料，利用无机成分的高硬度、耐磨性、优异的耐候性或是利用有机成分的柔韧性，进而使水性木器涂料具有优异特性，提升水性木器涂料的漆膜硬度；例如韦双颖等人发表在2014年第36期《安徽农业科学》杂志“多面体低聚倍半硅氧烷改性水性聚氨酯木器漆的研究”中，通过向聚合物体系中加入少量新型的纳米材料一多面体低聚倍半硅氧烷，明显提高了涂膜的硬度；也可以通过纳米粒子作为增加材料加入聚合物中，提高涂膜硬度等力学性能，如申请号为201310329238.4的发明专利公开一种纳米环保水性木器漆及其制备方法，发明通过加入纳米多体浆料到乳液，最终制备出的涂料在涂膜硬度上佳且涂刷效果好。

对于漆膜附着力，一般利用自交联、核壳乳液聚合、添加纳米无机物质等技术改性木器漆乳液以提高漆膜附着力，如***发表在2009年第10期《化工新型材料》“自交联环氧改性丙烯酸酯木器漆乳液的合成”中，利用自交联和核壳乳液聚合方法得到水性丙烯酸酯木器漆有良好的附着力、优良的抗划伤性、抗回粘性等性能；申请号201310219912.3的发明专利公开一种仿真木纹纳米水性木器涂料及其制备方法，发明通过添加纳米二氧化钛作为增强材料，使木器涂料附着力强，做出的图形不易变形，不褪色，耐磨性好，可以添加不同的颜色，形成各种木纹，适用于各种家具。

上述对于木器漆漆膜硬度和附着力的改善做法，往往处理措施并不能够很好平衡硬度和附着力，改善效果并不是很明显，在一定程度上以牺牲彼此性能为代价，针对该现象，研究认为通过纳/微米纤维素引入，利用有机-无机杂化可以很好的平衡硬度和附着力改善，基于材料的纳米效应，粒子粒径小利于乳液分散稳定；又由于纤维素带有羟基、羧基等反应活性基团，而杂合的方式有助于乳液中聚合物链段生成、扩链及交联，进而提高漆膜硬度与附着力等性能。例如，蔡琪等人发表在2014年第6期《东北林业大学学报》杂志“纤维素纳米粒子增加聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备和性能”中，以微晶纤维素为原料，通过不同质量分数硫酸水解和高压均质制备不同尺度的CNP，以其可制备高性能的复合材料作用于木器漆硬度和附着力；此外基于纳米效应，粒子比表面积大，具有良好润湿性，提高及在木制品表面渗透，且在成膜过程有助于形成交联结构，提高涂膜力学性能，吴燕等人发表在2010年第6期《林业科技开发》杂志“天然纤维微/纳米纤丝改性家具涂料的可行性”中，论证在涂料制备乳液中添加改性的天然纤维微/纳米纤丝，由于水性环境避免微/纳米纤丝的团聚，利于其均匀分散和改性，且纤丝表面的活性基团更易与同类木质、非木质等生物质材料之间产生结合，致使涂膜附着力，硬度等性能指标都有较大程度的提高；申请号201310059544.0的发明专利公开一种水性涂料及其制备方法，发明通过添加羟丙甲基纤维素使得漆膜坚硬、光泽度好、抗冲击力强，不容易开裂，质感柔和，装饰性强、附着力强，使用寿命长、无特殊气味，无甲醛挥发物，符合环保涂料的技术要求。为此，选择合适的添加方式，引入一种纳/微米纳米纤维或几种的组合，有望较好地解决水性木器漆漆膜硬度低、附着力差的问题。

发明内容

本发明提供一种水性木器漆，能解决水性木器漆漆膜硬度和附着力较差的问题，使制备的水性木器漆同时具备较好漆膜硬度和附着力，并且二者指标均优于国家标准。

所述木器漆乳液由以下组分制备：各组分以重量份数计

所述木材表面改性剂选自乙烯基三乙酰氧基硅烷VAS、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷KH560中的一种或几种。

所述软单体选自丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异辛酯中的一种或几种；

所述硬单体选择苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酰胺中的一种或几种；

所述引发剂选自过硫酸铵或过硫酸钾；

所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚乙氧基醚硫酸铵、SPAN系列、吐温系列中的一种或几种；

所述纳米纤维素选自纳米纤丝纤维素(NFC)粉末(纯度＞98％)、纳米微晶纤维素(CNC)(水分散液，固含2％)、阴离子纳米纤丝纤维素(NFC)(水分散液，固含2％)中的一种或者几种；

所述的木器漆的制备方法：

1.预乳化：称取软单体、硬单体、交联单体、乳化剂和纳米纤维素，与去离子水混合后均质搅拌处理15-30min制得预乳化液；

2.乳液制备：在装有搅拌装置、冷凝装置、氮气保护装置及加料装置的反应釜中加入pH调节剂，去离子水，搅拌均匀，将1/5预乳液、1/5用量的引发剂和去离子水倒入反应釜中，升温至80℃，搅拌，反应至得到带蓝色光泽的乳液，开始滴加剩余预乳化液和引发剂，预乳化液控制在2.5-3.5h滴完，引发剂控制在3.5h-4h左右滴完，温度保持在80-85℃，搅拌转速控制在100r，引发剂滴完后保温30min，加入木材表面改性剂搅拌5分钟，过滤出料，调节pH到7-8，封存待用；

3、木器漆调制：将制备好的乳液与去离子水、润湿流平剂BYK-346、消泡剂BYK-019、增稠剂PE-625、成膜助剂TEXNALA-12、蜡乳液BYK-513按一定比例混合，制得具有核壳结构的水性木器漆。

所述的润湿流平剂为BYK-346，所述的消泡剂为BYK-019，所述的增稠剂为PE-625、所述的成膜助剂为TEXNALA-12，所述的蜡乳液为BYK-513。

进一步地，相对于乳液100重量份计，步骤3中去离子水加入2-4重量份、润湿流平剂加入0.1-0.7重量份、消泡剂加入0.3-0.6重量份、增稠剂加入0.5-1.5重量份、成膜助剂加入4-6重量份、蜡乳液加入7-9重量份。

本发明所取得的效果：

1)本发明在制备预乳液的时候与单体混合在一起，在乳液聚合反应时一起滴加，能提高乳液漆膜的硬度。

2)在乳液中添加木材表面改性剂，以改变木材表面的润湿性，使得与木器漆漆膜结合更好。

3)本发明制备的乳液漆膜硬度高、对木材附着力好，优于国家标准。

具体实施方式：

实施例1

1)准确称量丙烯酸丁酯80g、苯乙烯30g、甲基丙烯酸甲酯90g、双丙酮丙烯酰胺3g、十二烷基硫酸钠5g、脂肪酸聚氧乙烯酯10g、烷基酚聚乙氧基醚硫酸铵6g、纳米微晶纤维素CNC(液体)1g(绝干)、纳米纤丝纤维素(NFC)粉末1g、150g去离子水于烧杯中，采用5000r/min的转速均质处理20min制得预乳化液。2)乳液制备：在装有搅拌装置、冷凝装置、氮气保护装置及加料装置的反应釜中加入pH调节剂，去离子水，搅拌均匀，将1/5预乳液(1)、1/5用量的APS溶液和100g去离子倒入反应釜中，升温至80℃，搅拌，反应至得到带蓝色光泽的乳液。开始滴加剩余预乳化液和引发剂，预乳化液控制在3h左右滴完，引发剂控制在4h左右滴完，温度保持在80-85℃，搅拌转速控制在100r左右。引发剂滴完后保温30min，加入5g表面处理剂KH550搅拌5分钟，过滤出料，调节pH到7-8，封存待用。

3)木器漆调制：将制备好的乳液与12.3g去离子水、2.1g润湿流平剂BYK-346、2.1g消泡剂BYK-019、4.0g增稠剂PE-625、20.1g成膜助剂TEXNALA-12、33.0蜡乳液BYK-513混合，制得具有核壳结构的水性木器漆。

实施例2

1)准确称量丙烯酸异辛酯60g、苯乙烯70g、丙烯酸50g、丙烯酰胺4g、吐温-405g、脂肪酸聚氧乙烯酯10g、烷基酚聚乙氧基醚硫酸铵6g、纳米微晶纤维素CNC(液体)1g(绝干)、纳米纤丝纤维素(NFC)粉末1g、150g去离子水于烧杯中，采用5000r/min的转速均质处理20min制得预乳化液。2)乳液制备：在装有搅拌装置、冷凝装置、氮气保护装置及加料装置的反应釜中加入pH调节剂，去离子水，搅拌均匀，将1/5预乳液(1)、1/5用量的APS溶液和100g去离子倒入反应釜中，升温至80℃，搅拌，反应至得到带蓝色光泽的乳液。开始滴加剩余预乳化液和引发剂，预乳化液控制在3h左右滴完，引发剂控制在4h左右滴完，温度保持在80-85℃，搅拌转速控制在100r左右。引发剂滴完后保温30min，加入5g表面处理剂KH560搅拌5分钟，过滤出料，调节pH到7-8，封存待用。

3)木器漆调制：将制备好的乳液与12g去离子水、2.0g润湿流平剂BYK-346、2.0g消泡剂BYK-019、3.9g增稠剂PE-625、20.0g成膜助剂TEXNALA-12、32.8蜡乳液BYK-513混合，制得具有核壳结构的水性木器漆。

实施例3

1)准确称量丙烯酸乙酯90g、丙烯酸50g、甲基丙烯酸甲酯70g、双丙酮丙烯酰胺3g、SPAN6g、脂肪酸聚氧乙烯酯10g、烷基酚聚乙氧基醚硫酸铵6g、纳米微晶纤维素CNC(液体)1g(绝干)、纳米纤丝纤维素(NFC)(液体)1g(绝干)、150g去离子水于烧杯中，采用5000r/min的转速均质处理20min制得预乳化液。2)乳液制备：在装有搅拌装置、冷凝装置、氮气保护装置及加料装置的反应釜中加入pH调节剂，去离子水，搅拌均匀，将1/5预乳液(1)、1/5用量的KPS溶液和100g去离子倒入反应釜中，升温至80℃，搅拌，反应至得到带蓝色光泽的乳液。开始滴加剩余预乳化液和引发剂，预乳化液控制在3h左右滴完，引发剂控制在4h左右滴完，温度保持在80-85℃，搅拌转速控制在100r左右。引发剂滴完后保温30min，加入4g表面处理剂KH550、3gVAS搅拌5分钟，过滤出料，调节pH到7-8，封存待用。

3)木器漆调制：将制备好的乳液与12.5g去离子水、2.1g润湿流平剂BYK-346、2.1g消泡剂BYK-019、4.0g增稠剂PE-625、20.2g成膜助剂TEXNALA-12、33.3蜡乳液BYK-513混合，制得具有核壳结构的水性木器漆。

根据GB/T23999-2009室内装饰装修用水性木器涂料标准做对比试验，所得结果见表1，添加了纳米纤维素的木器漆，具有较强的漆膜拉脱强度和较高的硬度，优于国家标准。

表1水性木器漆漆膜性能

Claims (9)

1.一种水性木器漆乳液，其特征在于由以下组分制备，各组分以重量份数计

所述木材表面改性剂选自乙烯基三乙酰氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的一种水性木器漆乳液，其特征在于所述软单体选自丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸异辛酯中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种水性木器漆乳液，其特征在于所述硬单体选择苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、丙烯酸和丙烯酰胺中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种水性木器漆乳液，其特征在于所述引发剂选自过硫酸铵或过硫酸钾。

5.根据权利要求1所述的一种水性木器漆乳液，其特征在于所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚乙氧基醚硫酸铵、SPAN系列和吐温系列中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种水性木器漆乳液，其特征在于所述纳米纤维素选自纯度＞98％的粉末纳米纤丝纤维素、固含2％的水分散液形式的纳米微晶纤维素和固含2％的水分散液形式的阴离子纳米纤丝纤维素中的一种或者几种。

7.一种水性木器漆制备方法，其特征在于：

1)根据权利要求1所述的木器漆乳液的原料重量份数称取软单体、硬单体、交联单体、乳化剂和纳米纤维素，与去离子混合后均质搅拌处理15-30min制得预乳化液；

2)乳液制备：在装有搅拌装置、冷凝装置、氮气保护装置及加料装置的反应釜中加入pH调节剂，去离子水，搅拌均匀，将1/5预乳液、1/5用量的引发剂和去离子水倒入反应釜中，升温至80℃，搅拌，反应至得到带蓝色光泽的乳液，开始滴加剩余预乳化液和引发剂，预乳化液控制在2.5-3.5h滴完，引发剂控制在3.5h-4h滴完，温度保持在80-85℃，搅拌转速控制在100r/min，引发剂滴完后保温30min，加入木材表面改性剂搅拌5分钟，过滤出料，调节pH到7-8，封存待用；

3)木器漆调制：将制备好的乳液与去离子水、润湿流平剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、蜡乳液按比例混合，制得具有核壳结构的水性木器漆。

8.根据权利要求7所述的水性木器漆制备方法，其特征在于所述的润湿流平剂为BYK-346，所述的消泡剂为BYK-019，所述的增稠剂为PE-625、所述的成膜助剂为TEXNALA-12，所述的蜡乳液为BYK-513。

9.根据权利要求7或8所述的水性木器漆制备方法，其特征在于在步骤3)中，相对于乳液100重量份计，去离子水加入2-4重量份、润湿流平剂加入0.1-0.7重量份、消泡剂加入0.3-0.6重量份、增稠剂加入0.5-1.5重量份、成膜助剂加入4-6重量份、蜡乳液加入7-9重量份。