CN105368129A

CN105368129A - 一种高耐磨水性uv固化木器涂层及制备方法

Info

Publication number: CN105368129A
Application number: CN201510967495.XA
Authority: CN
Inventors: 吴燕; 曹坤丽; 于成宁; 朱文凯; 惠小雨; 吴智慧; 王晓棠; 闫小星
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2016-03-02

Abstract

本发明是一种高耐磨水性UV固化木器涂层及制备方法，由水性UV固化涂料、改性剂纳米纤维素即CNC悬浮液、改性剂硅烷偶联剂构成。制备方法，包括：1）在反应釜中按比例加入水性UV固化涂料，CNC悬浮液和硅烷偶联剂；2）水性UV固化涂料和改性剂共混；3）通过压力喷射，将改性涂料沉积在基材上；4）基材置于鼓风干燥机中干燥去除涂料中多余水分；5）将处理后的基材放于UV固化机中进行辐射固化。优点：经CNC协同硅烷偶联剂改性的水性UV固化木器涂层的耐磨性得到明显提升，同时涂层的抗冲击性、硬度、附着力等也得到改善，光泽度趋向亚光且可调。成本低廉、过程可控、适用性好且能够满足日常对水性UV固化涂料的使用需求。

Description

一种高耐磨水性UV固化木器涂层及制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种高耐磨水性UV固化木器涂层及制备方法，属于环保涂料技术领域。

背景技术

紫外光(UV)固化涂料可分为水性UV固化涂料、UV固化粉末涂料和溶剂型UV固化涂料。相对于传统UV涂料而言，水性UV固化涂料可趋向零挥发性有机化合物(VOC)，不易燃，对环境污染小且安全；固化速度快，具有节省能源、固化产物性能好、适合于高速自动化生产等优点。UV固化涂料主要由光引发剂、反应性低聚物和活性稀释剂组成，UV固化反应属于能量引发聚合反应，在光引发剂存在下，成膜物经自由基反应几秒钟可交联固化，固化不受空气中氧抑制。传统溶剂型UV固化涂料所使用的活性稀释剂大多为丙烯酸类功能性单体，固化后体积收缩较大，影响涂层附着力，并且活性稀释剂具有一定的挥发性，对人体有一定的危害。水性UV固化涂料由于不含稀释剂单体，而是以水为稀释剂，可解决挥发性组分的毒性和刺激性，是涂料的一个发展方向。但是与传统UV固化涂料相比，目前国内水性UV固化涂料合成乳液多以甲苯二异氰酸酯为原料来制作，双键含量和相对分子质量太低，力学性能较差。随着市场对水性涂料综合性能的要求不断提高，其耐磨性、抗冲击力、附着力、硬度等综合性能需要进一步提高，由此对水性UV涂料的改性迫在眉睫。

纤维素纳米晶体（Cellulosenanocrystals，CNC）是一种具有优良性能、可望应用于多种领域的天然纳米材料，它是纤维素的最小物理结构单元，长约200nm，直径约为10nm，随其浓度的不同呈现出透明、浑浊、凝胶及晶状固体状态。CNC是一种刚性分子，能赋予材料显著的强度、刚性及抗张强度，内在的还原性葡萄糖端基能选择性的用于构建新型纳米复合材料，表面位于C6位上的一级羟基可用于接枝一些特殊性能的疏水或亲水基团，棒状纳米微晶纤维素拥有几乎完善的结晶结构，使其具有极大的长径比、较低的渗漏率和比表面积以及更高的模量。国内外已有了很多利用CNC这种可降解、可再生、低成本、低密度且具有优异力学性能和热稳定性的天然高分子物质成功的对材料进行改性的案例。硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其经典产物可用通式YSiX3表示。式中，Y为非水解基团，包括链烯基(主要为乙烯基)，以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基、异氰酸酯基等官能团的烃基，即碳官能基;X为可水解基团，包括Cl,OMe,OEt,OC2H4OCH3_,OSiMe3,及OAc等。由于这一特殊结构，在其分子中同时具有能和无机质材料(如玻璃、硅砂、金属等)化学结合的反应基团及与有机质材料(合成树脂等)化学结合的反应基团，可以用于表面处理。

发明内容

本发明提出的是一种高耐磨水性UV固化木器涂层及制备方法，其目的在于克服现有水性UV固化涂层力学性能上存在的不足，具有高耐磨同时硬度、附着力强，抗冲击性能优异，光泽度可调。

本发明的技术解决方案：一种高耐磨水性UV固化木器涂层，其特征在于由水性UV固化涂料、改性剂纳米纤维素即CNC悬浮液、改性剂硅烷偶联剂构成，其中CNC悬浮液：水性UV固化涂料=（1.38-10.20）：100；CNC悬浮液：改性剂硅烷偶联剂=（1.38-10.20）：(0-5)。

高耐磨水性UV固化木器涂层的制备方法，包括如下步骤：

1）在反应釜中按比例加入水性UV固化涂料，CNC悬浮液和硅烷偶联剂；

2）水性UV固化涂料和改性剂共混，室温超声震荡时间为lh。

3）通过压力喷射，参照标准98PSI，Japan，将改性涂料沉积在基材上；

4）基材置于鼓风干燥机中干燥去除涂料中多余水分；

5）将步骤4）处理后的基材放于UV固化机中进行辐射固化。

本发明的优点：

经CNC协同硅烷偶联剂改性的水性UV固化木器涂层的耐磨性得到明显提升，同时涂层的抗冲击性、硬度、附着力等也得到改善，光泽度趋向亚光且可调。本发明成本低廉、过程可控、适用性好且能够满足日常对水性UV固化涂料的使用需求。

具体实施方式

一种高耐磨水性UV固化木器涂层，其结构在于由水性UV固化涂料、改性剂纳米纤维素即CNC悬浮液、改性剂硅烷偶联剂构成，其中CNC悬浮液：水性UV固化涂料=（1.38-10.20）：100；CNC悬浮液：改性剂硅烷偶联剂=（1.38-10.20）：(0-5)。

所述的水性UV固化涂料组分为

丙烯酸酯乳液50-67%

光引发剂1-4%

填料10-15%

增稠剂2-3%

助剂2-9%

异丙醇8-10%

去离子水10-15%。

所述的改性剂纳米纤维素为CNC悬浮液，固含量为0.5-3.7%，其制备方法为：以浓度54％的硫酸处理微晶纤维素MCC，质量比例MCC:H₂SO₄=1：（4.4-5.1），酸解温度为46℃，时间为95min-120min；加入去离子水终止酸解反应，接着进行离心洗涤，离心速度6000rpm，时间5min，次数4次-5次；随后进行透析去除酸根离子，70％功率超声处理20min-35min；得纳米纤维素溶液CNC。

所述的改性剂硅烷偶联剂为A-150，A-151，A-171，A-172，A-1100，A-187，A-174，A-1891，A-189，A-1120，KH-550，KH-560，KH-570，KH-580，KH-590，KH-902，KH-903，KH-792中的一种。

所述CNC悬浮液与改性剂硅烷偶联剂协同改性，保持CNC悬浮液含量不变的同时硅烷偶联剂量变动，所得涂层性能不同。

高耐磨水性UV固化木器涂层的制备方法，包括以下步骤：

2）水性UV固化涂料和改性剂共混，室温超声震荡时间为lh；

4）基材置于鼓风干燥机中干燥去除涂料中多余水分；

5）将步骤4）处理后的基材放于UV固化机中进行辐射固化。

所述的基材涂饰前要打磨且用干净的干布擦去样板上的表面灰尘，涂层厚度大约60μm；基材可以是实木板，多层板，薄木贴面的刨花板，薄木贴面的纤维板材料。

所述的喷涂后的基材置于60℃鼓风干燥机中干燥20min去除涂料中多余水分。

将鼓风干燥机干燥的基材在UV固化机中进行辐射固化，UV灯盏数为1盏，瓦数为1000W，灯距为30cm，干燥时间为20min。

实施例1

高耐磨水性UV固化木器涂层的制备方法。分别取3g水性UV固化涂料，0.09gCNC悬浮液，（CNC悬浮液固含量为1.7%），0.03g硅烷偶联剂KH560。制备原始水性UV固化涂层A即空白样；CNC水性UV涂料复合涂层B；CNC、KH560水性UV涂料复合涂层C。具体制备方法为称取上述实验条件下所需涂料及改性剂的质量，共混，室温超声震荡lh，使改性剂均匀分散在涂料中。通过一定压力喷射（参照标准98PSI，Japan），将改性涂料沉积在基材上，基材为经1000号砂纸打磨的桉木多层板，涂饰前用干净的干布擦去样板上的表面灰尘，涂层厚度大约60μm，每组试验条件喷涂5件样板，将喷涂后的基材置于60℃鼓风干燥机中干燥20min去除涂料中多余水分。然后在UV固化机中进行辐射固化，UV灯盏数为1盏，瓦数为1000W，灯距为30cm，干燥时间为20min。固化后的样品静置24h后进行性能测试，结果如下：

实施例2

高耐磨水性UV固化木器涂层的制备方法。分别取3g水性UV固化涂料，0.09gCNC悬浮液，（CNC悬浮液固含量为1.7%），0.06g硅烷偶联剂KH560。制备原始水性UV固化涂层A即空白样；CNC水性UV涂料复合涂层B；CNC、KH560水性UV涂料复合涂层D。制备方法同实施例1。固化后的样品静置24h后进行性能测试，结果如下：

实施例3

高耐磨水性UV固化木器涂层的制备方法。分别取3g水性UV固化涂料，0.09gCNC悬浮液，（CNC悬浮液固含量为1.7%），0.06g硅烷偶联剂KH560。制备原始水性UV固化涂层A即空白样；CNC水性UV涂料复合涂层B；CNC、KH560水性UV涂料复合涂层E。制备方法同实施例1。固化后的样品静置24h后进行性能测试，结果如下：

实施例4

高耐磨水性UV固化木器涂层的制备方法。分别取3g水性UV固化涂料，0.09gCNC悬浮液，（CNC悬浮液固含量为1.7%），0.06g硅烷偶联剂KH560。制备原始水性UV固化涂层A即空白样；CNC水性UV涂料复合涂层B；CNC、KH560水性UV涂料复合涂层F。制备方法同实施例1。固化后的样品静置24h后进行性能测试，结果如下：

实施例5

高耐磨水性UV固化木器涂层的制备方法。分别取3g水性UV固化涂料，0.09gCNC悬浮液，（CNC悬浮液固含量为1.7%），0.06g硅烷偶联剂KH560。制备原始水性UV固化涂层A即空白样；CNC水性UV涂料复合涂层B；CNC、KH560水性UV涂料复合涂层G。制备方法同实施例1。固化后的样品静置24h后进行性能测试，结果如下：

Claims

1.一种高耐磨水性UV固化木器涂层，其特征在于由水性UV固化涂料、改性剂纳米纤维素即CNC悬浮液、改性剂硅烷偶联剂构成，其中CNC悬浮液：水性UV固化涂料=（1.38-10.20）：100；CNC悬浮液：改性剂硅烷偶联剂=（1.38-10.20）：(0-5)。

2.根据权利要求1所述的一种高耐磨水性UV固化木器涂层，其特征在于所述的水性UV固化涂料组分为

丙烯酸酯乳液50-67%

光引发剂1-4%

填料10-15%

增稠剂2-3%

助剂2-9%

异丙醇8-10%

去离子水10-15%。

3.根据权利要求1所述的一种高耐磨水性UV固化木器涂层，其特征在于所述的改性剂纳米纤维素为CNC悬浮液，固含量为0.5-3.7%，其制备方式为：以浓度54％的硫酸处理微晶纤维素MCC，质量比例MCC:H₂SO₄=1：（4.4-5.1），酸解温度为46℃，时间为95min-120min；加入去离子水终止酸解反应，接着进行离心洗涤，离心速度6000rpm，时间5min，次数4次-5次；随后进行透析去除酸根离子，70％功率超声处理20min-35min；得纳米纤维素溶液CNC。

4.根据权利要求1所述的一种高耐磨水性UV固化木器涂层，其特征在于所述的改性剂硅烷偶联剂为A-150，A-151，A-171，A-172，A-1100，A-187，A-174，A-1891，A-189，A-1120，KH-550，KH-560，KH-570，KH-580，KH-590，KH-902，KH-903，KH-792中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种高耐磨水性UV固化木器涂层，其特征在于所述CNC悬浮液与改性剂硅烷偶联剂协同改性，保持CNC悬浮液含量不变的同时硅烷偶联剂量变动，所得涂层性能不同。

6.如权利要求1的一种高耐磨水性UV固化木器涂层的制备方法，其特征是包括以下步骤：

2）水性UV固化涂料和改性剂共混，室温超声震荡时间为lh；

4）基材置于鼓风干燥机中干燥去除涂料中多余水分；

5）将步骤4）处理后的基材放于UV固化机中进行辐射固化。

7.根据权利要求6所述的一种高耐磨水性UV固化木器涂层的制备方法，其特征在于所述的基材涂饰前要打磨且用干净的干布擦去样板上的表面灰尘，涂层厚度大约60μm；基材可以是实木板，多层板，薄木贴面的刨花板，薄木贴面的纤维板材料。

8.根据权利要求6所述的一种高耐磨水性UV固化木器涂层的制备方法，其特征在于所述的喷涂后的基材置于60℃鼓风干燥机中干燥20min去除涂料中多余水分。

9.根据权利要求8所述的一种高耐磨水性UV固化木器涂层的制备方法，其特征在于将鼓风干燥机干燥的基材在UV固化机中进行辐射固化，UV灯盏数为1盏，瓦数为1000W，灯距为30cm，干燥时间为20min。