CN107760184A - 木构件涂料及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木构件涂料及生产方法，它包括的原料有聚氨酯、环氧树脂、乳液、剑麻纤维、复合偶联剂、水、粉状碳纤维、增稠剂、耐磨剂、流平剂、消泡剂，本发明的木构件涂料可以防止霉菌等有害微生物在木构件上滋生，增强木构件的耐久性、耐老化，防霉、耐热等性能，延缓木构件的损坏，延长保存期。防水性强，耐久性与耐老化性高。适用于我国大规模的城市建设与改造中，许多配套的绿地与公园大量地用天然木料建造的凉亭、长廊、木桥、步行道和栏杆等。

Description

木构件涂料及生产方法
技术领域
本发明涉及一种涂料，尤其是一种木构件涂料及生产方法。
背景技术
古建筑是以木结构为主的建筑体系，最早可追溯到几千年前，古建筑木构件具有极高的文物、历史和艺术价值，它不仅是中华民族的宝贵财产，也是世界建筑艺术的珍宝。木材是其主要承重构件。木材作为一种天然生物质材料，主要由纤维素、半纤维素、木质素及少量的果胶和无机盐组成，由于木材材质本身耐久性差，易受物理、化学和生物损害，如腐朽菌、虫的侵蚀，使其强度降低，直至全部损坏。特别是木材的老化和霉菌腐蚀作用，如不采取抢救保护措施，随着腐蚀程度进一步加深，木材空隙加大，比重减小，表面木色变深，木质本体收缩开裂等病害大大地影响了木构件的机械强度、变形能力以及对各种影响因素的抗御能力，最终将严重破坏古建筑木构件。鉴于霉菌等有害微生物在木构件上滋生会造成木构件腐蚀并加速木构件自身木材的化降解等严重危害，从而导致木构件残损开裂、变形、部分酥化散落，有的甚至无法辨认，从而导致无法实现对珍贵古建筑木构件文物的长期保存。
涂料，在中国传统名称为油漆。中国涂料界比较权威的《涂料工艺》一书是这样定义的：“涂料是一种材料，这种材料可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。这样形成的膜通称涂膜，又称漆膜或涂层。”涂料涂布于物体表面在一定的条件下能形成薄膜而起保护、装饰或其他特殊功能（绝缘、防锈、防霉、耐热等）。
将涂料涂布于木构件，可以防止霉菌等有害微生物在木构件上滋生，增强木构件的耐久性、耐老化，防霉、耐热等性能，延缓木构件的损坏，延长保存期。可现有的技术中，针对于木构件的涂料，没能与外部隔绝，防水性不强，耐久性与耐老化性也不高。但经不起多次雨淋，一般短时间内 木构件即开始腐烂。即失去原木装饰的初衷，又浪费木材资源。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种木构件涂料及生产方法，具有耐久性、耐老化高，防霉、耐热，防水性强特性。
木构件涂料的生产方法,它包括以下重量份数的原料：
聚氨酯 40～60份，
环氧树脂 30～50份，
乳液 5～15份，
剑麻纤维 20～30份，
复合偶联剂 2～4份，
水 20～25份，
粉状碳纤维 3～5份，
增稠剂 1～3份，
耐磨剂 1～4份，
流平剂 1～3份，
消泡剂 2～3份；
所述聚氨酯，为水固型聚氨酯，异佛尔酮二异氰酸酯与聚乙二醇反应制备预聚体,以丙三醇和三羟甲基丙烷作为扩链剂,十六醇为封端剂,制备了星型结构的水固性聚氨酯。
所述环氧树脂，为改性环氧树脂，磷酸与环氧树脂发生酯化反应，用过氧化苯甲酰作引发剂，形成活泼亚甲基自由基,再与丙烯酸,苯乙烯,丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯接枝共聚,最后用N,N-二甲基乙醇胺中和，得到改性环氧树脂；
所述乳液，为苯乙烯与丙烯酸酯按重量比例1:1共聚而成的苯丙乳液；
所述剑麻纤维，将剑麻纤维打成粉状，粒度小于小于0.3μm；
所述复合偶联剂，是β-（3,4环氧基环己基）乙基甲基二乙氧基硅烷与2-氰基乙基三甲氧基硅烷混合，重量比例为1:2；
所述粉状碳纤维，为聚丙烯腈基碳纤维，纤维长度0.5、2mm ，纤维直径7〜11pm ，受拉弹性模量2.4X105MPa ，抗拉强度3450MPa ，极限拉伸应变1%；
所述增稠剂，为羟乙基纤维素；
所述耐磨剂，为碳化硅、细晶氧化铝或矿石粉的一种或多种混合；
所述流平剂，为醋酸丁酸纤维素；
所述消泡剂，有机硅消泡剂。
木构件涂料,生产过程包括以下步骤：
（1）、在混合器中依次加入配方量的水、粉状碳纤维、增稠剂、耐磨剂、流平剂、1/2消泡剂，搅拌均匀，转速为300 转／分，搅拌15～25分钟，形成胶状溶液；
（2）、将步骤（1）所得溶液通过磨砂机研磨至粒度为30微米以内，再将溶液放回混合器；
（3）、将剑麻纤维、聚氨酯按配方重量比例混合，转速为1000～1500 转／分，得到混合溶液；
（4）、将步骤（3）所得的混合溶液投入步骤（2）中的混合器；
（5）、再向混合器中依次投入环氧树脂、复合偶联剂、乳液、1/2消泡剂，与步骤（4）中的溶液混合，搅拌均匀，转速为至300 ～ 400 转／分；
（6）、过滤除去粗颗粒和杂质。
将涂料手工涂布于构成木构件的木料，用烘干机干燥处理后，再于现场拼装。
与现有技术相比，本发明突出的实质性特点和显著的进步是：
1、聚氨酯
聚氨酯为主链含—NHCOO—重复结构单元的一类聚合物 ，英文缩写PU，水性聚氨酯是以水为分散介质，聚氨酯树脂溶解或分散于水中而形成的二元胶态体系，以其制备的水性聚氨酯涂料中不含或含有极少量的有机溶剂。水性聚氨酯涂料，不仅具有无毒无臭味、无污染、不易燃烧、成本低、不易损伤、被涂饰表面施工方便、易于清理等优点，还具有溶剂型聚氨酯涂料所固有的高硬度、耐磨损等优异性能，因而在木器涂料、汽车涂料、建筑涂料、塑料涂料、纸张涂层以及织物和皮革涂饰等许多领域得到广泛的应用，而受到用户的欢迎。
由于含强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性基团，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。
2、环氧树脂
在环保意识不断增强的今天，环境友好型涂料日益显示出其重要性。环氧树脂具有优异的物理化学性能，尤其以优良的耐水性、耐化学品性、极佳的黏附性能而广泛应用于涂料领域，是涂料工业中支柱产品之一，因而环保涂料也是涂料界的研究热点之一。实现低VOC的途径主要为大力发展高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等新型涂料。
它无污染，熔融黏度低，涂膜坚固，流平性好，不需要底漆涂膜，力学性能好，有优异的反应活性和贮藏稳定性、耐腐蚀性，耐化学药品性，涂料的配色好，固化剂选择范围宽、应用范围广。
环氧树脂与防白蚁药剂混配，防白蚁药剂具有最强的毒杀白蚁性能，药胶比对木材质量损失率影响较大，环氧树脂无毒杀作用，具有很强的物理隔离作用，木材质量损失率大大降低，具有长远经济与环保意义。
3、苯丙乳液
苯丙乳液是乳液聚合中研究较多的体系，也是当今世界有重要工业应用价值的十大非交联型乳液之一。苯丙乳液作为一类重要的中间化工产品,有着非常广泛的用途，现主要用作建筑涂料、金属表面乳胶涂料、地面涂料、纸张粘合剂、胶粘剂等。苯丙乳液附着力好，胶膜透明，耐水、耐油、耐热、耐老化性能良好。苯丙乳液用作纸品胶粘剂，也可与淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠等胶粘剂配合使用。
4、剑麻纤维
剑麻（英文名：sisal hemp，拉丁学名：Agave sisalanaPerr. ex Engelm.）又名菠萝麻，龙舌兰科龙舌兰属，是一种多年生热带硬质叶纤维作物，其原产墨西哥，现主要在非洲、拉丁美洲、亚洲等地种植，是当今世界用量最大，范围最广的一种硬质纤维。剑麻纤维质地坚韧，耐磨、耐盐碱、耐腐蚀，广泛运用在运输、渔业、石油、冶金等各种行业，具有重要的经济价值，同时剑麻还有重要的药用价值。
剑麻叶内含丰富的纤维，纤维细胞呈长形结构，细胞腔大而长，壁厚，具有纤维长，色泽洁白，质地坚韧，富有弹性、拉力强、耐海水浸、耐摩擦、耐酸碱、耐腐蚀、不易打滑之特点，剑麻纤维比重1.251左右，在空气中的含水率在10%左右，吸水快，纤维强度高，在水中的强度比干强增大10%～15%。在海水中的耐腐特别强，在0.5%盐水中浸渍50日，其强度尚有原强度的81.2%。
剑麻纤维制品坚韧耐磨，质地刚柔，富有弹性，低温下不会硬化，脆断，不霉变，耐腐蚀，无毒，无过敏，洁净，无污染，防静电等作用。剑麻纤维所特有的天然环保、阻燃、无静电、防蛀等特性，应用于涂料中，有很好的发展前景。
5、复合偶联剂
复合偶联剂由β-（3,4环氧基环己基）乙基甲基二乙氧基硅烷与2-氰基乙基三甲氧基硅烷复合而成, 偶联剂是有机成膜物质和无机填料之间的桥梁，使填料更好，更快的分散在有机质中。能够提高涂层的附着力（使有机质和涂层面的结合更紧密）提高涂层的耐久性，耐候性，坚韧性（使有机质和填充涂料的结合更紧密）涂料颜色更均匀（降低填料的分散粘度，在有机质中分散的更均匀）。
硅烷偶联剂在涂料涂布后，硅烷会迁移到涂料与底材的界面，亲无机基团与无机表面上的水分反应，形成氢键，使涂层跟界面的结合更牢固。即便在水浸条件下，硅烷偶联剂改性的涂料在各种无机底材表面仍附着良好。
硅烷偶联剂用于底涂层增强底材与涂层间的黏合性，用于改善颜料或着填料在溶剂性涂料或水性涂料的分散性；用于涂料树脂的改性，以制成新的功能涂料。硅烷用作增进附着力的添加剂，使涂料结合在各种不同底材表面上，这样的结合不仅减少在湿环境中的腐蚀和漆膜的剥落，而且能提高耐擦伤性和耐环境性。硅烷广泛用于丙烯酸酯树脂、环氧树脂和聚氨酯涂料中，在溶剂性、高固性和水性涂料中均有效果，既可以作为底漆使用，也可以掺和助剂使用。硅烷在涂料中还可起颜料分散剂和黏接剂的作用，它们可牢固地结合在各种无机颜料和填料上，硅烷一旦附着到填料的表面上，它们就能降低涂料的黏度，改善填料的分散性，从而提高遮盖力和提高涂层的耐久性和刷洗性。
6、碳纤维
碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维"外柔内刚"，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
7、增稠剂
增稠剂是一种流变助剂，不仅可以使涂料增稠，防止施工中出现流挂现象，而且能赋予涂料优异的机械性能和贮存稳定性。对于黏度较低的水性涂料来说，是非常重要的一类助剂。
羟乙基纤维素(HEC) 是一种白色或淡黄色，无味、无毒的纤维状或粉末状固体，由碱性纤维素和环氧乙烷（或氯乙醇）经醚化反应制备，属非离子型可溶纤维素醚类。由于HEC具有良好的增稠、悬浮、分散、乳化、粘合、成膜、保护水分和提供保护胶体等特性，已被广泛应用在石油开采、涂料、建筑、医药食品、纺织、造纸以及高分子聚合反应等领域。
8、耐磨剂
涂料用耐磨剂是一种提高涂膜耐磨耗性能的添加剂。对在使用过程中承受摩擦加入耐磨
剂以后，减少因摩擦引起的涂膜磨耗损失，从而能延长涂膜的使用寿命和使用周期，或提高加工性。
涂膜的耐磨性是指涂膜抵抗摩擦、擦伤、侵蚀的一种能力，与涂膜的许多性能有关，包
括硬度、耐划伤性、内聚力、抗张强度、弹性模数和韧性等。一般认为涂膜的韧性对其耐磨性的影响大于涂膜的硬度对其耐磨性的影响。
涂料加入耐磨剂并施工固化后，大部分耐磨剂能微突出于涂膜表面，并且是均匀的分布，当涂膜受摩擦行为时，其磨损部分首先是突出于涂膜表面的最高部分，即耐磨剂部分。实际上涂膜被保护免遭或少遭摩擦。涂膜在使用过程中，耐磨剂如同“骨材”，“分担”涂膜承受的摩擦力，从而延长了涂膜的使用周期，赋予涂膜耐磨性。
9、流平剂
流平剂是一种常用的涂料助剂，它能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。能有效降低涂饰液表面张力，提高其流平性和均匀性的一类物质。可改善涂饰液的渗透性，能减少刷涂时产生斑点和斑痕的可能性，增加复盖性，使成膜均匀、自然。
10、消泡剂
避免发生泡沫，在水性涂料的制作中，实际是不可能的，因而必须采取消泡措施。如前所述，水性涂料制作、使用的多道工序都存在起泡问题，采用机械消泡方法势必每序都要安设一套装置。所以，水性涂料的消泡，都是采用加消泡剂的方法，实际上，所有水性涂料中都存在消泡剂。
11、适用于我国大规模的城市建设与改造中，许多配套的绿地与公园大量地用天然木料 建造凉亭、长廊、木桥、步行道、栏杆等。
12、将涂料涂布于木构件，可以防止霉菌等有害微生物在木构件上滋生，增强木构件的耐久性、耐老化，防霉、耐热等性能，延缓木构件的损坏，延长保存期。防水性强，耐久性与耐老化性高。
具体实施方式
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
木构件涂料的生产方法,它包括以下重量份数的原料：聚氨酯40份，环氧树脂30份，乳液5份，剑麻纤维20份，复合偶联剂2份，水20份，粉状碳纤维3份，羟乙基纤维素增稠剂1份，碳化硅耐磨剂1份，醋酸丁酸纤维素流平剂1份，消泡剂2份；
木构件涂料,生产过程包括以下步骤：
（1）、在混合器中依次加入配方量的水、粉状碳纤维、增稠剂、耐磨剂、流平剂、1/2消泡剂，搅拌均匀，转速为300 转／分，搅拌15分钟，形成胶状溶液；
（2）、将步骤（1）所得溶液通过磨砂机研磨至粒度为30微米以内，再将溶液放回混合器；
（3）、将剑麻纤维、聚氨酯按配方重量比例混合，转速为1000转／分，得到混合溶液；
（4）、将步骤（3）所得的混合溶液投入步骤（2）中的混合器；
（5）、再向混合器中依次投入环氧树脂、复合偶联剂、乳液、1/2消泡剂，与步骤（4）中的溶液混合，搅拌均匀，转速为至300转／分；
（6）、过滤除去粗颗粒和杂质。
实施例2
木构件涂料的生产方法,它包括以下重量份数的原料：聚氨酯45份，环氧树脂40份，乳液10份，剑麻纤维23份，复合偶联剂3份，水25份，粉状碳纤维4份，羟乙基纤维素增稠剂2份，碳化硅耐磨剂2份，醋酸丁酸纤维素流平剂2份，消泡剂3份；
木构件涂料,生产过程包括以下步骤：
（1）、在混合器中依次加入配方量的水、粉状碳纤维、增稠剂、耐磨剂、流平剂、1/2消泡剂，搅拌均匀，转速为300 转／分，搅拌20分钟，形成胶状溶液；
（2）、将步骤（1）所得溶液通过磨砂机研磨至粒度为30微米以内，再将溶液放回混合器；
（3）、将剑麻纤维、聚氨酯按配方重量比例混合，转速为1000转／分，得到混合溶液；
（4）、将步骤（3）所得的混合溶液投入步骤（2）中的混合器；
（5）、再向混合器中依次投入环氧树脂、复合偶联剂、乳液、1/2消泡剂，与步骤（4）中的溶液混合，搅拌均匀，转速为至300转／分；
（6）、过滤除去粗颗粒和杂质。
实施例3
木构件涂料的生产方法,它包括以下重量份数的原料：聚氨酯50份，环氧树脂45份，乳液15份，剑麻纤维25份，复合偶联剂4份，水25份，粉状碳纤维5份，羟乙基纤维素增稠剂3份，矿石粉耐磨剂3份，醋酸丁酸纤维素流平剂3份，消泡剂3份；
木构件涂料,生产过程包括以下步骤：
（1）、在混合器中依次加入配方量的水、粉状碳纤维、增稠剂、耐磨剂、流平剂、1/2消泡剂，搅拌均匀，转速为300 转／分，搅拌20分钟，形成胶状溶液；
（2）、将步骤（1）所得溶液通过磨砂机研磨至粒度为30微米以内，再将溶液放回混合器；
（3）、将剑麻纤维、聚氨酯按配方重量比例混合，转速为1200转／分，得到混合溶液；
（4）、将步骤（3）所得的混合溶液投入步骤（2）中的混合器；
（5）、再向混合器中依次投入环氧树脂、复合偶联剂、乳液、1/2消泡剂，与步骤（4）中的溶液混合，搅拌均匀，转速为至400转／分；
（6）、过滤除去粗颗粒和杂质。
实施例4
木构件涂料的生产方法,它包括以下重量份数的原料：聚氨酯60份，环氧树脂50份，乳液15份，剑麻纤维30份，复合偶联剂4份，水25份，粉状碳纤维5份，羟乙基纤维素增稠剂3份，矿石粉耐磨剂4份，醋酸丁酸纤维素流平剂3份，消泡剂3份；
木构件涂料,生产过程包括以下步骤：
（1）、在混合器中依次加入配方量的水、粉状碳纤维、增稠剂、耐磨剂、流平剂、1/2消泡剂，搅拌均匀，转速为300 转／分，搅拌25分钟，形成胶状溶液；
（2）、将步骤（1）所得溶液通过磨砂机研磨至粒度为30微米以内，再将溶液放回混合器；
（3）、将剑麻纤维、聚氨酯按配方重量比例混合，转速为1500 转／分，得到混合溶液；
（4）、将步骤（3）所得的混合溶液投入步骤（2）中的混合器；
（5）、再向混合器中依次投入环氧树脂、复合偶联剂、乳液、1/2消泡剂，与步骤（4）中的溶液混合，搅拌均匀，转速为至400 转／分；
（6）、过滤除去粗颗粒和杂质。
实测表明：木构件在喷涂施工后：漆膜的表干时间≤60分钟，实干时间18h,硬度≥1H，附着力为1级。

Claims (10)

1.木构件涂料的生产方法，其特征在于，它包括以下重量份数的原料：
聚氨酯 40～60份，
环氧树脂 30～50份，
乳液 5～15份，
剑麻纤维 20～30份，
复合偶联剂 2～4份，
水 20～25份，
粉状碳纤维 3～5份，
增稠剂 1～3份，
耐磨剂 1～4份，
流平剂 1～3份，
消泡剂 2～3份；
所述的木构件涂料,生产过程包括以下步骤：
（1）、在混合器中依次加入配方量的水、粉状碳纤维、增稠剂、耐磨剂、流平剂、1/2消泡剂，搅拌均匀，转速为300 转／分，搅拌15～25分钟，形成胶状溶液；
（2）、将步骤（1）所得溶液通过磨砂机研磨至粒度为30微米以内，再将溶液放回混合器；
（3）、将剑麻纤维、聚氨酯按配方重量比例混合，转速为1000～1500 转／分，得到混合溶液；
（4）、将步骤（3）所得的混合溶液投入步骤（2）中的混合器；
（5）、再向混合器中依次投入环氧树脂、复合偶联剂、乳液、1/2消泡剂，与步骤（4）中的溶液混合，搅拌均匀，转速为至300 ～ 400 转／分；
（6）、过滤除去粗颗粒和杂质。
2.根据权利要求1所述的木构件涂料的生产方法，其特征在于，所述聚氨酯，为水固型聚氨酯，异佛尔酮二异氰酸酯与聚乙二醇反应制备预聚体,以丙三醇和三羟甲基丙烷作为扩链剂,十六醇为封端剂,制备了星型结构的水固性聚氨酯。
3.根据权利要求1所述的木构件涂料的生产方法，其特征在于，所述环氧树脂，为改性环氧树脂，磷酸与环氧树脂发生酯化反应，用过氧化苯甲酰作引发剂，形成活泼亚甲基自由基,再与丙烯酸,苯乙烯,丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯接枝共聚,最后用N,N-二甲基乙醇胺中和，得到改性环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的木构件涂料的生产方法，其特征在于，所述乳液，为苯乙烯与丙烯酸酯按重量比例1:1共聚而成的苯丙乳液。
5.根据权利要求1所述的木构件涂料的生产方法，其特征在于，所述剑麻纤维，将剑麻纤维打成粉状，粒度小于小于0.3μm。
6.根据权利要求1所述的木构件涂料的生产方法，其特征在于，所述复合偶联剂，是β-（3,4环氧基环己基）乙基甲基二乙氧基硅烷与2-氰基乙基三甲氧基硅烷混合，重量比例为1:2。
7.根据权利要求1所述的木构件涂料的生产方法，其特征在于，所述粉状碳纤维，为聚丙烯腈基碳纤维，纤维长度0.5、2mm ，纤维直径7〜11pm ，受拉弹性模量2.4X105MPa ，抗拉强度3450MPa ，极限拉伸应变1%。
8.根据权利要求1所述的木构件涂料的生产方法，其特征在于，所述增稠剂，为羟乙基纤维素。
9.根据权利要求1所述的木构件涂料的生产方法，其特征在于，所述耐磨剂，为碳化硅、细晶氧化铝或矿石粉的一种或多种混合。
10.根据权利要求1所述的木构件涂料的生产方法，其特征在于，所述流平剂，为醋酸丁酸纤维素；所述消泡剂，有机硅消泡剂。
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