CN114426790A

CN114426790A - 木制品保护涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN114426790A
Application number: CN202111260090.4A
Authority: CN
Inventors: G·摩里亚; G·R·格里洛
Original assignee: Potters Industries LLC
Current assignee: Potters Industries LLC
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2022-05-03
Also published as: TR2021016861A2; US11795341B2; EP3998314A1; KR20220057456A; US20220135824A1

Abstract

本发明是一种用于保护木制品的含有约10％玻璃珠的涂料。申请人发现，当玻璃珠在涂料中的浓度为介于5wt％‑10wt％之间时，会产生最佳性能。首先将聚醚基分散剂和合成分层硅酸盐组合来制备储存期稳定的膏浆，然后将此膏浆与粘结剂混合以形成涂料。优选地，膏浆中玻璃珠的浓度范围为60wt％‑80wt％，聚醚基分散剂的浓度范围为20wt％‑25wt％，合成分层硅酸盐的浓度范围为1wt％‑3wt％。

Description

木制品保护涂料及其制备方法

发明背景

发明领域

本发明涉及涂料领域，特别是木制品保护涂料领域。

相关技术背景

木制品，尤其是家具和镶板，通常涂有涂料，以提供木制品的耐磨、耐刮擦和耐污性能。这些涂料旨在最大限度地减少木材变色，并提供一般光滑的手感。典型涂料包括粘结剂、蜡、消光剂、消泡剂和溶剂。

一些木制品涂料使用塑料颗粒作为填料。由于塑料颗粒的密度与涂料其余成分相似，因此塑料颗粒保持悬浮状态。然而，此类涂料的耐磨性、耐刮擦性和耐污性不如预期的强，需要改进的能提供增强的耐磨性、耐刮擦性和耐污性的木制品涂料。

一直希望在木制品涂料中使用玻璃珠亦称固体玻璃微球。这种玻璃珠有望为涂料提供耐磨性和耐刮擦性。然而，由于玻璃珠的密度远大于涂料其余部分，因此在正常保质期内玻璃珠不能保持在溶液中。玻璃珠会从溶液中分离出来并落在容器底部。为了成功地将玻璃珠用于木制品涂料中，玻璃珠必须在正常的保质期内能够保持在溶液中。

工业上期望在木制品涂料中使用玻璃珠，但迄今为止这种涂料尚未成功植入。

本发明旨在解决上述一或多个问题。

发明简述

人们对在木制品涂料中提供玻璃珠很感兴趣。然而，由于玻璃珠与涂料其余成分之间存在密度差异，玻璃珠往往会下沉和分离并沉入容器底部，使组合物不适合出售或使用。因此，为了将玻璃珠用于木制品涂料，有必要提高涂料配方的悬浮稳定性。

本发明人发现，玻璃珠和粘结剂可以形成木制品涂料。优选地，涂料包含介于5wt％-15wt％的玻璃珠，且更优选包含10wt％玻璃珠。

本发明人还发现，成型的成品可以由木制品和玻璃珠与粘结剂形成的涂层构成。

本发明人还发现了一种可用于生产木制品涂料的膏浆，该膏浆由玻璃珠、聚醚基分散剂和合成层状硅酸盐形成。优选地，该膏浆包括60wt％-80wt％玻璃珠、20wt％-25wt％聚醚基分散剂和1wt％-3wt％合成层状硅酸盐。所述膏浆进一步可包括抗泡沫剂。

本发明人还发现了形成木制品涂料的方法，其中膏浆是由玻璃珠、聚醚基分散剂和合成层状硅酸盐形成的，所述膏浆与粘结剂混合以形成涂料。

申请人已发现，为维持涂料的储存稳定性，玻璃珠应该预先分散在膏浆或浆液中，从而使珠粒保持在溶液中而不沉降。本发明优选的方法中，形成含有玻璃珠、聚醚基分散剂和合成层状硅酸盐的膏浆。优选地，玻璃珠浓度范围为60wt％-80wt％，聚醚基分散剂浓度范围为20wt％-25wt％，合成层状硅酸盐的浓度范围为1wt％-3wt％。申请人已发现，当膏浆与粘结剂结合以形成涂料时，膏浆将防止玻璃珠从溶液中沉降出来。

可将膏浆与合适的粘结剂混合以便形成涂料。应计算膏浆和粘结剂的相对比例以提供具有约10wt％玻璃珠的所得涂料。申请人已发现这样的涂料提供了理想水平的耐刮擦和耐污性能。

申请人已发现，在涂料组合物中提供介于5wt％-15wt％的玻璃珠能为涂料提供最佳的耐刮擦、耐磨和耐污性能。申请人已发现，当玻璃珠低于5wt％时，在耐刮擦、耐磨和和耐污性方面几乎没有改进。当玻璃珠超过15wt％时，性能不会有更多改变。

结合附图和所附权利要求书，本发明的进一步特征、方面、目的、优点和可能应用将通过对下文描述的示例性实施方案和实施例的研究而更清楚。

附图简要描述

专利或申请文件至少包含一张彩色绘图。应要求并支付必要费用后，专利局将提供带有彩色图纸的本专利或专利申请出版物副本。

本发明的上述和其它目的、方面、特征、优点和可能应用将通过结合以下附图呈现的以下更具体描述而变得更加显而易见，其中：

图1的柱状图示出了当球形玻璃珠被添加到木制品涂料中时，@60°的光泽度和@85°的光泽度降低的效果。

图2的柱状图示出了将球形玻璃珠添加到木制品涂料中时对透明度的影响。

图3的图示出当球形玻璃珠加入木制品涂料时对涂料剪切粘度的影响。

图4的图示出各种玻璃珠膏浆在涂料卡上的消光效率。

图5的图示出各种玻璃珠膏浆在涂料卡上的ΔE透明度。

图6的图示出各种玻璃珠膏浆在木制品上的消光效率。

图7的图示出各种玻璃珠膏浆在涂料卡上的ΔE透明度。

图8的图示出各种玻璃珠膏浆在涂料卡上的颜色(a,b)。

图9的图示出各种玻璃珠膏浆中涂料卡上的颜色(a,b)。

图10的图示出各种玻璃珠膏浆的布氏粘度。

图11的图示出各种玻璃珠膏浆的DIN4、DIN6和锥板粘度。

图12的图示出各种玻璃珠膏浆在木板上的耐划伤/耐擦伤性能的图。

图13的图示出各种玻璃珠膏浆的擦洗磨损。

图14的图示出各种玻璃珠膏浆的抗水污性。

图15是一系列照示出各种玻璃珠膏浆的沉降。

发明详述

以下的描述是目前期望的用于实施本发明的实施方案。该描述不应被理解为限制意义，而仅用于描述本发明的一般原理和特征的目的。本发明的范围应以权利要求为准。

本发明是特别适用于木制品的涂料，其能提供所期望水平的耐刮擦、耐磨和耐污性。涂料包括粘结剂且包含5wt％-15wt％的玻璃珠或固体玻璃微球，优选包含10wt％的玻璃珠或固体玻璃微球。

玻璃珠或固体玻璃微球一般小于5微米(Dv50)。适宜的玻璃珠包括以

或

商标出售的玻璃珠。

适宜的粘结剂包括常用于木制品涂料的粘结剂，例如丙烯酸树脂、氨基树脂、烷基树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、硝基纤维素和UV硬化的丙烯酸酯树脂。

在木制品涂料中使用玻璃珠提供了许多好处。添加玻璃珠具有可测的消光效率。添加玻璃珠可提供60°光泽度和85°光泽度降低，由此提高了消光效果。

实施例1

如图1所示，未添加玻璃珠的涂料样品(试样WBR1)比添加高达10wt％玻璃珠的样品(试样WB1-A-10、WB1-B-10和WB1-C-10)显示出更高的光泽度。

添加玻璃珠对涂料透明度的影响最小。图2示出了测定添加玻璃珠(样品WB1-A-10、WB1-B-10和WB1-C-10)和未添加玻璃珠(样品WBR1)涂料的膜透明度L*值的试验结果。具有较低L*值的样品具有较高的膜透明度。尽管添加玻璃珠会提高涂料的L*值，但影响很小，透过含高达10wt％玻璃珠的涂料仍能看到基底木材。

在木制品涂料成分中添加玻璃珠不会改变涂料的低剪切粘度。如图3所示，所有含玻璃珠的木制品涂料配方(样品WB2-A-10、WB2-B-10和WB2-C-10)或不含玻璃珠(样品WBR2)在较高转速下都表现出相同的切力变稀效果的行为。初始涂料粘度在10rpm时的典型值介于2000-2400cps之间，在100rpm时降至1700-1900cps。

已发现，添加玻璃珠可提高涂覆木制品的耐磨性。当用玻璃球替代传统上用于提高耐磨性的塑料珠和蜡时，涂料表现出与通过塑料珠和蜡所达到的相似耐磨性或更高耐磨性。此外，在耐擦伤和耐划伤性试验中，含玻璃微球涂料上形成划痕所需的重量等于或大于不含微球的涂料的重量。根据Taber耐磨性试验(ASTM 460)的结果，涂料中添加玻璃珠改善了膜涂料的三维结构，使得磨损减少。

玻璃珠的加入改善了涂料的抗水污能力。暴露在水中24小时后，颜色ΔE低于1，低于可视颜色水平。含玻璃微球的涂料具有良好的抗水污性。

申请人已确定，含5wt％-15wt％玻璃珠的涂料可提供与传统木制品涂料相当的的耐划伤和抗污渍性能。对于具有约10wt％玻璃珠含量的涂料，这些性能是最佳的。

为提供储存期稳定的涂料，申请人发现玻璃珠或固体玻璃微球必须首先预先分散于膏浆中，然后加入涂料中。申请人发现，这种方法限制了玻璃珠或固体玻璃微球在成品涂料组合物中的沉降量。

首先通过将聚醚基分散剂与合成层状硅酸盐合并来制备储存期稳定的膏浆。然后将该膏浆与粘结剂混合以形成涂料。优选地，膏浆中玻璃珠的浓度范围为60wt％-80wt％，聚醚基分散剂的浓度范围为20wt％-25wt％，合成层状硅酸盐的浓度范围为1wt％-3wt％。

在一个例示性实施例中，制备具有高玻璃珠加载率(76.5wt％)的配剂，该配剂具有膏浆的稠度且能够使玻璃珠保持悬浮。玻璃珠或固体玻璃微球分散在聚醚基分散剂例如来自BYK的

分散剂中。还没有发现其它分散剂能提供如此好的效果，尽管其它分散剂还有待测试。

通过将合成层状硅酸镁(如

RD或

MS 10)与聚醚基分散剂组合，可将粘性添加到膏浆混合物中，形成高浓度混合物。或者，也可以使用其它合成层状硅酸盐如硅酸钠。

如果需要，可将消泡化合物添加到膏浆组合物中。合适的消泡化合物包括BYK1724和SCHWEGO 6325。如果消泡剂的pH活性范围与玻璃珠介于8和11的pH值相匹配，则也可以使用其它消泡剂。

下表1中列出了申请人发现可提供合适膏浆的各种配方配剂的结果。这些配方提供了储存期稳定的膏浆。所有这些配剂都能使玻璃珠在更长时间周期内保持悬浮状态，而不会使膏浆粘结成固体块。

表1

最终用户(客户)将含预分散玻璃珠或固体玻璃微球的膏浆与粘结剂和其它油漆组分(如溶剂或水、消泡剂、流平剂、凝集剂、流变添加剂和硬化剂)混合到他们的配方中，以获得具有10％玻璃珠加载率的成品涂料。这样的玻璃珠加载率为玻璃珠提供了悬浮稳定性，并改善了涂料的耐磨性和耐刮伤性。

将传统涂料的性能与根据上述方法的玻璃珠含量为5wt、10wt％和15wt％的聚氨酯木制品涂料进行比较，列于下表2。

表2

玻璃珠含量	耐划伤性	耐磨性	抗污性
				传统	1800g	0.002	ΔE 0.75
5％玻璃珠	1400g	0.0019	ΔE 0.55
				10％玻璃珠	2400g	0.0055	ΔE 0.60
15％玻璃珠	2000g	0.00103	ΔE 0.37

如表2所示，根据本发明制备的涂料对木制品提供了与传统涂料相当的耐刮伤性、耐磨性和抗污性能。

2

为尽力确定优选的玻璃珠膏浆配方和加载量，制备了含NP3玻璃微球的玻璃珠膏浆样品并将其编码为玻璃珠膏浆NP3 2.9、NP3 2.10、NP3 2.11、NP3 2.12和NP3 2.13。这些膏浆的配方列于下表3中。

表3

玻璃珠膏浆配方的差异在于每个配方中NP3玻璃微球的数量。各个样品中玻璃珠的加载重量列于下表4。

表4

	NP3 2.9	NP3 2.10	NP3 2.11	NP3 2.12	NP3 2.13
						NP3玻璃珠重量百分比	68.0	66.0	68.0	66.0	64.5

将玻璃珠膏浆加入到基于Alberdingk AC2514树脂的水基丙烯酸1K配方中得到10％的玻璃珠加载量，10％玻璃珠加载量所需的玻璃珠膏浆加入量列于下表5。

表5

配方是使用装有牛头刀片的分散式混合器制备的。使用不同的混合条件(不同的速度和时间)加入其中一种玻璃珠膏浆，以确定制备配方的最佳混合条件。

将配方以100μm湿膜厚度涂在leneta卡片和木板上，使用线束k-bar棒并使其干燥过夜。

分别使用三角度微型微光泽计和X-Rite分光光度计测量60°和80°(光泽)的光泽度和L*、a*、b*。

7天后，在涂覆的卡片上测量耐擦洗磨损性和抗水污性，并在木板上测量耐刮伤性/耐擦伤性。

在选定的混合条件下研究了混合条件对涂料质量的影响。如表6所示，增加混合时间和/或速度对涂料质量没有明显的好处。

表6

对涂层质量进行了研究。如下表7所示，玻璃珠膏浆NP3 2.9、NP3 2.10和NP3 2.12产生了非常坚韧的涂层。玻璃珠膏浆NP3 2.12提供了最好的涂层，为略很坚韧。玻璃珠膏浆NP3 2.11获得了略坚韧的涂层。

表7

基底

无二氧化硅

NP3 2.9

NP3 2.10

NP3 2.11

NP3 2.12

NP3 2.13

卡片

OK

很坚韧

略坚韧

略很坚韧

很坚韧

木

OK

很坚韧

略坚韧

略很坚韧

很坚韧

如图10和11所示，玻璃珠膏浆的加入导致布式粘度(低剪切)和杯粘度大幅降低。类似的趋势也从图8的高剪切锥板粘度中看到，尽管这受玻璃珠膏浆加入的影响稍微少一些。玻璃珠膏浆NP3 2.11和NP3 2.12给出了最高(最好)的粘度，显示加入到Alberdingk丙烯酸酯基料中时粘度下降最低。类似的，对所有其它玻璃珠膏浆测量出较低粘度。

所有含玻璃珠膏浆的样品均显示沉降。如图15所示，这对于玻璃珠膏浆NP3 2.10尤为明显。所有样品的沉淀都很松散，很容易再分散。

向配方中添加玻璃珠膏浆导致涂料卡片的光泽度降低。如图4所示，最好的消光效率来自玻璃珠膏浆NP3 2.12，NP3 2.9和NP32.13表现出最低的光泽度降低。如图5所示，玻璃珠膏浆NP3 2.13表现出最佳透明度，但同时具有更高的光泽度。在光泽度较低的卡片中，玻璃珠膏浆NP3 2.11的透明度最好。

如图8所示，玻璃膏浆的添加增加了涂料卡片的红色和蓝色。玻璃膏浆NP3 2.10产生了最绿色的卡片，玻璃膏浆NP3 2.11产生了最蓝的卡片。

将玻璃珠膏浆加入配方中导致涂料板的光泽度降低。如图6所示，玻璃珠膏浆NP32.9的光泽度降低最好。从玻璃珠膏浆NP3 2.13可以看出消光效率最差。如图7所示，玻璃珠膏浆NP3 2.9和NP32.12表现出最佳的透明度/低光泽组合。如图9所示，加入玻璃珠膏浆增加了涂料板的红色和黄色。玻璃珠膏浆NP3 2.10产生最多红色和黄色板。

发现将玻璃珠膏浆添加到配方中会对重量低于500克的耐划伤/擦伤性有伤害效果。如图12所示，在任何面板中100克重量都没有观察到明显的划痕/擦痕，且在200克时使用玻璃珠膏浆只有NP32.12极轻微的划痕。使用玻璃珠膏浆NP3 2.10可以看到最好的耐划伤/擦伤性，在较高的重量下产生最薄的划痕，紧随其后的是玻璃珠膏浆NP3 2.12。其余三种配方的抗划伤/擦伤性明显更差，划痕明显更厚。玻璃珠膏浆NP3 2.13的整体耐划伤/擦伤性最差。

添加玻璃珠膏浆对擦洗磨损有正影响，这可通过60°光泽度的变化来确定，所有含玻璃珠膏浆的板在磨损后的变化都比没有玻璃珠膏浆的板要小。如图13所示，玻璃珠膏浆NP3 2.13在60°下的光泽度变化最大，而NP3 2.11和2.12受影响最小。添加玻璃珠膏浆改变了擦洗磨损对85°下光泽度的影响，含有玻璃珠膏浆的板显示出抛光效果(正Δ光泽度)，而不是在不含玻璃珠膏浆的板中看到的磨损结果(负Δ光泽度)。玻璃珠膏浆NP3 2.13的85°下光泽度变化最小。

如图13所示，对于由ΔE确定的耐擦洗磨损性，添加玻璃珠膏浆具有不利影响，含玻璃珠膏浆的板在磨损后会产生更大的颜色变化。根据ΔE测定，玻璃珠膏浆NP3 2.13具有最低的耐擦洗磨损性，NP3 2.10、NP3 2.11和NP3 2.12给出了最好的耐擦洗磨损性。

如图14所示，所有含玻璃珠膏浆的涂料板都显示出可视的水污性；在含玻璃珠膏浆NP3 2.10的卡片中可以看到明显更差的水污。最好的抗水污性来自玻璃珠膏浆NP3 2.11(图11)。

根据上述测试，玻璃珠膏浆NP3 2.12是总体最佳配方

对于本领域技术人员显而易见的是，根据本公开文件的上述教导，所描述的实施例和实施方案的多种修改和变化是可能的。所公开的实施例和实施方案仅出于说明的目的而呈现。其它替代实施例可以包括本文公开的一些或全部特征。因此，我们的意图是覆盖所有可能落入本发明给定全部宽度的真正范围的此类修改和替代实施例。此外，公开的数值范围是该范围内公开的每个数值，包括端点。

Claims

1.一种形成木制品涂料的方法，包括以下步骤：

a)形成膏浆，所述膏浆包含玻璃珠、聚醚基分散剂和合成层状硅酸盐；和

b)将所述膏浆与粘结剂混合以形成所述涂料。

2.权利要求1的方法，其中所述涂料包含介于5wt％-15wt％的玻璃珠。

3.权利要求2的方法，其中所述涂料包含10wt％的玻璃珠。

4.权利要求1的方法，其中玻璃珠的浓度范围为60wt％-80wt％，聚醚基分散剂的浓度范围为20wt％-25wt％，并且合成层状硅酸盐的浓度范围为1wt％-3wt％。

5.一种用于生产木制品涂料的膏浆，所述膏浆包含：

A)玻璃珠

B)聚醚基分散剂

C)合成层状硅酸盐。

6.权利要求5的膏浆，其中玻璃珠的浓度范围为60wt％-80wt％，聚醚基分散剂的浓度范围为20wt％-25wt％，并且合成层状硅酸盐的浓度范围为1wt％-3wt％。

7.权利要求6的膏浆，进一步包含消泡剂。

8.一种用于木制品的涂料，包含玻璃珠和粘结剂。

9.权利要求8的涂料，其中所述涂料包含介于5wt％-15wt％的玻璃珠。

10.权利要求9的涂料，其中所述涂料包含10wt％的玻璃珠。

11.一种成品木制品，包含：

a)木制品；和

b)一种涂层，其中所述涂层包括玻璃珠和粘结剂。

12.权利要求11的木制品，其中所述涂层包含5wt％-15wt％的玻璃珠。

13.权利要求12的木制品，其中所述涂料包含10wt％的玻璃珠。