CN101117502A - 环境友好型自交联水性木器涂料 - Google Patents

环境友好型自交联水性木器涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种环境友好型自交联水性木器涂料，以有机硅改性无皂丙烯酸乳液和硅溶胶为成膜物，涂料各组分的质量份为：有机硅改性无皂丙烯酸乳液40～85；硅溶胶5～60；消泡剂0.1～0.5；润湿流平剂0.1～0.5；杀菌剂0.1～0.5；增稠剂0.1～1.0；所述有机硅改性无皂丙烯酸乳液是自交联性的，乳液分散相粒子平均直径小于50nm，乳液分散相粒子具有核壳结构且核硬壳软，核/壳单体用量的质量比为1∶1～1∶3，乳液中不含游离的乳化剂；所述硅溶胶的分散相粒子的平均直径小于20nm。该涂料的挥发性有机化合物含量远低于现有水性木器涂料，涂膜的硬度和韧性可以兼顾，附着力好而且耐化学介质性能优良。

Description

环境友好型自交联水性木器涂料
技术领域
本发明涉及一种环境友好型自交联水性木器涂料，用于木器和竹制品表面的装饰和保护。
背景技术
目前市场销售的木器涂料主要是溶剂型。常见的品种有醇酸类涂料、丙烯酸类涂料、硝基类涂料等。这些涂料的挥发性有机化合物(VOC)含量均超过50％，在生产、施工过程中，这些挥发性有机化合物挥发到大气中，不仅对操作人员和施工人员健康有害，同时也污染了人们居住、工作和学习的环境。随着环保法规对涂料中挥发性有机化合物含量的限制日趋严格和人们对自身健康的关注，引发了水性木器涂料的开发和研究热潮。水性木器涂料的种类主要有醇酸类、聚氨酯类、丙烯酸乳液类。醇酸类水性木器涂料中必须加入水性催干剂，其价格比较高，在贮存过程中，水性催干剂又极易发生水解，失去催干作用，因而涂膜很难干燥，另外，醇酸树脂在碱性条件下也容易发生水解，因而该类水性木器涂料贮存稳定性较差；聚氨酯类水性木器涂料所用聚氨酯树脂的制备工艺特殊且原材料价格较为昂贵，涂膜的丰满度较好，韧性较好，但硬度较低，打磨性差，在木材上的附着力不好，容易产生“撕起”现象；丙烯酸乳液类水性木器涂料中的成膜物质-丙烯酸乳液的性能可调范围大，价格较为低廉，因此，是目前开发和得到应用的主要品种，但是，目前市场上可以购得的丙烯酸乳液类水性木器涂料还存在如下缺点：①涂膜较软。施工中打磨涂膜时，磨下的细屑发粘容易粘住砂布，难以继续打磨；②涂膜附着力差。由于涂料对底材的渗透性差，使得成膜后涂膜与底材的附着力差，涂膜容易整片撕起；③涂膜的硬度和韧性不能兼顾；而在CN1519284A公开的一种水性木器涂料，加入了一定量的成膜助剂等助剂，铅笔硬度为HB，耐水性为24h；在CN1528841A公开的一种水性环保木器涂料，是通过加入OP-10游离乳化剂合成丙烯酸乳液，再加入成膜助剂等配成的水性木器涂料，因此，上述专利申请所公开的水性木器涂料的挥发性有机化合物(VOC)含量仍较高，耐水性和硬度均较差。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种环境友好型自交联水性木器涂料，该涂料的挥发性有机化合物(VOC)含量远低于现有水性木器涂料，涂膜的硬度和韧性可以兼顾，附着力好而且耐化学介质性能优良。
实现本发明目的的技术方案：一种环境友好型自交联水性木器涂料，由成膜物、消泡剂、润湿流平剂、杀菌剂和增稠剂组成，其特征在于：所述成膜物是有机硅改性无皂丙烯酸乳液和硅溶胶，各组分的质量份为：
有机硅改性无皂丙烯酸乳液       40～85；
硅溶胶                        15～60；
消泡剂                        0.1～0.5；
润湿流平剂                    0.1～0.5；
杀菌剂                        0.1～0.5；
增稠剂                        0.1～1.0；
用作所述成膜物的有机硅改性无皂丙烯酸乳液具有自交联性，乳液中不含游离的乳化剂，乳液的分散相粒子的平均直径小于50nm，乳液的分散相粒子具有核壳结构且核硬壳软，核/壳单体用量的质量比为1∶1～1∶3；
用作所述成膜物的硅溶胶的分散相粒子的平均直径小于20nm。
上述自交联水性木器涂料中，用作所述成膜物的有机硅改性无皂丙烯酸乳液，其分散相粒子的硬核是由玻璃化转变温度为60～80℃的单体形成，其分散相粒子的软壳是由玻璃化转变温度为0～5℃的单体形成；乳液的固体含量为25～50％。
上述自交联水性木器涂料中，用作所述成膜物的硅溶胶为铵盐型，其固体含量为25～40％。
上述自交联水性木器涂料中，所述消泡剂为有机硅类消泡剂或矿物油类消泡剂。
上述自交联水性木器涂料中，所述润湿流平剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物类润湿流平剂。
上述自交联水性木器涂料中，所述杀菌剂为杂环类杀菌剂。
上述自交联水性木器涂料中，所述增稠剂为非离子聚氨酯缔合型增稠剂、碱溶胀乳液非缔合型增稠剂或疏水碱溶胀乳液缔合型增稠剂。
本发明的自交联水性木器涂料可以采用常规方法和设备进行生产。在施工时，可以根据需要，用水作为稀释剂稀释至适当粘度进行施工。
本发明的自交联水性木器涂料，也可以加入适当的颜料，制成各种彩色自交联水性木器涂料。
本发明的技术效果：本发明技术方案确定的自交联水性木器涂料具有下述有益效果：其一本发明中用作成膜物的有机硅改性无皂丙烯酸乳液，其分散相粒子具有核壳结构且核硬壳软，核壳比例恰当，因此，该乳液所形成的涂膜克服了现有技术中涂膜的硬度和韧性不可兼得的弊病，另外，核壳结构也提供了好的成膜性，无需加入成膜助剂，即可成膜，大大降低了涂料中的VOC含量，使得涂料更符合环保要求；其二本发明中用作成膜物的有机硅改性无皂丙烯酸乳液是采用无皂聚合技术合成的，乳液中不含游离的乳化剂，可以明显提高耐水性；其三本发明由于配入了的适当量硅溶胶作为成膜物，在涂料施工成膜时，硅溶胶能与有机硅改性无皂丙烯酸乳液中的有机硅形成牢固的硅氧烷立体网状交联结构，进一步提高了涂膜的耐化学介质性，涂膜的硬度也得到提高，从而提高了涂膜的打磨性；其四本发明中用作成膜物的有机硅改性无皂丙烯酸乳液，其分散相粒子的平均直径小于50nm，用作成膜物的硅溶胶，其分散相粒子的平均直径小于20nm，因此，利于成膜物向底材内部渗透，使得涂膜与底材的附着力好，不发生涂膜撕起现象；其五由于本发明所确定的涂料各组分的配比恰当，既能保证各组分充分发挥作用，又能相互协调，确保能达到水性木器涂料的各种性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
(一)原料及规格
以下实施例中所用原料均为工业级的市售品，具体规格及生产厂家如下：
1、有机硅改性无皂丙烯酸乳液：中国化工建设总公司常州涂料化工研究院生产，型号FE-106，乳液分散相粒子的平均直径40nm，固体含量42％；核壳单体用量的质量比为1∶2；改性用的有机硅单体用量为形成壳的单体总量的10％；
2、硅溶胶：浙江宇达化工公司生产，牌号NS-25，分散相粒子的平均直径15nm，固体含量25％；
也可以用其他公司的同类产品代替，如青岛恒盛达化工公司生产的JN-40、JN-30，其效果相同；
3、消泡剂：有机硅类消泡剂，德国毕克化学公司生产，牌号BYK-028；
也可以用其他有机硅类消泡剂代替，如德国毕克化学公司生产的BYK-022、BYK-024，德国汉高公司生产的FoamStar A32、FoamStar A34、FoamStarA36，日本桑诺普科公司生产的SN-399、SN-1310；
还可以用矿物油类消泡剂代替有机硅类消泡剂，如台湾德谦化学公司生产的Defoam W-080，美国气体化学公司生产的DF-210，法国罗地亚公司生产的681F等，其效果相同；
4、润湿流平剂：聚硅氧烷-聚醚共聚物类润湿流平剂，德国汉高公司生产，牌号H-140；
也可以使用该公司的其他牌号，如H-110、H-120、H-875，或德国毕克化学公司生产的BYK-345、BYK-346等代替，其效果相同；
5、杀菌剂：杂环类杀菌剂，陕西化工研究院生产，牌号KF-981；
也可以用台湾德谦化学公司生产的MB-11、MB-16，英国捷利康公司生产的ZENECAXL-2，美国罗门哈斯公司生产的LXE等代替，其效果相同；
6、增稠剂：非离子聚氨酯缔合型增稠剂，日本桑诺普科公司生产，牌号SN-612；
也可以用美国维乐斯公司生产的R-288、R-278，日本旭电化公司生产的UH-420、UH-450，或者用碱溶胀乳液非缔合型增稠剂如美国罗门哈斯公司生产的ASE-60等，或者用疏水碱溶胀乳液缔合型增稠剂，如美国维乐斯公司生产的R-420、R-450，美国罗门哈斯公司生产的TT-935等代替，其效果相同。
(二)制备自交联水性木器涂料
实施例1
首先在容器中加入85份(质量份，以下同)FE-106乳液，在低速搅拌下加入15份ZS-25，0.4份BYK-028、0.3份H-140，0.1份KF-981，高速搅拌20min，加入0.2份SN-612，再低速搅拌10min后过滤即得成品。涂料性能测试结果见表1。
实施例2
首先在容器中加入70份(质量份，以下同)FE-106乳液，在低速搅拌下加入30份ZS-25，0.4份BYK-028、0.3份H-140，0.1份KF-981，高速搅拌20min，加入0.2份SN-612，再低速搅拌10min后过滤即得成品。涂料性能测试结果见表1。
实施例3
首先在容器中加入40份(质量份，以下同)FE-106乳液，在低速搅拌下加入60份ZS-25，0.4份BYK-028、0.3份H-140，0.1份KF-981，高速搅拌20min，加入0.2份SN-612，再低速搅拌10min后过滤即得成品。涂料性能测试结果见表1。
比较例(成膜物中不包括硅溶胶)
首先在容器中加入100份(质量份，以下同)FE-106乳液，在低速搅拌下加入0.4份BYK-028、0.3份H-140，0.1份KF-981，高速搅拌20min，加入0.2份SN-612，再低速搅拌10min后过滤即得成品。涂料性能测试结果见表1。
表1
  检验项目   本发明水性木器涂料   比较例   市购水性木器涂料   检验方法
  实施例1   实施例2   实施例3
  贮存稳定性(50℃/7d)   合格   合格   合格   合格   合格   GB/T9756-2001
  VOC，g/l   未检出   未检出   未检出   未检出   96   GB18582-2001
  硬度   0.75   0.85   0.88   0.62   0.60   GB/T1730-93
  铅笔硬度(刮伤)   F   H   H   HB   B   GB/T6739-96
  柔韧性，mm   1   1   2   1   2   GB/T1731-93
  附着力，级   1   1   1   2   4   GB/T9286-98
  抗粘连性   A-1   A-0   A-0   A-2   A-2   ASTM D2793-99
  耐干热性/级[(90±2)℃，15min]   2   1   1   2   3   GB/T4893.3-85
  耐冲击性   合格   合格   合格   合格   合格   GB/T1732-93
  耐水性   144h   144h   144h   48h   24h   GB/T4893.1-85
  耐化学介质性   乙醇   6h   8h   8h   2h   0.5h   GB/T4893.1-85
  醋   8h   8h   8h   4h   2h   GB/T4893.1-85
  绿茶   8h   8h   8h   6h   4h   GB/T4893.1-85
  打磨性   易打磨   易打磨   易打磨   难打磨   难打磨   GB/T1770-89
注：表1中的市购水性木器涂料是丙烯酸乳液类水性木器涂料。
由表1检测结果可以看出，本发明的水性木器涂料(实施例1～3)贮存稳定，其涂膜性能具有硬度高，韧性强，附着力优，耐水性、耐化学介质性佳，打磨性好等优点；从成膜物不含硅溶胶的比较例的检测结果可以看出，硅溶胶对改善涂膜的硬度、各种耐性及打磨性的作用十分明显。
另外，本发明的水性木器涂料VOC未检出，表明其含量极低，远小于HBC12-2002环境标志产品认证技术要求水性涂料标准中VOC小于250g/l的规定，因此，本发明的水性木器涂料符合环保要求，属环境友好型，可广泛用于家具涂装和家庭装璜。

Claims (7)

1.一种环境友好型自交联水性木器涂料，由成膜物、消泡剂、润湿流平剂、杀菌剂和增稠剂组成，其特征在于：所述成膜物是有机硅改性无皂丙烯酸乳液和硅溶胶，各组分的质量份为：
有机硅改性无皂丙烯酸乳液    40～85；
硅溶胶                      15～60；
消泡剂                      0.1～0.5；
润湿流平剂                  0.1～0.5；
杀菌剂                      0.1～0.5；
增稠剂                      0.1～1.0；
用作所述成膜物的有机硅改性无皂丙烯酸乳液具有自交联性，乳液中不含游离的乳化剂，乳液的分散相粒子的平均直径小于50nm，乳液的分散相粒子具有核壳结构且核硬壳软，核/壳单体用量的质量比为1∶1～1∶3；
用作所述成膜物的硅溶胶的分散相粒子的平均直径小于20nm。
2.根据权利要求1所述的自交联水性木器涂料，其特征在于：用作所述成膜物的有机硅改性无皂丙烯酸乳液，其分散相粒子的硬核是由玻璃化转变温度为60～80℃的单体形成，其分散相粒子的软壳是由玻璃化转变温度为0～5℃的单体形成；乳液的固体含量为25～50％。
3.根据权利要求1所述的自交联水性木器涂料，其特征在于：用作所述成膜物的硅溶胶为铵盐型，其固体含量为25～40％。
4.根据权利要求1所述的自交联水性木器涂料，其特征在于：所述消泡剂为有机硅类消泡剂或矿物油类消泡剂。
5.根据权利要求1所述的自交联水性木器涂料，其特征在于：所述润湿流平剂为聚硅氧烷-聚醚共聚物类润湿流平剂。
6.根据权利要求1所述的自交联水性木器涂料，其特征在于：所述杀菌剂为杂环类杀菌剂。
7.根据权利要求1所述的自交联水性木器涂料，其特征在于：所述增稠剂为非离子聚氨酯缔合型增稠剂、碱溶胀乳液非缔合型增稠剂或疏水碱溶胀乳液缔合型增稠剂。
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