CN101319124A - 一种环保高密度水性木器乳液涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种环保高密度水性木器乳液涂料及其制备方法，属于木器涂料技术领域，先将常规乳化剂、缓冲剂、溶剂水投入釜底，加热升温至80℃－82℃；在另一个罐中用常规乳化剂、聚合型乳化剂、核单体、去离子水制备预乳液；加入引发剂溶液至釜中搅拌均匀后加入预乳液制备种子乳液，滴加预乳液，然后将壳单体与引发剂共同滴入至釜中，在84－86℃保温1h，然后降温添加氨水中和冷却至45℃加入交联剂，冷却过滤出料得水性木器乳液置于搅拌釜中，搅拌条件下依次加入溶剂去离子水、高沸点溶剂、润湿剂、消泡剂，搅拌后加增稠剂慢速消泡，过滤出料制得的水性木器乳液涂料是具有高硬度、耐水耐溶剂性好、低VOC排放的特点。
Description
技术领域
本发明涉及木器涂料技术领域，具体地说是一种环保高密度水性木器乳液涂料及其制备方法。
背景技术
随着环保法规的进一步完善，以减轻地球负荷为目的，低VOC或零VOC排放的新型涂料成为研发的热点，水性木器涂料的研发更为引人注目。
目前，欧洲民用涂料已经达到较高的水性化水平。1996年木器涂料占整个欧洲涂料销量的8％，约40余万吨，其中水性木器涂料约占木器涂料总量的6％。1999年，欧洲民用涂料总产量为300万吨，其中水性漆达到250万吨，占72％；北欧国家地板涂料的水性化达到了80％。
最近几年，我国关于水性木器涂料技术的研发非常活跃，技术水平也提高很快，尤其是2008年北京奥运会的绿色、环保理念，以及大量奥运会场馆的建设都对环保提出很高的要求，为环保型水性涂料的大规模应用提供了很好的机会。
据报道，中国木器涂料每年有数十万吨的市场，如果水性木器涂料能够取代溶剂型木器涂料，其环保作用和社会经济效益是十分显著的。
当前，丙烯酸乳液由于“热粘冷脆”的缺点，且含有大量的乳化剂，其耐水、耐溶剂都不是很好，由于为了达到高硬度的特点，往往需要提高玻璃化温度，从而增加成膜助剂的使用量，而达不到低VOC的目的。
发明内容
本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种环保高密度水性木器乳液涂料及其制备方法，具体的说是一种采用聚合型乳化剂合成具有“核-壳”型结构且高硬度的丙烯酸乳液来制备水性木器涂料的方法。
本发明的技术方案是按以下方式实现的，一种环保高密度水性木器乳液涂料，该木器乳液涂料的原材料按照重量配比如下：
(1)水性木器乳液：
常规乳化剂 0.1-1 单体 20-80
聚合型乳化剂 0.1-1 溶剂 40-80
引发剂 0.01-0.6 中和剂 0.2-1.5
缓冲剂 0.01-0.1 交联剂 0.2-1.5；
(2)水性木器涂料：
水性木器乳液 60-100 润湿剂 0.1-1
溶剂 2-20 消泡剂 0.1-2
高沸点溶剂 2-20 增稠剂 0.1-1。
所述的木器乳液涂料的原材料按照重量配比的更优选方案如下：
(1)水性木器乳液：
常规乳化剂 0.3-0.5 单体 37.8-54.6
聚合型乳化剂 0.3-0.5 溶剂 55-60
引发剂 0.1-0.3 中和剂 0.5-0.8
缓冲剂 0.03-0.05 交联剂 0.4-0.7；
(2)水性木器涂料：
水性木器乳液 70-90 润湿剂 0.1-1
溶剂 5-15 消泡剂 0.1-2
高沸点溶剂 5-15 增稠剂 0.1-1。
所述的常规乳化剂包括阴离子乳化剂，包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、乙氧基化烷基醚硫酸铵中的一种或一种以上混合物；
所述的聚合型乳化剂包括烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸铵、乙烯基磺酸钠、烯丙基烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐中的一种或一种以上混合物；
所述的单体包括丙烯腈、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或一种以上混合物；采用具有特殊官能度的单体，以提高乳液的交联度，以提高乳液耐溶剂性能；
所述的溶剂水包括去离子水；所述的引发剂包括过硫酸钠；所述的缓冲剂包括碳酸氢钠；所述的中和剂包括氨水；所述的交联剂包括己二酸二酰肼。
所述的单体根据聚合特点分为核单体和壳单体，其中：核单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、衣康酸、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或一种以上混合物；壳单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、甲基丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺中的一种或一种以上混合物。
引入聚合型乳化剂可以是烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸铵、乙烯基磺酸钠、烯丙基烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐等，减少常规乳化剂的用量；
常规乳化剂为阴离子乳化剂，可以是十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、A-103、CO-436等；
采用“核-壳”聚合的技术，以降低成膜温度，减少成膜助剂用量；
通过采用丙烯腈、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺等具有特殊官能度的单体，以提高乳液的交联度，以提高乳液耐溶剂性能；
采用双丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼的常温固化交联，进一步提高成膜交联度。
本发明的一种环保高密度水性木器乳液涂料及其制备方法包括水性木器乳液的制备和利用制备的水性木器乳液来制备水性木器乳液涂料，其方法是：
(1)水性木器乳液的制备方法：
先将常规乳化剂、缓冲剂、溶剂水投入釜底，加热升温至70℃-90℃；在另一个罐中加入常规乳化剂、聚合型乳化剂、核单体、去离子水制备预乳液；加入1/5-1/2的引发剂溶液至釜中，搅拌均匀后，加入1/5-3/5的预乳液制备种子乳液，5min-20min后滴加剩余预乳液时间控制在1.5h-2.5h滴完，然后将壳单体与引发剂共同滴入至釜中时间控制在0.5h-1.5h滴完，总共滴加时间控制在2h-4h，温度控制在80℃-90℃，保温1h，然后降温至55-70℃，添加氨水中和PH值到7.0-8.0，再冷却至40℃-50℃，加入交联剂，冷却、过滤出料，得水性木器乳液；
(2)利用水性木器乳液来制备水性木器涂料的方法：
将制备的水性木器乳液加入搅拌釜中，在500rpm-700rpm的条件下依次加入溶剂去离子水、高沸点溶剂、润湿剂、消泡剂，在1000rpm下搅拌25min-35min，然后将增稠剂用去离子水稀释后调整粘度，慢速消泡30min，过滤出料制得水性木器乳液涂料。
本发明的一种环保高密度水性木器乳液涂料及其制备方法的优选方案是：
(1)水性木器乳液的制备方法：
先将常规乳化剂、缓冲剂、溶剂水投入釜底，加热升温至80℃-82℃；在另一个罐中加入常规乳化剂、聚合型乳化剂、核单体、去离子水制备预乳液；加入1/5-1/2的引发剂溶液至釜中，搅拌均匀后，加入1/5-3/5预乳液制备种子乳液，15min后滴加剩余预乳液时间控制在2h滴完，然后将壳单体与剩余的引发剂共同滴入至釜中时间控制在1h滴完，总共滴加时间控制在3h，温度控制在84℃-86℃，保温1h，然后降温至60℃-65℃，添加氨水中和PH值到7.0-8.0，再冷却至45℃，加入交联剂，冷却、过滤出料，得水性木器乳液；
(2)利用水性木器乳液来制备水性木器涂料的方法：
将制备的水性木器乳液加入搅拌釜中，在600rpm的条件下依次加入溶剂去离子水、高沸点溶剂、润湿剂、消泡剂，在1000rpm下搅拌30min，然后将增稠剂用去离子水稀释后调整粘度，慢速消泡30min，过滤出料制得水性木器乳液涂料。
所述的润湿剂包括Hydropalat 140、Hydropalat 875、BYK-346中的一种或一种以上混合物；
所述的高沸点溶剂包括乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二丙二醇丁醚中的一种或一种以上混合物；
所述的消泡剂包括Dehydran 1293、Foamstar A32、Foamstar A34、BYK-019、BYK-024、BYK-025中的一种或一种以上混合物；
所述的增稠剂采用非离子聚氨酯缔合型增稠剂，包括DSX 1550、DSX 3256、SN-612中的一种或一种以上混合物。
所述的润湿剂可以是科宁公司的Hydropalat 140、Hydropalat 875，BYK公司的BYK-346等中的一种或一种以上混合物；
所述的高沸点溶剂，可以是乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二丙二醇丁醚等中的一种或一种以上混合物；
所述的消泡剂可以是科宁公司的Dehydran 1293、Foamstar A32、FoamstarA34，BYK公司的BYK-019、BYK-024、BYK-025等系列消泡剂中的一种或一种以上混合物；
所述的增稠剂可以是非离子聚氨酯缔合型增稠剂如科宁公司的DSX 1550、DSX 3256，NOPCO公司的SN-612等中的一种或一种以上混合物。
本发明的一种环保高密度水性木器乳液涂料及其制备方法与现有技术相比所产生的积极效果是：
使用该环保高密度水性木器乳液涂料的制备方法所制备出的水性木器乳液涂料，耐水、耐溶剂性好，而且具有高硬度的特点。制备过程中聚合型乳化剂的使用，可以大量减少常规乳化剂的使用量，减少常规乳化剂对成膜耐水、耐溶剂的影响，同时采用“核-壳”聚合的技术，达到降低成膜温度，减少成膜助剂用量的目的，是实现制备出最低限VOC排放的新型涂料。
具体实施方式
下面对本发明的一种环保高密度水性木器乳液涂料及其制备方法作以下详细说明。
下面给出实施本发明的一种环保高密度水性木器乳液涂料及其制备方法的最佳实施例：
实施例1：
水性木器乳液制备合成配方如下：
制备方法：将4.8g十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠、637g去离子水投入釜底，加热至80℃-82℃，再另一个罐中加入剩余2.4g十二烷基苯磺酸钠、烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸铵、核单体制备预乳液。用80g去离子水将引发剂溶解，制备引发剂溶液，加入1/3的引发剂溶液至釜中，搅拌均匀后，加入18g预乳液制备种子乳液，15min后滴加预乳液约2h，然后滴加壳单体约1h，剩余引发剂溶液伴随单体滴完，总共滴加时间为3h，温控在84℃-86℃，保温1小时，降温60℃-65℃，氨水中和PH值到7.0-8.0，冷却至45℃，加入己二酸二酰肼。冷却、过滤出料，得微黄半透明液体即是水性木器乳液。
制备出的水性木器乳液的平均粒径为80nm，粘度为300cps，PH＝7.5，固含量为41.3％。
使用制备的水性木器乳液，制备水性木器涂料配方如下：
制备方法：将制备的水性木器乳液加入搅拌釜中，在600rpm的条件下依次加入上表所述的序号2-6的物质，即：去离子水、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、Hydropalat 140、Dehydran 1293，在1000rpm下搅拌30min，然后将SN-612用去离子水稀释后调整粘度，慢速消泡30min，过滤出料得水性木器漆。
制得的水性木器涂料性能：外观为微黄半透明液体，固含量为33％，粘度(涂4杯)为30秒，表干时间：15min。木器成膜性能：涂膜铅笔硬度为H，耐水性：48小时无异常，耐醇性(50％的乙醇)：1h无异常，附着力：1级。
实施例2：
水性木器乳液制备合成配方如下：
制备方法：将4.8g十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠、637g去离子水投入釜底，加热至80℃-82℃，再另一个罐中加入剩余2.0g十二烷基苯磺酸钠、烯丙基烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐、核单体制备预乳液。用80g去离子水将引发剂溶解，制备引发剂溶液，加入1/3的引发剂溶液至釜中，搅拌均匀后，加入18g预乳液制备种子乳液，15min后滴加预乳液约2h，然后滴加壳单体约1h，剩余引发剂溶液伴随单体滴完，总共滴加时间为3h，温控在84℃-86℃，保温1h，降温60℃-65℃，氨水中和PH值到7.0-8.0，冷却至45℃，加入己二酸二酰肼。冷却、过滤出料，得微黄半透明液体即是水性木器乳液。
制备出的水性木器乳液的平均粒径为85nm，粘度为500cps，PH＝7.5，固含量为41.3％。
使用制备的水性木器乳液，制备水性木器涂料配方如下：
制备方法：将制备出的水性木器乳液加入搅拌釜中，在600rpm的条件下依次加入加入上表所述的序号2-6的物质，即：去离子水、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、Hydropalat 875、BYK-025，在1000rpm下搅拌30min，将转速调至600rpm，然后将DSX-1550用去离子水稀释后调整粘度，慢速消泡30min，过滤出料得水性木器涂料。
制得的水性木器涂料性能：外观为微黄半透明液体，固含量为33％，粘度(涂4杯)为35秒，表干时间：15min。木器成膜性能：涂膜铅笔硬度为H，耐水性：48小时无异常，耐醇性(50％的乙醇)：1h无异常，附着力：1级。
其中实施例1与实施例2中的各性质的表征手段是：
(1)粒径大小及分布：采用马尔文激光粒径仪测定；
(2)硬度、附着力、耐溶剂：按标准HG/T 3828-2006中提供的方法测定。
Claims (7)
1、一种环保高密度水性木器乳液涂料，其特征在于该木器乳液涂料的原材料按照重量配比如下：
(1)水性木器乳液：
常规乳化剂 0.1-1 单体 20-80
聚合型乳化剂 0.1-1 溶剂 40-80
引发剂 0.01-0.6 中和剂 0.2-1.5
缓冲剂 0.01-0.1 交联剂 0.2-1.5；
(2)水性木器涂料：
水性木器乳液 60-100 润湿剂 0.1-1
溶剂 2-20 消泡剂 0.1-2
高沸点溶剂 2-20 增稠剂 0.1-1。
2、根据权利要求1所述的一种环保高密度水性木器乳液涂料，其特征在于该木器乳液涂料的原材料按照重量配比如下：
(1)水性木器乳液：
常规乳化剂 0.3-0.5 单体 37.8-54.6
聚合型乳化剂 0.3-0.5 溶剂 55-60
引发剂 0.1-0.3 中和剂 0.5-0.8
缓冲剂 0.03-0.05 交联剂 0.4-0.7；
(2)水性木器涂料：
水性木器乳液 70-90 润湿剂 0.1-1
溶剂 5-15 消泡剂 0.1-2
高沸点溶剂 5-15 增稠剂 0.1-1。
3、根据权利要求1或2所述的一种环保高密度水性木器乳液涂料，其特征在于：
常规乳化剂包括阴离子乳化剂，包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、乙氧基化烷基醚硫酸铵中的一种或一种以上混合物；
聚合型乳化剂包括烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸铵、乙烯基磺酸钠、烯丙基烷基酚聚氧乙烯醚硫酸盐中的一种或一种以上混合物；
单体包括丙烯腈、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或一种以上混合物；
溶剂水包括去离子水；引发剂包括过硫酸钠；缓冲剂包括碳酸氢钠；中和剂包括氨水；交联剂包括己二酸二酰肼。
4、根据权利要求1、2或3所述的一种环保高密度水性木器乳液涂料，其特征在于：
单体根据聚合特点分为核单体和壳单体，其中：核单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、衣康酸、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或一种以上混合物；壳单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、甲基丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺中的一种或一种以上混合物。
5、一种制备权利要求1所述的环保高密度水性木器乳液涂料的方法，其特征在于包括水性木器乳液的制备和利用制备的水性木器乳液来制备水性木器乳液涂料，其方法是：
(1)水性木器乳液的制备方法：
先将常规乳化剂、缓冲剂、溶剂水投入釜底，加热升温至70℃-90℃；在另一个罐中加入常规乳化剂、聚合型乳化剂、核单体、去离子水制备预乳液；加入1/5-1/2的引发剂溶液至釜中，搅拌均匀后，加入1/5-3/5的预乳液制备种子乳液，5min-20min后滴加剩余预乳液时间控制在1.5h-2.5h滴完，然后将壳单体与引发剂共同滴入至釜中时间控制在0.5h-1.5h滴完，总共滴加时间控制在2h-4h，温度控制在80℃-90℃，保温1h，然后降温至55-70℃，添加氨水中和PH值到7.0-8.0，再冷却至40℃-50℃，加入交联剂，冷却、过滤出料，得水性木器乳液；
(2)利用水性木器乳液来制备水性木器涂料的方法：
将制备的水性木器乳液加入搅拌釜中，在500rpm-700rpm的条件下依次加入溶剂去离子水、高沸点溶剂、润湿剂、消泡剂，在1000rpm下搅拌25min-35min，然后将增稠剂用去离子水稀释后调整粘度，慢速消泡30min，过滤出料制得水性木器乳液涂料。
6、根据权利要求5所述的一种环保高密度水性木器乳液涂料的制备方法，其特征在于：
(1)水性木器乳液的制备方法：
先将常规乳化剂、缓冲剂、溶剂水投入釜底，加热升温至80℃-82℃；在另一个罐中加入常规乳化剂、聚合型乳化剂、核单体、去离子水制备预乳液；加入1/5-1/2的引发剂溶液至釜中，搅拌均匀后，加入1/5-3/5预乳液制备种子乳液，15min后滴加剩余预乳液时间控制在2h滴完，然后将壳单体与剩余的引发剂共同滴入至釜中时间控制在1h滴完，总共滴加时间控制在3h，温度控制在84℃-86℃，保温1h，然后降温至60℃-65℃，添加氨水中和PH值到7.0-8.0，再冷却至45℃，加入交联剂，冷却、过滤出料，得水性木器乳液；
(2)利用水性木器乳液来制备水性木器涂料的方法：
将制备的水性木器乳液加入搅拌釜中，在600rpm的条件下依次加入溶剂去离子水、高沸点溶剂、润湿剂、消泡剂，在1000rpm下搅拌30min，然后将增稠剂用去离子水稀释后调整粘度，慢速消泡30min，过滤出料制得水性木器乳液涂料。
7、根据权利要求5所述的一种环保高密度水性木器乳液涂料的制备方法，其特征在于：
所述的润湿剂包括Hydropalat 140、Hydropalat 875、BYK-346中的一种或一种以上混合物；
所述的高沸点溶剂包括乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二丙二醇丁醚中的一种或一种以上混合物；
所述的消泡剂包括Dehydran 1293、Foamstar A32、Foamstar A34、BYK-019、BYK-024、BYK-025中的一种或一种以上混合物；
所述的增稠剂采用非离子聚氨酯缔合型增稠剂，包括DSX 1550、DSX 3256、SN-612中的一种或一种以上混合物。
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