CN101481572A - 染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法 - Google Patents

染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法 Download PDF

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Beijing Forestry University
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Abstract

本发明公开了一种染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，它包括有纳米TiO2浆料的制备和纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合。所述的纳米TiO2浆料是用下述重量配比的原料组成：水500～600份、乙二醇3～10份、表面活性剂70～100份和纳米TiO2200～300份经备料、拌料和检验制成。所述的纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合依次是经拌料和检验、包装入库，最后制成染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料。用该发明的水性透明涂料在染色木材上涂装后木材的纹理清晰，抗紫外老化的效果明显。它对节约石油和森林资源、保护环境和人体健康以及提高经济效益具有十分重要的意义。

Description

染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法
技术领域
本发明涉及装饰用的涂料，特别涉及一种染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法。
背景技术
木质装饰材料具有美丽而富于变化的花纹、悦目的色彩、纯朴的质感、良好的调湿保温等天然特性，被广泛用于室内装饰装修和家具生产。但是，由于我国天然林资源特别是珍贵树种优质材资源的匮乏，促进了人工林和普通树种木材加工利用的迅速发展。开展了以普通木材特别是人工林木材为原料，采用仿真加工原理研发了经调色和重组等仿真加工制成的新型木质重组装饰材料，并已用于工业化生产。从而丰富了木质装饰材料的品种，满足了人们对木质装饰材料多样性的需求。然而，经染色和重组的木质装饰材料作为室内装饰装修和家具用材时，均会受到室内环境因素的影响而发生劣化，特别是光中的紫外线会引起染色木材的变褪色。为了延缓或抑制染色木材的光变色，常用的办法是涂饰涂料。涂料与染色木材一样均属于高分子聚合物材料，聚合物在光引发下通过对紫外线的吸收，使聚合物裂解，致使涂膜及其涂饰染色木材受光辐射引起褪色或变色，影响涂饰染色木材的使用寿命，降低了对环境的装饰性，阻碍了染色木材的广泛应用。因此，为了抑制涂饰染色木材的光变色，常对涂料进行改性。
关于涂料的改性研究，主要是利用UV吸收剂、受阻胺光稳定剂(HALS)，以及耐紫外光纳米材料等。UV安定剂改性的硝基清漆涂装木材，能明显改善涂膜的耐光性；利用具有代表性的紫外线吸收剂—连三氮杂噁改性氨基甲酸乙脂系涂料，在380nm以下的紫外线区域具有良好的遮蔽效果。纳米ZnO作为添加剂研制成功了紫外线屏蔽玻璃用涂层和抗紫外老化的水性涂料；纳米SiO2在丙烯酸树脂中的用量为3％时，屏蔽性最好。而对于纳米TiO2的应用研究，主要是通过计算机模拟试验，认为屏蔽350nm紫外线的最佳粒径为80nm，对300nm紫外线的最适宜粒径为30～60nm。从这些研究结果来看，主要侧重于利用紫外线吸收剂对涂料进行改性，并没有考虑紫外线吸收剂的负面影响。而纳米材料的应用研究，主要是针对溶剂型涂料，而溶剂型涂料中含有大量的挥发性物质，在施工和使用过程中散发大量的有毒的挥发性有机化合物(VOC)。水性涂料不用苯、酮等有害物质做溶剂，不含铅、汞等有害重金属，环保性好。但是，水性涂料存在漆膜较软、耐热性稍差、易产生光致变褪色，以及涂饰后木材的纹理没有溶剂型涂料清晰、美观等缺点。因此，利用纳米特殊功能材料提高它的性能的同时，也表现一些特殊的性能；比如负离子、抗菌、耐侯性等。
发明内容
本发明的目的是提供一种染色木材用能有效抗紫外老化的水性透明涂料的制备方法。
为了达到上述目的本实用新型是通过以下技术方案实现的：它包括有纳米TiO2浆料的制备和纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合。
所述的纳米TiO2浆料是用下述重量配比的原料组成：水500～600份、乙二醇3～10份、表面活性剂70～100份和纳米TiO2 200～300份。
所述纳米TiO2浆料的制备依次包括下列步骤：
(1)、备料：准备重量配比为：水500～600份、乙二醇3～10份、表面活性剂70～100份和纳米TiO2 200～300的原料；
(2)、拌料：先在容器中加入水和乙二醇以及表面活性剂，高速分散4—10min后，慢慢加入纳米TiO2粉体，然后用砂磨机研磨5—8h。最后，用搅拌机低速搅拌30—60min后静置待用；
(3)、检验：检查TiO2浆料的稳定性和分散性，要求分散均匀、稳定，没有出现团聚现象。
所述的纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合依次是：
(1)、拌料：在容器中加入水性透明涂料，称出纳米TiO2浆料，纳米TiO2浆料占水性透明涂料重量的5％—20％，然后加入纳米TiO2浆料到已装好水性透明涂料的容器中，同时，用高速搅拌机搅拌30—60min，使纳米TiO2浆料与水性透明涂料充分混合，成纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合体；
(2)、检验、包装入库：用透射电镜观察混合体，检测纳米TiO2在混合体中的状态，对分散均匀、稳定，没有出现团聚现象为合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料，将合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料装桶入库。
根据上述染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法所获得的水性透明涂料，用该发明的水性透明涂料在染色木材上涂装后木材的纹理清晰，抗紫外老化的效果明显。它对木材用水性涂料进行改性研究，提高染色木材的抗光变色能力，使仿真装饰材料得到推广应用，节约石油和森林资源、保护环境和人体健康以及提高经济效益具有十分重要的意义。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，它包括有纳米TiO2浆料的制备和纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合。
其中纳米TiO2浆料的制备依次包括下列步骤：
(1)、备料：准备重量配比为：蒸馏水520份、乙二醇4份、粒径为20—30nm的纳米TiO2 210份和表面活性剂75份，其中所用的表面活性剂为润湿剂1份、分散剂6份、增稠剂58份、消泡剂10份；
(2)、拌料：先在容器中加入水和乙二醇以及聚酯醚、分散剂、增稠剂和消泡剂，高速分散4min后，慢慢加入纳米TiO2粉体，然后用砂磨机研磨5.5h。最后，用搅拌机低速搅拌35min后静置待用；
(3)、检验：检查TiO2浆料的稳定性和分散性，要求分散均匀、稳定，没有出现团聚现象。
其中纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合依次是：
(1)、拌料：在容器中加入水性透明涂料为水性丙烯酸清漆的水性透明涂料，称出纳米TiO2浆料，纳米TiO2浆料占水性透明涂料为水性丙烯酸清漆重量的12％，然后加入纳米TiO2浆料到已装好水性透明涂料的容器中，同时，用高速搅拌机搅拌30min，使纳米TiO2浆料与水性涂料充分混合，成纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合体；
(2)、检验、包装入库：用透射电镜观察混合体，检测纳米TiO2在混合体中的状态，对分散均匀、稳定，没有出现团聚现象为合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料，将合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料装桶入库。
实施例2
染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，它包括有纳米TiO2浆料的制备和纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合。
其中纳米TiO2浆料的制备依次包括下列步骤：
(1)、备料：准备重量配比为：蒸馏水540份、乙二醇5份、粒径为20—30nm的纳米TiO2 220份和表面活性剂80份，其中所用的表面活性剂为润湿剂1.5份、分散剂10份、增稠剂59份、消泡剂12.5份；
(2)、拌料：先在容器中加入水和乙二醇以及聚酯醚、分散剂、增稠剂和消泡剂，高速分散5min后，慢慢加入纳米TiO2粉体，然后用砂磨机研磨6h。最后，用搅拌机低速搅拌40min后静置待用；
(3)、检验：检查TiO2浆料的稳定性和分散性，要求分散均匀、稳定，没有出现团聚现象。
其中纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合依次是：
(1)、拌料：在容器中加入水性透明涂料为水性丙烯酸清漆的水性透明涂料，称出纳米TiO2浆料，纳米TiO2浆料占水性透明涂料为水性丙烯酸清漆重量的15％，然后加入纳米TiO2浆料到已装好水性透明涂料的容器中，同时，用高速搅拌机搅拌35min，使纳米TiO2浆料与水性透明涂料充分混合，成纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合体；
(2)、检验、包装入库：用透射电镜观察混合体，检测纳米TiO2在混合体中的状态，对分散均匀、稳定，没有出现团聚现象为合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料，将合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料装桶入库。
实施例3
染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，它包括有纳米TiO2浆料的制备和纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合。
其中纳米TiO2浆料的制备依次包括下列步骤：
(1)、备料：准备重量配比为：蒸馏水550份、乙二醇6份、粒径为20—30nm的纳米TiO2 240份和表面活性剂85份，其中所用的表面活性剂为润湿剂1.5份、分散剂8份、增稠剂60份、消泡剂15.5份；
(2)、拌料：先在容器中加入水和乙二醇以及聚酯醚、分散剂、增稠剂和消泡剂，高速分散6min后，慢慢加入纳米TiO2粉体，然后用砂磨机研磨6.5h。最后，用搅拌机低速搅拌45min后静置待用；
(3)、检验：检查TiO2浆料的稳定性和分散性，要求分散均匀、稳定，没有出现团聚现象。
其中纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合依次是：
(1)、拌料：在容器中加入水性透明涂料为水性丙烯酸清漆的水性涂料，称出纳米TiO2浆料，纳米TiO2浆料占水性透明涂料为水性丙烯酸清漆重量的18％，然后加入纳米TiO2浆料到已装好水性透明涂料的容器中，同时，用高速搅拌机搅拌40min，使纳米TiO2浆料与水性透明涂料充分混合，成纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合体；
(2)、检验、包装入库：用透射电镜观察混合体，检测纳米TiO2在混合体中的状态，对分散均匀、稳定，没有出现团聚现象为合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料，将合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料装桶入库。
实施例4
染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，它包括有纳米TiO2浆料的制备和纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合。
其中纳米TiO2浆料的制备依次包括下列步骤：
(1)、备料：准备重量配比为：蒸馏水560份、乙二醇7份、粒径为20—30nm的纳米TiO2 260份和表面活性剂88份，其中所用的表面活性剂为润湿剂1.3份、分散剂8份、增稠剂62份、消泡剂16.7份；
(2)、拌料：先在容器中加入水和乙二醇以及聚酯醚、分散剂、增稠剂和消泡剂，高速分散7min后，慢慢加入纳米TiO2粉体，然后用砂磨机研磨7h。最后，用搅拌机低速搅拌50min后静置待用；
(3)、检验：检查TiO2浆料的稳定性和分散性，要求分散均匀、稳定，没有出现团聚现象。
其中纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合依次是：
(1)、拌料：在容器中加入水性透明涂料为水性双组份聚氨酯清漆的水性透明涂料，称出纳米TiO2浆料，纳米TiO2浆料占水性透明涂料为水性双组份聚氨酯清漆重量的6％，然后加入纳米TiO2浆料到已装好水性透明涂料的容器中，同时，用高速搅拌机搅拌45min，使纳米TiO2浆料与水性透明涂料充分混合，成纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合体；
(2)、检验、包装入库：用透射电镜观察混合体，检测纳米TiO2在混合体中的状态，对分散均匀、稳定，没有出现团聚现象为合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料，将合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料装桶入库。
实施例5
染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，它包括有纳米TiO2浆料的制备和纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合。
其中纳米TiO2浆料的制备依次包括下列步骤：
(1)、备料：准备重量配比为：蒸馏水580份、乙二醇8份、粒径为20—30nm的纳米TiO2 280份和表面活性剂90份，其中所用的表面活性剂为润湿剂1.4份、分散剂9份、增稠剂63份、消泡剂16.6份；
(2)、拌料：先在容器中加入水和乙二醇以及聚酯醚、分散剂、增稠剂和消泡剂，高速分散8min后，慢慢加入纳米TiO2粉体，然后用砂磨机研磨7.5h。最后，用搅拌机低速搅拌55min后静置待用；
(3)、检验：检查TiO2浆料的稳定性和分散性，要求分散均匀、稳定，没有出现团聚现象。
其中纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合依次是：
(1)、拌料：在容器中加入水性透明涂料为水性双组份聚氨酯清漆的水性透明涂料，称出纳米TiO2浆料，纳米TiO2浆料占水性透明涂料为水性双组份聚氨酯清漆重量的8％，然后加入纳米TiO2浆料到已装好水性透明涂料的容器中，同时，用高速搅拌机搅拌55min，使纳米TiO2浆料与水性透明涂料充分混合，成纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合体；
(2)、检验、包装入库：用透射电镜观察混合体，检测纳米TiO2在混合体中的状态，对分散均匀、稳定，没有出现团聚现象为合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料，将合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料装桶入库。
实施例6
染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，它包括有纳米TiO2浆料的制备和纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合。
其中纳米TiO2浆料的制备依次包括下列步骤：
(1)、备料：准备重量配比为：蒸馏水590份、乙二醇9份、粒径为20—30nm的纳米TiO2 290份和表面活性剂95份，其中所用的表面活性剂为润湿剂1.6份、分散剂10份、增稠剂66份、消泡剂17.4份；
(2)、拌料：先在容器中加入水和乙二醇以及聚酯醚、分散剂、增稠剂和消泡剂，高速分散9min后，慢慢加入纳米TiO2粉体，然后用砂磨机研磨8h。最后，用搅拌机低速搅拌60min后静置待用；
(3)、检验：检查TiO2浆料的稳定性和分散性，要求分散均匀、稳定，没有出现团聚现象。
其中纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合依次是：
(1)、拌料：在容器中加入水性透明涂料为水性双组份聚氨酯清漆的水性透明涂料，称出纳米TiO2浆料，纳米TiO2浆料占水性透明涂料为水性双组份聚氨酯清漆重量的11％，然后加入纳米TiO2浆料到已装好水性透明涂料的容器中，同时，用高速搅拌机搅拌60min，使纳米TiO2浆料与水性透明涂料充分混合，成纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合体；
(2)、检验、包装入库：用透射电镜观察混合体，检测纳米TiO2在混合体中的状态，对分散均匀、稳定，没有出现团聚现象为合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料，将合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料装桶入库。
在上述各实施例中，润湿剂选用非离子表面活性剂—聚氧乙烯聚氧丙烯嵌断共聚物(POEO)；分散剂选用聚丙烯酸钠盐(阴离子)；增稠剂为聚酯醚。
根据上述方法制备的利用纳米TiO2改性水性透明涂料直接涂饰和覆盖其游离涂膜的染色木材，通过氙光辐射100h后的明度指数L*、色度指数a*-b*和总色差值△E*ab的变化，考察纳米TiO2改性水性透明涂料抑制染色木材光变色的效应。表明水性双组份聚氨酯清漆、水性丙烯酸清漆中纳米TiO2含量分别为3％、5％时，其涂饰的染色木材耐光性最佳，经对比试验纳米TiO2改性与未改性的水性透明涂料涂饰的染色木材光变色相比，纳米TiO2改性后的这两种清漆的涂饰对抑制染色木材的光变色效果显著，纳米TiO2改性的水性透明涂料对抑制染色木材的光变色贡献率(％)，见下表。
纳米TiO2改性的水性透明涂料对抑制光变色的贡献率
注：其中J代表水性双组分聚氨酯清漆，纳米TiO2含量为3％；B代表水性丙烯酸清漆，纳米TiO2含量为5％。

Claims (10)

1、染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，它包括有纳米TiO2浆料的制备和纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合。
2、根据权利要求1所述的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，其特征是所述的纳米TiO2浆料是用下述重量配比的原料组成：水500～600份、乙二醇3～10份、表面活性剂70～100份和纳米TiO2 200～300份。
3、根据权利要求1所述的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，其特征是所述纳米TiO2浆料的制备依次包括下列步骤：
(1)、备料：准备重量配比为：水500～600份、乙二醇3～10份、表面活性剂70～100份和纳米TiO2 200～300的原料；
(2)、拌料：先在容器中加入水和乙二醇以及表面活性剂，高速分散4—10min后，慢慢加入纳米TiO2粉体，然后用砂磨机研磨5—8h。最后，用搅拌机低速搅拌30—60min后静置待用；
(3)、检验：检查TiO2浆料的稳定性和分散性，要求分散均匀、稳定，没有出现团聚现象。
4、根据权利要求1所述的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，其特征是所述的纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合依次是：
(1)、拌料：在容器中加入水性透明涂料，称出纳米TiO2浆料，纳米TiO2浆料占水性透明涂料重量的5％—20％，然后加入纳米TiO2浆料到已装好水性透明涂料的容器中，同时，用高速搅拌机搅拌30—60min，使纳米TiO2浆料与水性透明涂料充分混合，成纳米TiO2浆料与水性透明涂料的混合体；
(2)、检验、包装入库：用透射电镜观察混合体，检测纳米TiO2在混合体中的状态，对分散均匀、稳定，没有出现团聚现象为合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料，将合格的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料装桶入库。
5、根据权利要求2或3所述的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，其特征是所述的水为蒸馏水。
6、根据权利要求2或3所述的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，其特征是所述的表面活性剂包括有润湿剂、分散剂、增稠剂和消泡剂。
7、根据权利要求6所述的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，其特征是所述的润湿剂选用非离子表面活性剂—聚氧乙烯聚氧丙烯嵌断共聚物(POEO)；分散剂选用聚丙烯酸钠盐(阴离子)；增稠剂为聚酯醚。
8、根据权利要求2或3所述的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，其特征是所述的纳米TiO2粒径为20—30nm。
9、根据权利要求1或4所述的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，其特征是所述的水性透明涂料为水性丙烯酸清漆或水性双组份聚氨酯清漆。
10、根据权利要求9所述的染色木材用抗紫外老化的水性透明涂料制备方法，其特征是所述的水性透明涂料为水性丙烯酸清漆时，纳米TiO2浆料占水性丙烯酸清漆重量的10％—20％；水性透明涂料为水性双组份聚氨酯清漆时，纳米TiO2浆料占水性双组份聚氨酯清漆重量的5％—12％。
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