CN102604453A

CN102604453A - 一种木器纳米复合专用封闭漆及其制备方法

Info

Publication number: CN102604453A
Application number: CN2012100452527A
Authority: CN
Inventors: 陈恒志; 郭正奎
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: CN102604453B

Abstract

一种木器纳米复合专用封闭漆及其制备方法，属于涂料技术领域。本发明的专用封闭漆由纳米金属氧化物、纤维素、苯乙烯、聚酯树脂、分散剂、引发剂、促进剂和消泡剂组成；本发明方法是先对纳米金属氧化物的表面进行有机改性，后制备纳米浆液，再加入聚酯树脂、消泡剂、引发剂和促进剂，搅拌混合均匀制得成品。本发明方法具有工艺流程短，操作简便且安全，对环境污染小；采用本发明方法制备出的产品具有纳米金属氧化物分散稳定性好，渗透性和流平性良好，高硬度，强附着力等特点。本发明方法可广泛应用于制备木器纳米复合漆，采用本发明方法制备出的产品特别适用作木器的封闭漆。

Description

一种木器纳米复合专用封闭漆及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及木器用的纳米复合漆及其制备方法。

背景技术

中国是实木家具生产、消费、出口大国，与之相应的是中国也是木器涂料的生产大国。木器涂料不仅具有装饰美化作用，而且对木材有很好的保护作用。由于家具专业市场的形成，家具将更加重视个性化、自然化、功能化，木器涂料的品种从单一性向多样化配套发展，成为必然趋势，各种功能性木器涂料成为研制、开发的重点，尤其以纳米复合功能涂料发展最为迅速。纳米材料是八十年代发展起来被誉为跨世纪的新材料，纳米材料应用技术是近年来研究的热点，将纳米材料与传统的产品复合来改善或强化产品的性质，是开发新产品的一个迅速、高效的方法。纳米复合涂料是在传统涂料中加入纳米粒子，利用纳米粒子小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等特殊的性质，增加或强化涂料的某些功能，提高产品的性能，如在聚丙烯酸涂料中加入纳米氧化锌，可屏蔽99％的紫外线；在涂料中加入5％的纳米氧化锌，涂料的抑菌率达到90％。木器涂料属于涂料的一种，分为封闭漆、底漆、面漆等，近年来随着家具业的迅速发展，不断有各种功能性面漆上市，如将环氧树脂加入丙烯酸聚氨酯乳液中，制备的木器涂料硬度、耐水性，耐热性都有大幅度的提高；利用纳米硅分散体改性木器漆，可以增加漆膜涂层结合力、漆膜硬度等。

现有木器用的纳米涂料及其制备方法，如2009年6月10日公开的，公开号为CN101451026A的“无机纳米涂料及其制备方法”专利，公开的涂料由CH₃C₂HOH、纳米TiO₂、纳米ZnO、Mg(OH)₂、填料、基料、助剂及水组成。公开的方法是先将纳米TiO₂和纳米ZnO在CH₃C₂HOH中分散得到纳米浆料，后将其加入水、TiO₂、Mg(OH)₂、填料、基料、助剂的混合物中，分散搅拌得成品。该专利的主要缺点是：①该发明的涂料中含有多种无机填料，不同的无机填料具有不同表面性质，对有机介质的相容性产生较大的影响，因此在成膜过程中该涂料内部有可能出现裂缝，从而影响涂料的性能和使用价值。②该发明的涂料中所添加的Mg(OH)₂在吸收CO₂后会产生水，水分通过毛细管作用逐渐往涂料内部渗透，然后被木器吸收，木器吸收水分后极易发生开裂，翘曲等问题。又如2009年10月21日公开的，公开号为CN101560357A的“一种环氧/SiO₂纳米复合涂料及其制备和使用方法”专利，公开的涂料由甲、乙两组分混合而成。其中甲组分包括含氟丙烯酸酯共聚物、纳米SiO₂、环氧树脂和混合溶剂1，乙组分包括固化剂和混合溶剂2。公开的制备方法是：(1)按照配比依次将含氟丙烯酸酯共聚物、纳米SiO₂和环氧树脂加入到反应器1中，再加入混合溶剂1，搅拌得到甲组分；(2)将固化剂加入到反应器2中，再加入混合溶剂2，搅拌得到乙组分；(3)将甲、乙两组分混合均匀得到改性的环氧涂料产品。该专利的主要缺点是：纳米SiO₂具有较高的表面能，呈亲水疏油性，因此涂料中的纳米SiO₂粒子有可能聚集成团而降低产品质量。

发明内容

本发明的目的是针对现有木器封闭漆及其制备方法的不足，提供一种木器纳米复合专用封闭漆及其制备方法，具有纳米金属氧化物分散稳定性好，渗透性和流平性良好，高硬度，强附着力，封闭性能优异等特点。该发明采用共混法制备木器纳米复合专用封闭漆，具有工艺流程短，操作简便且安全的特点。

实现本发明目的之技术方案是：一种木器纳米复合专用封闭漆的组分及质量百分数如下：

其中：所述的纳米金属氧化物为纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝及纳米氧化锆等中的一种，所述的纳米金属氧化物的形状为棒状、粒径为5-50纳米，优选粒径5-20纳米；

所述的纤维素为羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素中的一种；

所述的聚酯树脂为聚邻苯二甲酸二甲酯、聚对苯二甲酸二甲酯、聚邻苯二甲酸二乙酯、聚对苯二甲酸二乙酯中的一种；

所述的分散剂为木质素磺酸钠、三硬脂酸甘油酯中的一种；

所述的引发剂为有机过氧化物，即过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化新癸酸异丙苯酯、过氧化新癸酸叔戊酯、过氧新戊酸叔丁酯等中的一种；

所述的促进剂为环烷酸钴或二甲基苯胺或二乙基苯胺；

所述的消泡剂为有机硅消泡剂。

一种木器纳米复合专用封闭漆的制备方法，先对纳米金属氧化物的表面进行有机改性，后制备纳米浆液，再加入聚酯树脂、消泡剂、引发剂和促进剂，搅拌混合均匀得成品。所述方法的具体步骤如下：

(1)纳米金属氧化物的表面改性

按照纳米金属氧化物∶甲苯∶纤维素的质量(g)之比为1∶40～60∶0.05～0.15的比例，先将纤维素加入到甲苯中，搅拌至纤维素完全溶解为止而制得纤维素的甲苯溶液。再将纳米金属氧化物加入到纤维素甲苯溶液中，在40～120℃温度，搅拌条件下对纳米金属氧化物进行改性反应2～4h。然后将改性反应后的混合液冷却至室温后，再转移到离心机中进行离心分离，分别收集离心清液和离心沉淀。对收集的离心清液存放于回收瓶中；对收集的离心沉淀，按离心沉淀∶无水乙醇的质量(g)之比为1∶10～20的比例，用无水乙醇对离心沉淀洗涤3～5次，分别收集洗涤液和洗涤后的沉淀。最后将各次收集的洗涤液装入回收瓶中；对最后收集的洗涤后的沉淀，按照洗涤后的沉淀∶无水乙醇的质量(g)之比为1∶50～70的比例，将洗涤后的沉淀和无水乙醇加入到索氏提取器中，进行提取12～24h，分别收集提取液和提取后的沉淀。最后将提取后的沉淀放入烘箱中，在温度80～180℃烘烤2～6h后，将烘干的沉淀冷却至室温并研磨成粉末就制得表面改性的纳米金属氧化物。将收集的提取液与回收瓶中的离心清液和洗涤液合并经过蒸馏分离后可再次利用。

其中：所述的纳米金属氧化物为纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝及纳米氧化锆等中的一种。所述的纳米金属氧化物的形状为棒状、粒径为5-50纳米，优选粒径5-20纳米；

所述的纤维素为羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素中的一种。

(2)制备纳米浆料

第(1)步完成后，先按第(1)步制得的表面改性的纳米金属氧化物∶苯乙烯∶分散剂的质量(g)之比为1∶2.7～38∶0.13～0.5的比例，先将表面改性的纳米金属氧化物加入到苯乙烯中，搅拌混合均匀后，再将分散剂加入到混合液中，搅拌混合均匀而得到表面改性的纳米金属氧化物和苯乙烯及分散剂的混合液。然后将该混合液放入超声清洗器中，在超声温度25～35℃，进行超声分散20～40min，然后再搅拌1～4h，就得到均匀分散的纳米浆液。

其中，所述的分散剂为木质素磺酸钠、三硬脂酸甘油酯中的一种。

(3)制备木器纳米复合专用封闭漆

第(2)步完成后，先按照聚酯树脂∶第(2)步制得的纳米浆液∶消泡剂∶引发剂∶促进剂的质量(g)之比为1∶0.69～0.88∶0.0001～0.004∶0.035～0.222∶0.02～0.11的比例，先将聚酯树脂加入到纳米浆液中，搅拌混合均匀后，再加入消泡剂并搅拌2～6h后，依次加入引发剂和促进剂。继续搅拌20～40min得到成品。

其中，所述的聚酯树脂为聚邻苯二甲酸二甲酯、聚对苯二甲酸二甲酯、聚邻苯二甲酸二乙酯、聚对苯二甲酸二乙酯中的一种；

所述的促进剂为环烷酸钴或二甲基苯胺或二乙基苯胺；

所述的消泡剂为有机硅消泡剂。

本发明采用上述技术方案，主要有以下效果：

1本发明将纳米金属氧化物添加到专用封闭漆中，由于纳米金属氧化物粒子刚性强，从而能增加专用封闭漆的强度，所以采用本发明方法制备出的专用封闭漆的硬度高。

2本发明采用棒状纳米金属氧化物能渗透到木材纤维的孔隙中，形成钉铆作用，使专用封闭漆产生更强的附着力，能有效地解决木制品的开裂，翘曲等问题。

3采用本发明方法制备出的专用封闭漆在涂装过程中产生气泡的几率很小，施工过程中基本没有有害气体挥发，使用安全，并对环境污染小。

4本发明采用纤维素改性的纳米复合专用封闭漆与木材纤维表面具有良好的润湿性，能使专用封闭漆保持良好的流平性和渗透性，并且改性后的纳米金属氧化物分散稳定性好，能与聚酯树脂很好地相容，从而对专用封闭漆的粘度影响较小。

5本发明方法具有工艺流程短，操作简便且安全等特点。

本发明方法可广泛应用于制备木器纳米复合漆，采用本发明方法制备的产品特别适用作木器的封闭漆。

具体实施方式

下面结合具体方式，进一步说明本发明。

实施例1

一种木器纳米复合专用封闭漆的组分及其质量百分数如下：

其中：所述的纳米金属氧化物为纳米氧化锌，粒径为20纳米；

所述的纤维素为羧甲基纤维素钠；

所述的聚酯树脂为聚对苯二甲酸二乙酯；

所述的分散剂为木质素磺酸钠；

所述的引发剂为过氧化苯甲酰；

所述的促进剂为环烷酸钴；

所述的消泡剂为有机硅消泡剂。

一种木器纳米复合专用封闭漆的制备方法，其具体步骤如下：

(1)纳米金属氧化物的表面改性

按照纳米氧化锌∶甲苯∶羧甲基纤维素钠的质量(g)之比为1∶40∶0.1的比例，先将羧甲基纤维素钠加入到甲苯中，搅拌至羧甲基纤维素钠完全溶解为止而制得羧甲基纤维素钠的甲苯溶液。再将纳米氧化锌加入到羧甲基纤维素钠的甲苯溶液中，在120℃温度，搅拌条件下对纳米氧化锌进行改性反应2h。然后将改性反应后的混合液冷却至室温后，再转移到离心机中进行离心分离，分别收集离心清液和离心沉淀。对收集的离心清液集中存放于回收瓶中；对收集的离心沉淀，按离心沉淀∶无水乙醇的质量(g)之比为1∶10的比例，用无水乙醇对离心沉淀洗涤3次，分别收集洗涤液和洗涤后的沉淀。最后将各次收集的洗涤液装入回收瓶中；对最后收集的洗涤后的沉淀，按照洗涤后的沉淀∶无水乙醇的质量(g)之比为1∶50的比例，将洗涤后的沉淀和无水乙醇加入到索氏提取器中，进行提取12h，分别收集提取液和提取后的沉淀。最后将提取后的沉淀放入烘箱中，在温度80℃烘烤2h后，将烘干的沉淀冷却至室温并研磨成粉末就制得表面改性的纳米氧化锌。

(2)制备纳米浆料

第(1)步完成后，先按第(1)步制得的表面改性的纳米氧化锌∶苯乙烯∶木质素磺酸钠的质量(g)之比为1∶38∶0.5的比例，先将表面改性的纳米氧化锌加入到苯乙烯中，搅拌混合均匀后，再将木质素磺酸钠加入到混合液中，搅拌混合均匀而得到表面改性的纳米氧化锌和苯乙烯及木质素磺酸钠的混合液。然后将该混合液放入超声清洗器中，在超声温度30℃，进行超声分散30min，然后再搅拌1h，就得到均匀分散的纳米浆液。

(3)制备木器纳米复合专用封闭漆

第(2)步完成后，先按照聚对苯二甲酸二乙酯∶第(2)步制得的纳米浆液∶有机硅消泡剂∶过氧化苯甲酰∶环烷酸钴的质量(g)之比为1∶0.69∶0.0035∶0.035∶0.021的比例，先将聚对苯二甲酸二乙酯加入到纳米浆液中，搅拌混合均匀后，再加入有机硅消泡剂并搅拌2h后，依次加入过氧化苯甲酰和环烷酸钴。继续搅拌30min得到成品。

实施例2

一种木器纳米复合专用封闭漆的组分及其质量百分数如下：

其中：所述的纳米金属氧化物为纳米二氧化硅，粒径为20纳米；

所述的纤维素为羟丙基甲基纤维素；

所述的聚酯树脂为聚对苯二甲酸二甲酯；

所述的分散剂为三硬脂酸甘油酯；

所述的引发剂为过氧化环己酮；

所述的促进剂为二乙基苯胺；

所述的消泡剂为有机硅消泡剂。

一种木器纳米复合专用封闭漆的制备方法，同实施例1，其中：

第(1)步中，纳米二氧化硅∶甲苯∶羟丙基甲基纤维素的质量(g)之比为1∶60∶0.15，反应温度为40℃，改性反应时间为4h，离心沉淀∶无水乙醇的质量(g)之比为1∶20，用无水乙醇对离心沉淀洗涤5次，洗涤后的沉淀∶无水乙醇的质量(g)之比为1∶70，索氏提取时间为24h。100℃温度下烘烤2h。

第(2)步中，第(1)步制得的表面改性的纳米二氧化硅∶苯乙烯∶三硬脂酸甘油酯的质量(g)之比为1∶2.7∶0.14，超声温度为35℃，超声分散时间为20min，搅拌时间为4h。

第(3)步中，聚对苯二甲酸二甲酯∶第(2)步制得的纳米浆液∶有机硅消泡剂∶过氧化环己酮∶二乙基苯胺的质量(g)之比为1∶0.85∶0.0022∶0.222∶0.11，搅拌时间为6h，依次加入过氧化环己酮和二乙基苯胺后，继续搅拌30min。

实施例3

一种木器纳米复合专用封闭漆的组分及其质量百分数如下：

其中：所述的纳米金属氧化物为纳米二氧化钛，粒径为15纳米；

所述的纤维素为羟丙基纤维素；

所述的聚酯树脂为聚邻苯二甲酸二甲酯；

所述的分散剂为三硬脂酸甘油酯；

所述的引发剂为过氧化甲乙酮；

所述的促进剂为二甲基苯胺；

所述的消泡剂为有机硅消泡剂。

第(1)步中，纳米二氧化钛∶甲苯∶羟丙基纤维素的质量(g)之比为1∶45∶0.056，反应温度为80℃，改性反应时间为3h，离心沉淀∶无水乙醇的质量(g)之比为1∶15，用无水乙醇对离心沉淀洗涤4次，洗涤后的沉淀∶无水乙醇的质量(g)之比为1∶70，索氏提取时间为20h。140℃温度下烘烤4h。

第(2)步中，第(1)步制得的表面改性的纳米二氧化钛∶苯乙烯∶三硬脂酸甘油酯的质量(g)之比为1∶4.38∶0.13，超声温度为35℃，超声分散时间为35min，搅拌时间为3h。

第(3)步中，聚邻苯二甲酸二甲酯∶第(2)步制得的纳米浆液∶有机硅消泡剂∶过氧化甲乙酮∶二甲基苯胺的质量(g)之比为1∶0.88∶0.0001∶0.09∶0.02，搅拌时间为4h，依次加入过氧化甲乙酮和二甲基苯胺后，继续搅拌20min。

实施例4

一种木器纳米复合专用封闭漆的组分及其质量百分数如下：

其中：所述的纳米金属氧化物为纳米氧化锆，粒径为5纳米；

所述的纤维素为羟乙基甲基纤维素；

所述的聚酯树脂为聚对苯二甲酸二乙酯；

所述的分散剂为木质素磺酸钠；

所述的引发剂为过氧化苯甲酰叔丁酮；

所述的促进剂为环烷酸钴；

所述的消泡剂为有机硅消泡剂。

第(1)步中，纳米氧化锆∶甲苯∶羟乙基甲基纤维素的质量(g)之比为1∶55∶0.05，反应温度为80℃，改性反应为3h，离心沉淀∶无水乙醇的质量(g)之比为1∶15，用无水乙醇对离心沉淀洗涤4次，洗涤后的沉淀∶无水乙醇的质量(g)之比为1∶60，索氏提取时间为20h。180℃温度下烘烤6h。

第(2)步中，第(1)步制得的表面改性的纳米氧化锆∶苯乙烯∶木质素磺酸钠的质量(g)之比为1∶5.33∶0.33，超声温度为25，超声分散时间为40min，搅拌时间为2.5h。

第(3)步中，聚对苯二甲酸二乙酯∶第(2)步制得的纳米浆液∶有机硅消泡剂∶过氧化苯甲酰叔丁酮∶环烷酸钴的质量(g)之比为1∶0.8∶0.004∶0.13∶0.06，搅拌时间为4h，依次加入过氧化苯甲酰叔丁酮和环烷酸钴后，继续搅拌40min。

Claims

1.一种木器纳米复合专用封闭漆，其特征在于所述封闭漆的组分及其质量百分数如下：

其中：所述的纳米金属氧化物为纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝及纳米氧化锆中的一种，所述的纳米金属氧化物的形状为棒状、粒径为5-50纳米，优选粒径5-20纳米；

所述的分散剂为木质素磺酸钠、三硬脂酸甘油酯中的一种；

所述的引发剂为有机过氧化物，即过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化新癸酸异丙苯酯、过氧化新癸酸叔戊酯、过氧新戊酸叔丁酯的一种；

所述的促进剂为环烷酸钴或二甲基苯胺或二乙基苯胺；

所述的消泡剂为有机硅消泡剂。

2.一种木器纳米复合专用封闭漆的制备方法，其特征在于所述方法的具体步骤如下：

(1)纳米金属氧化物的表面改性

按照纳米金属氧化物∶甲苯∶纤维素的质量之比为1∶40～60∶0.05～0.15的比例，先将纤维素加入到甲苯中，搅拌至纤维素完全溶解为止而制得纤维素的甲苯溶液，再将纳米金属氧化物加入到纤维素甲苯溶液中，在40～120℃温度，搅拌条件下对纳米金属氧化物进行改性反应2～4h，然后将改性反应后的混合液冷却至室温后，再转移到离心机中进行离心分离，分别收集离心清液和离心沉淀，对收集的离心清液存放于回收瓶中；对收集的离心沉淀，按离心沉淀∶无水乙醇的质量之比为1∶10～20的比例，用无水乙醇对离心沉淀洗涤3～5次，分别收集洗涤液和洗涤后的沉淀，最后将各次收集的洗涤液装入回收瓶中；对最后收集的洗涤后的沉淀，按照洗涤后的沉淀∶无水乙醇的质量之比为1∶50～70的比例，将洗涤后的沉淀和无水乙醇加入到索氏提取器中，进行提取12～24h，分别收集提取液和提取后的沉淀，最后将提取后的沉淀放入烘箱中，在温度80～180℃烘烤2～6h后，将烘干的沉淀冷却至室温并研磨成粉末就制得表面改性的纳米金属氧化物，将收集的提取液与回收瓶中的离心清液和洗涤液合并；

(2)制备纳米浆料

第(1)步完成后，先按第(1)步制得的表面改性的纳米金属氧化物∶苯乙烯∶分散剂的质量之比为1∶2.7～38∶0.125～0.5的比例，先将表面改性的纳米金属氧化物加入到苯乙烯中，搅拌混合均匀后，再将分散剂加入到混合液中，搅拌混合均匀而得到表面改性的纳米金属氧化物和苯乙烯及分散剂的混合液，然后将该混合液放入超声清洗器中，在超声温度25～35℃，进行超声分散20～40min，然后再搅拌1～4h，就得到均匀分散的纳米浆液；

其中，所述的分散剂为木质素磺酸钠、三硬脂酸甘油酯中的一种；

(3)制备木器纳米复合专用封闭漆

第(2)步完成后，先按照聚酯树脂∶第(2)步制得的纳米浆液∶消泡剂∶引发剂∶促进剂的质量之比为1∶0.69～0.88∶0.0001～0.004∶0.035～0.222∶0.02～0.11的比例，先将聚酯树脂加入到纳米浆液中，搅拌混合均匀后，再加入消泡剂并搅拌2～6h后，依次加入引发剂和促进剂，继续搅拌20～40min得到成品；

所述的促进剂为环烷酸钴或二甲基苯胺或二乙基苯胺；

所述的消泡剂为有机硅消泡剂。