CN102782062A - 含有纳米晶体纤维素的涂料、其制备方法和用途 - Google Patents

含有纳米晶体纤维素的涂料、其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN102782062A
CN102782062A CN2010800623892A CN201080062389A CN102782062A CN 102782062 A CN102782062 A CN 102782062A CN 2010800623892 A CN2010800623892 A CN 2010800623892A CN 201080062389 A CN201080062389 A CN 201080062389A CN 102782062 A CN102782062 A CN 102782062A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ncc
water
dispersible
paint
nanocrystal cellulose
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2010800623892A
Other languages
English (en)
Inventor
V·兰德里
P·布兰切特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FPInnovations
Original Assignee
FPInnovations
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FPInnovations filed Critical FPInnovations
Publication of CN102782062A publication Critical patent/CN102782062A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D151/00—Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D151/02—Coating compositions based on graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Coating compositions based on derivatives of such polymers grafted on to polysaccharides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F251/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polysaccharides or derivatives thereof
    • C08F251/02—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polysaccharides or derivatives thereof on to cellulose or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D143/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing boron, silicon, phosphorus, selenium, tellurium, or a metal; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D143/04—Homopolymers or copolymers of monomers containing silicon

Abstract

本发明涉及用于木材的涂料，以及本发明的固化的涂料的表面性能的改善。本发明还涉及用于改善至少一种性能例如力学性能、光学性能或其组合的方法，并且涉及用于制备含有纳米晶体纤维素的水分散性、水溶性和疏水性木材涂料的方法。

Description

含有纳米晶体纤维素的涂料、其制备方法和用途
对相关申请的交叉引用
本申请要求2009年12月21日提交的US 61/288,523的优先权，其在此通过引用纳入。
技术领域
本发明涉及用于木材的涂料，以及固化的涂料的表面性能的改善。
背景技术
无机增强剂被加入涂料中以便改善多种性能，包括力学性能例如抗磨性、抗刮性和抗冲击性以及附着力。光学性能，例如光泽，也可以通过加入某些无机材料而改性。为改变涂料的性能而使用的主要材料为二氧化硅（热解的或结晶的）、氧化铝、碳酸钙和二氧化钛。这些材料中的一些不容易分散于含水介质中，并且它们具有某种程度的毒性。
发明内容
一方面，提供用于涂覆木质元件的组合物，该组合物包含木材涂料和可分散的纳米晶体纤维素或者用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素。
另一方面，提供用于改善下述项目之一的方法：i）木质元件上的干燥木材涂料的性能，其中所述性能为力学性能、光学性能或其组合；以及ii）木质元件上的木材涂料的聚合或固化速率；或者其i）和ii）的组合，所述方法包括将可分散的纳米晶体纤维素或者用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素加入木材涂料。
方法包括将可分散的纳米晶体纤维素或者用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素加入木材涂料。
再一方面，提供用于制备含有纳米晶体纤维素的水基木材涂料的方法，该方法包括：
a）通过浓缩D-NCC的低浓度含水悬浮液或者通过将D-NCC分散于少量含水介质中，制备D-NCC的浓缩含水悬浮液；以及
b）-以高速度将该D-NCC的浓缩含水悬浮液和水溶性涂料混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水溶性涂料中；
-以低速度将该D-NCC的浓缩含水悬浮液和水分散性涂料即乳液混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水溶性涂料中；或者
-以高速度将该D-NCC的浓缩含水悬浮液和水分散性涂料即乳液的第一部分混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水分散性涂料的第一部分中，并以低速度将所述含有分散的D-NCC的水分散性涂料混合至所述水分散性涂料的第二部分一段时间，该段时间适合获得在所述水分散性涂料的合并的所述第一和第二部分中均匀分散的D-NCC，并且其中所述水分散性涂料的第一部分小于所述水分散性涂料的第二部分。
一方面，提供用于制备含有纳米晶体纤维素的疏水木材涂料的方法，其包括将用有机官能硅烷改性的NCC混合至（a）单体或（b）单体和低聚物的混合物一段时间，该段时间适合将所述NCC分散于所述疏水涂料中。
一方面，提供用于涂覆木质元件的方法，其包括将包含可分散的纳米晶体纤维素或者用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素的涂料施加于所述木质元件。
一方面，提供涂覆的木质元件，其包含施加于所述木质元件的至少一侧的至少一层含有纳米晶体纤维素的木材涂料，其中所述纳米晶体纤维素为可分散的纳米晶体纤维素或者用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素。
附图说明
本发明的实施方案可以参照下列附图进行说明，其中
图1是说明作为D-NCC百分比的函数的光泽损失的图表；
图2说明具有约1%至5%的D-NCC含量的UV固化水基清漆（vanish）的质量损失；
图3说明作为D-NCC含量的函数的丙烯酸漆（acrylic lacquer）的硬度。
图4说明对于具有不同的D-NCC含量的水基丙烯酸漆在木质元件上测量的接触角；
图5说明在不同的D-NCC含量下UV固化水基清漆在木质元件上的附着力；
图6说明在不同的D-NCC含量下UV固化水基清漆相关的反应热；
图7说明具有或不具有多种添加剂的UV固化的高固体（highsolids）的抗刮性；并且
图8说明添加了1%的3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的UV固化的高固体清漆（MEMO-g-NCC）相关的反应热。
具体实施方式
有时需要添加增强剂以便改善用于木材涂料中的树脂的性能。涂料工业目前使用大量的和多种量的这种机械增强剂和其它添加剂。
NCC是可再生材料，它可以再循环，是碳中性的并且基本上无毒的。NCC是可以以商业规模生产和使用的材料。纳米晶体纤维素（NCC）在不同的涂料中的添加已导致木材涂料的一种或多种性能的改善。
在一种实施方案中，提供用于涂覆木质元件的组合物，其包含木材涂料和纳米晶体纤维素，其中所述纳米晶体纤维素是可分散的纳米晶体纤维素或者用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素。
在一种实施方案中，该纳米晶体纤维素来自木材。
在一种实施方案中，无论是可分散的（D-NCC）还是衍生的（例如硅烷衍生物NCC，例如MEMO-g-NCC），纳米晶体纤维素的量最高达木材涂料的约5重量%，或者木材涂料的约1重量%至约5重量%，优选约1%或约2%。在一种实施方案中，纳米晶体纤维素的量为约1重量%至约4重量%。在一种实施方案中，纳米晶体纤维素的量为约1重量%至约3重量%。在一种实施方案中，纳米晶体纤维素的量为约2重量%至约4重量%。在一种实施方案中，纳米晶体纤维素的量为约2重量%至约3重量%。
在一种实施方案中，该组合物进一步包含至少一种增强剂和/或适合于木材涂料的其它添加剂。
在一种实施方案中，该至少一种增强剂和/或其它添加剂为二氧化硅（热解的或结晶的）、氧化铝、碳酸钙、二氧化钛或其混合物。
在其它实施方案中：
该至少一种增强剂和/或其它添加剂为二氧化硅（热解的或结晶的）；
该至少一种增强剂和/或其它添加剂为氧化铝；
该至少一种增强剂和/或其它添加剂为碳酸钙；或者
该至少一种增强剂和/或其它添加剂为二氧化钛。
在一种实施方案中，该至少一种增强剂和/或其它添加剂以最高达约10w/w%的累计量存在。
在一种实施方案中，该至少一种增强剂和/或其它添加剂以最高达约5w/w%的累计量存在。
在一种实施方案中，该至少一种增强剂和/或其它添加剂以约1至5w/w%的累计量存在。
在一种实施方案中，该至少一种增强剂和/或其它添加剂以约1至3w/w%的累计量存在。
在一种实施方案中，该至少一种增强剂和/或其它添加剂以约3至5w/w%的累计量存在。
已观察到少量纳米晶体纤维素的添加改善了涂料的一种或多种力学性能。
抗刮性、抗磨性、硬度、抗冲击性或其组合通过纳米晶体纤维素的添加得以改善。通过NCC的添加降低了光泽，该NCC看来充当了消光剂。此外，纳米晶体纤维素的添加改善了UV固化的涂料的聚合反应速率以及聚合度。
在一种实施方案中，该涂料是水溶性水基涂料（例如水基UV固化清漆）、水分散性漆（例如丙烯酸乳液）或者疏水的UV固化高固体清漆。水基涂料包括丙烯酸类树脂、丙烯酸酯、聚氨酯-丙烯酸类树脂、聚氨酯（1K和2K）以及UV-聚氨酯。
在一种实施方案中，该涂料是水溶性水基涂料。
在一种实施方案中，该涂料是水分散性漆。
在一种实施方案中，该涂料是疏水的UV固化高固体清漆。
在一种实施方案中，根据涂料粘度，将含有纳米晶体纤维素的涂料通过喷雾器、辊涂器或刷子施加。
此外，D-NCC的使用使得可以控制涂料的光泽，并允许光泽的更好的保留，这能够改善抗磨光性（burnish resistance）。
在该工作中使用了可分散的纳米晶体纤维素（D-NCC）和多种品级的更加疏水的NCC，它们被开发出来以得到在亲水和疏水介质中的良好分散。如本文中所引用，D-NCC指的是可分散的或者可再分散的纳米晶体纤维素，例如2008年12月11日提交的美国临时申请61/193,620以及PCT/CA2009/001787中所记载的，它们通过引用纳入本文中。由硫酸盐纤维和其它纤维素源生产的纳米晶体纤维含有与硫酸水解过程中赋予NCC的表面硫酸酯基团相结合的H+抗衡离子。这可以称为酸形式NCC（H-NCC）。通常，可分散的纳米晶体纤维素可以例如通过抗衡离子与单价阳离子的交换而生产。该生产包括通过（1）用碱金属碱（例如氢氧化钠）滴定酸形式（H-NCC）NCC悬浮液至中性或接近中性的pH值，或者通过（2）将H-NCC悬浮液置于单价阳离子交换树脂上至中性或接近中性的pH值，而制备单价阳离子（例如钠）形式的NCC悬浮液。将由技术（1）或（2）得到的NCC使用诸如空气干燥或冷冻干燥的技术干燥。通过“滴定”的抗衡离子交换可以使用单价阳离子氢氧化物MOH（例如NaOH、KOH、CsOH、NH4OH和R4NOH或者三烷基胺、二烷基胺或单烷基胺（HR3N-、H2R2N-和H3RN-）氢氧化物）进行。可分散的NCC可通过短暂的超声处理再分散于水中而得到良好分散的悬浮液。下面的通用程序A、B和C提供用于生产Na-可分散NCC并将其分散于水中的一般例子。详细的方案提供于上述的US61/193,620以及PCT/CA2009/001787中。
将这些材料加入多种水基涂料（丙烯酸漆和水基UV固化清漆）中并加入UV固化的高固体清漆中。
在一种实施方案中，D-NCC为钠可分散NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为钾可分散NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为铯可分散NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为铵可分散NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为冷冻干燥的D-NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为空气干燥的D-NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为冷冻干燥的钠可分散NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为冷冻干燥的钾可分散NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为冷冻干燥的铯可分散NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为冷冻干燥的铵可分散NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为空气干燥的钠可分散NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为空气干燥的钾可分散NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为空气干燥的铯可分散NCC。
在一种实施方案中，D-NCC为空气干燥的铵可分散NCC。
NCC以最高达干涂料膜的约5重量%的浓度加入。这意味着对于由非反应性稀释剂例如水制备的涂料，NCC在液体介质中的浓度低得多。在水蒸发后，在干膜中NCC浓度最高达5重量%。
在一种实施方案中，提供用于制备用于涂覆木质元件的组合物的方法，其包括将木材涂料和本文中所述的纳米晶体纤维素混合。
申请人已成功开发了将NCC纳入涂料中并获得良好附着力的方法。开发了三种途径将NCC分散到水溶性水基产品（水基UV固化清漆）、水分散性漆（丙烯酸乳液）和UV固化的高固体清漆中。最后一种是高度疏水的，这意味着它们与D-NCC的水悬浮液不混溶。在这种情况下，将NCC（H-NCC或D-NCC）改性以获得更疏水的NCC。将NCC用有机官能硅烷改性。这些产品被称为偶联剂，因为它们的作用是将无机填料（即NCC）与树脂（即丙烯酸酯）结合。它们可以是(甲基)丙烯酰氧基烷基-三烷氧基硅烷例如3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（来自Evonik的Dynasylan MEMO），氨基-烷基官能的水性低聚硅氧烷（例如Hydrosil 2902）和环氧官能的低聚硅氧烷（例如Hydrosil 2906）。这些有机官能硅烷（或偶联剂）是市售的或本领域公知的。有机官能团，尤其是3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的有机官能团，可以与UV高固体涂料的丙烯酸酯官能团反应，与未处理的NCC相比显著改善相容性。H-NCC和D-NCC均用作起始原料。H-NCC得到更好的结果。使用的NCC与硅烷的比率从2:1到50:1变化。在加入硅烷后，向NCC分散体加入乙酸以将硅烷水解。乙酸以NCC的0.05重量%添加。在添加乙酸后，将混合物加热至最高到50℃，持续1至2小时。
在一种实施方案中，该(甲基)丙烯酰氧基烷基-三烷氧基硅烷为(甲基)丙烯酰氧基-C2-6烷基-三-C1-3烷氧基硅烷。
在一种实施方案中，该(甲基)丙烯酰氧基烷基-三烷氧基硅烷为(甲基)丙烯酰氧基-C2-4烷基-三-C1-2烷氧基硅烷。
在一种实施方案中，该(甲基)丙烯酰氧基烷基-三烷氧基硅烷为(甲基)丙烯酰氧基-C2-3烷基-三-C1-2烷氧基硅烷。
在一种实施方案中，该(甲基)丙烯酰氧基烷基-三烷氧基硅烷为3-甲基丙烯酰氧基丙基-三烷氧基硅烷。
在用于制备含有纳米晶体纤维素的水基木材涂料的方法的一种实施方案中，步骤b）是以高速度将D-NCC的浓缩含水悬浮液和水溶性涂料混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水溶性涂料中。
在用于制备含有纳米晶体纤维素的水基木材涂料的方法的一种实施方案中，步骤b）是以低速度将D-NCC的浓缩含水悬浮液和水分散性涂料即乳液混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水溶性涂料中。
在用于制备含有纳米晶体纤维素的水基木材涂料的方法的一种实施方案中，步骤b）是以高速度将D-NCC的浓缩含水悬浮液和水分散性涂料即乳液的第一部分混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水分散性涂料的第一部分中，并以低速度将所述含有分散的D-NCC的水分散性涂料混合至所述水分散性涂料的第二部分一段时间，该段时间适合获得在所述水分散性涂料的合并的所述第一和第二部分中均匀分散的D-NCC，并且其中所述水分散性涂料的第一部分小于所述水分散性涂料的第二部分。
在一种实施方案中，提供用于制备含有纳米晶体纤维素的疏水木材涂料的方法，其包括将基本无水的MEMO衍生的NCC的粉末混合至用于制备所述涂料的（a）单体或（b）单体和低聚物的混合物一段时间，该段时间适合将所述NCC分散于所述疏水涂料中。
关于添加了NCC的涂料的搅拌，本文中使用的“低速度”指的是不负面影响涂料的剪切，例如使乳液失去稳定。通常，低速度为约100至500rpm。
关于添加了NCC的涂料的搅拌，本文中使用的“高速度”指的是将有效实现分散的剪切。该速度不受特别的限制，但是通常指的是约2000至5000rpm的速度。
制备1：水溶性涂料
用于水溶性水基涂层（在该情况下为可UV固化的聚氨酯（来自Akzo Nobel的Aquarad 30））的第一种途径包括将NCC的浓缩含水悬浮液（10重量%）加入水溶性涂料，并使用高速混合器（2000rpm）在强烈搅拌下混合15至45分钟。该途径不应当用于水分散性漆，因为高速混合会容易地使该乳液失去稳定。
当可以添加相对大量的水时，下面两种制备方法更适合于高浓度水溶性树脂，或者水分散性涂料。
制备2：水分散性涂料方法A
水分散性漆（例如丙烯酸乳液，如来自Peintures Canlak公司的162-095 clear Aqua-syl 90°）以约40重量%的固含量由涂料供应商获得。然后将这些产品用水稀释以获得约30重量%（25%和35%之间）的固含量，这便于通过喷雾施用。通过将D-NCC的浓缩含水悬浮液（7至10重量%）添加至约40重量%（38和42%之间）的树脂中，并用来自Ragogna Custom Machinery公司的高速混合器以100至500rpm的速度搅拌该混合物至少30分钟（最多一小时），D-NCC的含水悬浮液可以通过按照本领域已知的方法浓缩低浓度的含水悬浮液或者通过将D-NCC分散于冷水或热水中而制备。
制备3：水分散性涂料方法B
将D-NCC分散于丙烯酸乳液例如Aqua-syl 90°（见制备2）中的一种可选的制备方法是将高浓度的NCC加入丙烯酸漆中，然后用高速混合器（2000至5000rpm，来自Ragogna Custom Machinery的实验室混合器）或者超声探针强烈搅拌该混合物，以获得D-NCC的最佳分散。然后将少量该混合物加入水分散性漆中，同时温和地搅拌（100至500rpm）。据信当最终的丙烯酸漆的仅少部分（1/5至1/10）受到用于分散D-NCC的强烈剪切的负面影响时，最终的涂料将表现良好。
制备4：疏水涂料
开发了另外两种制备方法以将NCC分散于疏水涂料例如UV固化的高固体清漆中。UV高固体配制剂由两种丙烯酸酯单体和低聚物制备。在这种情况下，需要使用具有小于约5重量%的水分含量的干燥NCC以保证良好的分散。将干燥NCC使用罐磨机研磨以产生细粉末。然后，该粉末可以（a）仅与单体混合并使用下列多种不同类型的设备中的一种进行分散：砂磨机、均化器、球磨机、超声探针或三辊研磨机，根据使用的技术使用10至30分钟的时间，或者（b）加入丙烯酸酯（单体和低聚物）的全部混合物中并使用高度混合器、三辊研磨机或砂磨机进行分散。为了保证NCC在该介质中的可分散性，与疏水涂料相容的非极性有机官能团的接枝是有价值的。在这种情况下，将3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷用作接枝剂。
通用程序A：通过向酸形式NCC悬浮液添加NaOH水溶液进行与Na+的抗衡离子交换，然后冷冻干燥
在室温下将已知量的酸形式NCC（1-10%（w/w））加入带有磁力搅拌棒的烧杯中。在搅拌下缓慢加入氢氧化钠水溶液（0.02-2N，优选0.02-0.2N），直到pH达到5-7。
如果需要，将悬浮液稀释至0.01-5%NCC（w/w），在-65℃至-80℃冷冻，并在50-100mTorr的真空下冷冻干燥。在冷冻干燥后，获得具有从薄片层状至固体泡沫至软粉末的质地的产物。
通用程序B：通过将酸形式NCC悬浮液置于钠形式阳离子交换树脂上进行与Na+的抗衡离子交换，然后冷冻干燥
以0-11g树脂对g NCC的比率将钠形式阳离子交换树脂加入酸形式NCC悬浮液（1-5%NCC（w/w）），并温和搅拌约一小时。然后通过过滤除去树脂。使用用氢氧化钠水溶液的电导滴定来量化残余的H+抗衡离子含量并因此量化Na+抗衡离子含量：如图2所示，每g NCC 1g树脂足以交换90%的H+抗衡离子，但是需要大得多的量的树脂来达到100%交换。
通用程序C：将Na-可分散的NCC再分散于水中
将已知量的固态的冷冻干燥Na形式NCC（FD Na-NCC）分散于足够的去离子水中，得到浓度为1-5%（w/w）NCC的悬浮液。将该样品在高速下旋混1-5分钟以保证完全的、均匀的分散。然后将已知体积的样品（15-25mL）短暂超声处理（200-5000J/g NCC）以保证单个NCC颗粒处于悬浮。
实施例1：
D-NCC在多种涂料中的分散在涂料一旦干燥后导致所述涂料的外观的改变。涂料的光泽可以通过添加D-NCC而改变。此外，根据NCC向涂料中的纳入方法，对涂料的效果将会不同。一般来说，观察到当D-NCC的浓度提高时，光泽降低。NCC的改性，例如通过接枝有机官能团，会改变光泽水平。还测量了不透明度，结果显示D-NCC几乎不影响配制剂的不透明度，这与目前使用的降低光泽但是也降低不透明度的几种消光剂形成对比。表1给出了具有约1重量%至约5重量%的D-NCC含量的UV固化水基清漆(来自Akzo Nobel的Aquarad 30 sheen）和水基丙烯酸漆的光泽值（以60°的几何关系）。在该情况下使用的NCC在球磨机中研磨48小时的时间。然后将粉末加入少量的丙烯酸乳液中，并根据以上制备方法1用强剪切搅拌至少30分钟。然后用约1%至约5%干重的D-NCC的不同D-NCC含量制备配制剂。
表1：具有不同D-NCC含量的UV固化水基清漆和水基丙烯酸漆在60°的几何关系下的光泽
实施例2：
还通过添加D-NCC改变了涂料的力学性能。抗刮性是通过添加D-NCC改善的性能之一。在约1重量%至约5重量%之间变化的浓度下，D-NCC粉末向丙烯酸漆（162-095 clear Aqua-syl 90°光泽）的添加提高抗刮性。光泽损失用于量化刮擦设备的效果（涉及DIN 53778）并示于图1中，其显示了作为D-NCC百分比的函数的光泽损失，光泽损失与抗刮性成反比。
实施例3：
少量D-NCC的添加还改善涂层的抗磨性。抗磨性通过TABER擦除器（来自Taber Industries的Taber Abraser 5135）测量。D-NCC以约1重量%至约5重量%的含量在根据以上制备方法1制备的UV固化水基清漆（Aquarad 30 sheen，Akzo Nobel）中的加入导致抗刮性的改善。图2说明具有约1重量%至约5重量%的D-NCC含量的UV固化水基清漆的质量损失，其中质量损失与抗磨性成反比。这些涂料由于高度的交联而具有良好的抗磨性，因此非常难以改善其力学性能。
实施例4：
通过仅添加低含量的D-NCC，例如约1重量%至约5重量%，也改善了涂料硬度。在低含量下（1wt%），可以显著改善丙烯酸漆（162-095clear Aqua-syl 90°光泽）的硬度，该涂料根据以上制备方法2制备。在添加多于约1重量%的D-NCC的情况下，硬度降低。这些测试在标准化钢板和黄桦上进行。硬度测试使用Konig摆进行。振荡时间越长，表面越硬（ASTM D 4366）。
实施例5：
D-NCC也改善水基涂料在木材基底上的润湿。对于根据以上制备方法2制备的水基丙烯酸漆（162-095 clear Aqua-syl 90°光泽），记录在60秒后测量的接触角。使用的设备是来自First ten Angstroms的FTA 200，使用不同的D-NCC含量（见图4）。在添加D-NCC后，接触角显著降低。更低的接触角意味着更好的润湿。对于水基涂料，有时难以获得良好的润湿，因为水的表面张力高。在涂料工业中良好的润湿是非常需要的，因为需要它来获得对基底的良好的涂料附着力。
实施例6：
为了获得良好的耐久性，涂料对木材的附着力是非常重要的性能。UV固化水基清漆（来自Akzo Nobel的Aquarad 30 sheen）的附着力随着D-NCC的添加而提高。含有D-NCC的涂料根据制备方法1制备。使用的方法确定将粘合到涂料表面的铝垫盘去除所需的拉力（ASTM D4541）。
实施例7：
D-NCC向UV固化水基清漆的添加在低含量下导致反应热的提高。含有D-NCC的涂料根据制备方法1使用Aquarad制备。图6显示了低浓度的D-NCC（约1wt%至约3.5wt%）提高聚合反应热。但是，当添加更多的D-NCC时，固化程度降低。进行光量热实验以研究反应速率。使用的设备是Photo-DSC（来自METTLER-Toledo的DSC822e）。使用的UV源为LightningcureTML8333，它是来自Hamamatsu的在360nm具有最大吸收的汞-氙灯（240nm至400nm）。
实施例8：
根据制备方法4，可以如下制备疏水涂料。将干燥NCC粉末加入包含30%的单体（1,6-己烷二醇二丙烯酸酯（HDODA，SR 238）和三丙二醇二丙烯酸酯（TRPGDA，SR 306），两种双官能单体）和70%的低聚物（脂族聚酯基尿烷六丙烯酸酯低聚物（CN 968）和双官能双酚A基环氧丙烯酸酯，与TRPGDA混合（CN 104A80））的完整混合物中，并用高速混合器分散。所有的丙烯酸酯产品均有Sartomer提供。单体/低聚物之比可以从1:5到1:1变化。选择的自由基引发剂为来自CibaSpecialty Chemicals的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（Darocur1173）。
实施例9：
UV固化的高固体涂料（见以上的制备方法4和实施例8）的抗刮性通过添加用硅烷偶联剂（来自Evonik的Dynasylan MEMO）的改性的NCC而得到改善，如图7中所示。制备对照配制剂以确定是否抗刮性的提高仅与硅烷偶联剂的添加有关或是与相容化的NCC有关。结果表明唯一可以改善抗刮性的涂料配制剂是用接枝的NCC制备的。所有其它配制剂与没有任何添加剂的相比表现出更低的抗刮性，这意味着通过硅烷接枝改性的NCC会显著有助于UV固化的高固体涂料的力学性能。MEMO-g-NCC表示用偶联剂Dynasylan MEMO改性的D-NCC，MEMO+D-NCC为混合物。
实施例10：
向UV固化的高固体清漆添加1%的MEMO-g-NCC导致反应热的提高。含有MEMO-g-NCC的涂料根据制备方法4制备。图8表明低浓度的MEMO-g-NCC提高聚合的反应热。进行光量热实验以研究反应速率。使用的设备是Photo-DSC（来自METTLER-Toledo的DSC822e）。使用的UV源为LightningcureTM L8333，它是来自Hamamatsu的在360nm具有最大吸收的汞-氙灯（240nm至400nm）。MEMO-g-NCC表示用偶联剂Dynasylan MEMO改性的D-NCC，MEMO+D-NCC为混合物。

Claims (20)

1.用于涂覆木质元件的组合物，该组合物包含木材涂料和可分散的纳米晶体纤维素或者用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素。
2.根据权利要求1的组合物，其中纳米晶体纤维素的量最高达木材涂料的约5重量%。
3.根据权利要求2的组合物，其中纳米晶体纤维素的量为木材涂料的约1重量%或约2重量%。
4.根据权利要求1至4任一项的组合物，其中该涂料是水溶性水基涂料。
5.根据权利要求1至4任一项的组合物，其中该涂料是水分散性漆。
6.根据权利要求1至4任一项的组合物，其中该涂料是疏水的UV固化高固体清漆。
7.根据权利要求4或5的组合物，其中该纳米晶体纤维素是可分散的纳米晶体纤维素。
8.根据权利要求5的组合物，其中该纳米晶体纤维素是用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素。
9.根据权利要求5的组合物，其中该有机官能硅烷是(甲基)丙烯酰氧基烷基-三烷氧基硅烷。
10.根据权利要求1至9任一项的组合物，其进一步包含至少一种增强剂和/或适合于木材涂料的其它添加剂。
11.用于改善下述项目之一的方法：i）木质元件上的固化木材涂料的性能，其中所述性能为力学性能、光学性能或其组合；以及ii）木质元件上的木材涂料的聚合或固化速率；或者i）和ii）的组合，所述方法包括将可分散的纳米晶体纤维素或者用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素加入木材涂料。
12.用于制备含有纳米晶体纤维素的水溶性和水分散性木材涂料的方法，该方法包括：
a）通过浓缩D-NCC的低浓度含水悬浮液或者通过将D-NCC分散于少量含水介质中，制备D-NCC的浓缩含水悬浮液；以及
b）-以高速度将该D-NCC的浓缩含水悬浮液和水溶性涂料混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水溶性涂料中；
-以低速度将该D-NCC的浓缩含水悬浮液和水分散性涂料即乳液混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水分散性涂料中；或者
-以高速度将该D-NCC的浓缩含水悬浮液和水分散性涂料即乳液的第一部分混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水分散性涂料的第一部分中，并以低速度将所述含有分散的D-NCC的水分散性涂料混合至所述水分散性涂料的第二部分一段时间，该段时间适合获得在所述水分散性涂料的合并的所述第一和第二部分中均匀分散的D-NCC，并且其中所述水分散性涂料的第一部分小于所述水分散性涂料的第二部分。
13.根据权利要求12的方法，其中步骤b）是以高速度将该D-NCC的浓缩含水悬浮液和水溶性涂料混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水溶性涂料中。
14.根据权利要求12的方法，其中步骤b）是以低速度将该D-NCC的浓缩含水悬浮液和水分散性涂料即乳液混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水溶性涂料中。
15.根据权利要求12的方法，其中步骤b）是以高速度将该D-NCC的浓缩含水悬浮液和水分散性涂料即乳液的第一部分混合一段时间，该段时间适合将所述D-NCC分散于所述水分散性涂料的第一部分中，并以低速度将所述含有分散的D-NCC的水分散性涂料混合至所述水分散性涂料的第二部分一段时间，该段时间适合获得在所述水分散性涂料的合并的所述第一和第二部分中均匀分散的D-NCC，并且其中所述水分散性涂料的第一部分小于所述水分散性涂料的第二部分。
16.用于制备含有纳米晶体纤维素的疏水木材涂料的方法，其包括将用有机官能硅烷改性的NCC混合至（a）单体或（b）单体和低聚物的混合物一段时间，该段时间适合将所述NCC分散于所述疏水涂料中。
17.根据权利要求16的方法，其中该疏水木材涂料是UV固化的高固体清漆，并且所述有机官能硅烷是(甲基)丙烯酰氧基烷基-三烷氧基硅烷。
18.用于涂覆木质元件的方法，其包括将包含可分散的纳米晶体纤维素或者用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素的涂料施加于所述木质元件。
19.根据权利要求18的方法，其中将包含可分散的纳米晶体纤维素或者用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素的涂料通过喷雾器、辊涂器或刷子施加。
20.涂覆的木质元件，其包含施加于所述木质元件的至少一侧的至少一层含有纳米晶体纤维素的木材涂料，其中所述纳米晶体纤维素为可分散的纳米晶体纤维素或者用有机官能硅烷改性的纳米晶体纤维素。
CN2010800623892A 2009-12-21 2010-12-20 含有纳米晶体纤维素的涂料、其制备方法和用途 Pending CN102782062A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US28852309P 2009-12-21 2009-12-21
US61/288,523 2009-12-21
PCT/CA2010/002034 WO2011075837A1 (en) 2009-12-21 2010-12-20 Coatings containing nanocrystalline cellulose, processes for preparation and use thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102782062A true CN102782062A (zh) 2012-11-14

Family

ID=44194867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010800623892A Pending CN102782062A (zh) 2009-12-21 2010-12-20 含有纳米晶体纤维素的涂料、其制备方法和用途

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9181450B2 (zh)
EP (1) EP2516564B1 (zh)
JP (1) JP2013515103A (zh)
CN (1) CN102782062A (zh)
AU (1) AU2010335984A1 (zh)
BR (1) BR112012015462A2 (zh)
CA (1) CA2784857C (zh)
CL (1) CL2012001698A1 (zh)
RU (1) RU2012130954A (zh)
WO (1) WO2011075837A1 (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105368129A (zh) * 2015-12-22 2016-03-02 南京林业大学 一种高耐磨水性uv固化木器涂层及制备方法
CN105452565A (zh) * 2013-08-08 2016-03-30 艺康美国股份有限公司 纳米晶纤维素和聚合物接枝的纳米晶纤维素用于在造纸工艺中增加保留率的用途
CN106457865A (zh) * 2014-05-09 2017-02-22 Fp创新研究中心 纤维素纳米晶体薄涂层上的印刷品质
CN107141964A (zh) * 2017-06-23 2017-09-08 祁守岗 一种纳米水性封闭甲醛涂料及其制备方法
CN107163819A (zh) * 2017-06-23 2017-09-15 祁守岗 一种家具与墙体的保护膜
CN108395485A (zh) * 2018-03-20 2018-08-14 济南圣泉集团股份有限公司 改性纳米纤维素、填料及包含其的水性涂料
CN108841015A (zh) * 2018-06-15 2018-11-20 南通科技职业学院 一种纳晶纤维素乳液的制备方法
CN109486297A (zh) * 2018-11-24 2019-03-19 上海凯虹特种材料科技有限公司 一种白色氟碳面漆及其制备工艺
CN111944070A (zh) * 2019-05-14 2020-11-17 中国科学技术大学 一种生物质纳米复合环保水性抗菌涂料及其制备方法
CN115260874A (zh) * 2022-08-23 2022-11-01 福建刺桐花涂料科技有限公司 可降解耐腐蚀涂料及其制备工艺
CN115746676A (zh) * 2022-11-24 2023-03-07 山东巴德士新材料有限公司 一种uv面漆及其制备方法和应用

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2756075C (en) 2009-03-23 2018-05-15 Valinge Photocatalytic Ab Production of titania nanoparticle colloidal suspensions with maintained crystallinity by using a bead mill with micrometer sized beads
WO2013006125A1 (en) * 2011-07-05 2013-01-10 Välinge Photocatalytic Ab Coated wood products and method of producing coated wood products
EP2822990A2 (en) 2012-03-06 2015-01-14 Yissum Research and Development Company of The Hebrew University of Jerusalem Coating layers of a nanocomposite comprising a nano-cellulose material and nanoparticles
US9573126B2 (en) 2012-03-20 2017-02-21 Valinge Photocatalytic Ab Photocatalytic composition
CN103590282B (zh) * 2012-08-14 2015-12-02 金东纸业（江苏）股份有限公司 涂料及应用该涂料的涂布纸
US9375750B2 (en) 2012-12-21 2016-06-28 Valinge Photocatalytic Ab Method for coating a building panel and a building panel
US9826750B2 (en) * 2013-03-14 2017-11-28 Oregon State University Nano-cellulose coatings to prevent damage in foodstuffs
US10400128B2 (en) 2013-03-14 2019-09-03 Oregon State University Nano-cellulose edible coatings and uses thereof
DE102013004554A1 (de) 2013-03-15 2014-09-18 Clariant International Ltd. Cellulose-haltige Lacksysteme
MY180856A (en) 2013-09-25 2020-12-10 Valinge Photocatalytic Ab A method of applying a photo catalytic dispersion and a method of manufacturing a panel
IL232719A0 (en) * 2014-05-20 2014-08-31 Yissum Res Dev Co Use of cellulose nanocrystals in construction products
EP3048198A1 (en) * 2015-01-22 2016-07-27 Clariant International Ltd. Improvement of specular gloss of viscose fiber
US9884932B2 (en) * 2016-06-14 2018-02-06 International Business Machines Corporation Flame-retardant impact modifier
JP6745747B2 (ja) * 2017-03-10 2020-08-26 玄々化学工業株式会社 木部用塗料、木部用塗料の製造方法及び木部用塗料の塗装方法
US11242468B2 (en) * 2017-10-17 2022-02-08 Indian Institute Of Technology Madras (Itt Madras) Aqueous composition and a method of producing durable and extremely efficient water repelling superhydrophobic materials at ambient condition thereof
FI128812B (fi) 2018-01-23 2020-12-31 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Päällystetty puuviilu ja menetelmä puuviilun käsittelemiseksi
KR102086295B1 (ko) * 2019-09-17 2020-03-06 강준기 항균성이 우수한 목재가구 및 이의 제조방법
CN113968934B (zh) * 2021-10-28 2023-04-07 湖北工业大学 一种超耐候高耐污改性硅丙乳液水泥涂料及其制备方法
WO2023202995A1 (en) 2022-04-19 2023-10-26 Muylle-Facon Aqueous wood coating compositions
BE1030458B1 (nl) 2022-04-19 2023-11-20 Muylle Facon N V Waterige houtcoatingsamenstellingen
CN115746673B (zh) * 2022-12-02 2023-08-11 浙江理工大学 基于纤维素纳米晶的耐久超疏水喷雾及其制备方法和应用
CN117683450A (zh) * 2024-02-04 2024-03-12 中建国际工程有限公司 一种水性纳米防水涂料及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1145631A (zh) * 1994-02-14 1997-03-19 加拿大纸浆和纸张研究所 有光学易变性能的纤维素固化液晶

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3157518A (en) * 1960-02-23 1964-11-17 Fmc Corp Coatings of cellulose crystallite aggregates
FR2716887B1 (fr) 1994-03-01 1996-04-26 Atochem Elf Sa Polymères renforcés de microfibrilles de cellulose, latex, poudres, films, joncs correspondants, et leurs applications.
DE19904330A1 (de) * 1999-01-28 2000-08-10 Basf Coatings Ag Wäßriger Beschichtungsstoff und Modulsystem zu seiner Herstellung
DE19953203A1 (de) * 1999-11-05 2007-12-06 Basf Coatings Ag Verfahren zur Herstellung farb- und/oder effektgebender Mehrschichtlackierungen unter Verwendung selbstvernetzender Pfropfmischpolymerisate von Polyurethanen sowie neue selbstvernetzende Polyurethane und ihre Propfmischpolymerisate
CN102056977B (zh) * 2008-06-09 2013-06-26 旭化成化学株式会社 含结晶性纤维素复合体的组合物

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1145631A (zh) * 1994-02-14 1997-03-19 加拿大纸浆和纸张研究所 有光学易变性能的纤维素固化液晶

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105452565A (zh) * 2013-08-08 2016-03-30 艺康美国股份有限公司 纳米晶纤维素和聚合物接枝的纳米晶纤维素用于在造纸工艺中增加保留率的用途
CN105452565B (zh) * 2013-08-08 2017-10-13 艺康美国股份有限公司 纳米晶纤维素和聚合物接枝的纳米晶纤维素用于在造纸工艺中增加保留率的用途
CN106457865B (zh) * 2014-05-09 2019-04-12 Fp创新研究中心 用于印刷的纤维素纳米晶体涂层介质
CN106457865A (zh) * 2014-05-09 2017-02-22 Fp创新研究中心 纤维素纳米晶体薄涂层上的印刷品质
CN105368129A (zh) * 2015-12-22 2016-03-02 南京林业大学 一种高耐磨水性uv固化木器涂层及制备方法
CN107141964A (zh) * 2017-06-23 2017-09-08 祁守岗 一种纳米水性封闭甲醛涂料及其制备方法
CN107163819A (zh) * 2017-06-23 2017-09-15 祁守岗 一种家具与墙体的保护膜
CN108395485A (zh) * 2018-03-20 2018-08-14 济南圣泉集团股份有限公司 改性纳米纤维素、填料及包含其的水性涂料
CN108841015B (zh) * 2018-06-15 2020-12-08 南通科技职业学院 一种纳晶纤维素乳液的制备方法
CN108841015A (zh) * 2018-06-15 2018-11-20 南通科技职业学院 一种纳晶纤维素乳液的制备方法
CN109486297A (zh) * 2018-11-24 2019-03-19 上海凯虹特种材料科技有限公司 一种白色氟碳面漆及其制备工艺
CN111944070A (zh) * 2019-05-14 2020-11-17 中国科学技术大学 一种生物质纳米复合环保水性抗菌涂料及其制备方法
CN111944067A (zh) * 2019-05-14 2020-11-17 中国科学技术大学 一种生物质环保水性涂料及其制备方法和用途
CN111944067B (zh) * 2019-05-14 2022-05-17 中国科学技术大学 一种生物质环保水性涂料及其制备方法和用途
CN115260874A (zh) * 2022-08-23 2022-11-01 福建刺桐花涂料科技有限公司 可降解耐腐蚀涂料及其制备工艺
CN115746676A (zh) * 2022-11-24 2023-03-07 山东巴德士新材料有限公司 一种uv面漆及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011075837A1 (en) 2011-06-30
CA2784857A1 (en) 2011-06-30
AU2010335984A1 (en) 2012-07-12
RU2012130954A (ru) 2014-01-27
US20130061774A1 (en) 2013-03-14
US9181450B2 (en) 2015-11-10
EP2516564A1 (en) 2012-10-31
BR112012015462A2 (pt) 2016-03-15
EP2516564A4 (en) 2013-10-23
JP2013515103A (ja) 2013-05-02
EP2516564B1 (en) 2016-11-30
CA2784857C (en) 2015-08-04
CL2012001698A1 (es) 2012-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102782062A (zh) 含有纳米晶体纤维素的涂料、其制备方法和用途
CN101906194B (zh) 一种水性木器涂料
CN101440152B (zh) 阳离子水性聚氨酯乳液的制备方法及其应用
CN102408757B (zh) 一种溶剂型纳米二氧化硅浓缩浆及其制备方法
CN1052958C (zh) 沉淀二氧化硅的浓缩悬浮液、其制备方法及其用途
CN100439455C (zh) 含水硅石分散体
US9045644B2 (en) Solid pigment preparations containing water-soluble surface-active polyurethane-base additives
CN101815735B (zh) 自交联粘合剂
CN111732873B (zh) 一种uv喷墨光油及其制备方法
CN104072665B (zh) 水性涂料组合物及其制备方法
CN109181516B (zh) 一种水性耐候抗刮自清洁无机纳米陶瓷汽车漆及其制备方法
CN103890125A (zh) 一种新型和稳定的水性杂化粘结剂
CN110669427A (zh) 双组分水性uv涂料及其制备方法和应用、涂装件
CN106147127B (zh) 一种改性脲醛树脂及其制备方法
CN111484799B (zh) 一种用于木制品涂装的紫外光固化粉末涂料及其制备方法
CN104830210A (zh) 一种水性洒点漆
CN109266133A (zh) 一种多功能水漆及其制备方法
CN111171643B (zh) 一种耐铝液腐蚀的纳米涂料及其制备方法和应用
CN104017457A (zh) 含改性桐油的涂料组合物及其制备方法
US11787955B2 (en) Aqueous dispersant composition
CN105348898A (zh) 一种水性漆打磨助剂及其制备方法
CN109666393A (zh) 涂料及其制备方法
CN104086749A (zh) 一种侧基长链叠氮化环氧树脂及其合成工艺
WO2018112753A1 (en) Multicolor paint composition
CN111072861B (zh) 羟基丙烯酸乳液及其制备方法和涂料

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20121114