CN104830195B - 用于木器的透明纳米阻燃水性涂料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

用于木器的透明纳米阻燃水性涂料及其生产方法,生产原料包括质量百分比组分：水性丙烯酸乳液35～50％，水性聚氨酯0～15％，纳米氢氧化铝阻燃分散体5％～10％，纳米勃姆石分散体5％～10％，利用氢氧化铝和勃姆石在纳米粒子处理后添加形成透明涂层的特性，有效提升透明涂料的阻燃，制备简单，易于实施。透明性、相容性、环保性能突出；并具有优良的抗沾污性和附着力强，打磨性好，无活化期，有机挥发物少，丰满度好和贮存稳定性性好等特点。

Description

用于木器的透明纳米阻燃水性涂料及其生产方法

技术领域

本发明涉及IPC国际专利分类C09D 涂料组合物水性木器涂料技术，尤其是用于木器的透明纳米阻燃水性涂料及其生产方法。

背景技术

木器漆是指用于木制品上的一类树脂漆，有聚酯、聚氨酯漆等，可分为水性和油性。按光泽可分为高光、半哑光、哑光。按用途可分为家具漆、地板漆等。水性木器涂料是一种涂刷在木制家具或木制品表面的涂料产品， 除了具备对木材 制品的保护作用以外， 还需要具有一定的装饰效果。 在水性木器涂料的涂装工艺中， 美式涂 装工艺占有很重要的位置。 美式涂装是一种开放式涂装， 通过加深木纹对比度， 增强木材表 面的层次感和立体感而使木材的天然花纹得到充分凸显， 给家具带来自 然美观的质感。

水性木器涂料已经应用于人们生活的方方面面，木器家具、木地板、各类木质器材、以及实木板、木纹面板、胶木板、木屑面板、刨花板等，应用于家庭装潢的产品等，但木材、木器制品均属于易燃品，天花板，隔音材料，窗户，门楣，座椅侧板等构件的木制品都存在火焰传播性能，让人们意识到木制品易引起火灾已经到了一个不可忽视的问题，这一点推动促进涂料行业的技术转型升级，木质材料阻燃防止燃烧性能试验方法的进步。随着现代科技和工业领域的不断发展， 涂料的应用范围越来越广泛， 而一般木质 器材表面都会被喷涂涂层， 以起到保护装饰的作用。 但是现有的木器用涂料里含有的增塑剂多为对人体健康存在影响的廉价增塑剂， 且其抗沾污性能亦不佳。

另一方面，木器涂料阻燃性的重要意义的火灾模型越来越多地被采用以说明日常生活中防火安全被忽视的程度，开发生产水性木器纳米透明阻燃涂料，防止和降低建筑物、木制品的阻燃，对节约能源、保护环境、创造人与自然的和谐关系具有重要意义。

目前常见溶剂型阻燃涂料，也还存在一些缺点，如成本较高，含有VOC有毒挥发物质，燃烧过程中易形成明火轰燃，某些品种的阻燃涂料物理性能不够理想等等。但这些缺点，通过实践必将不断克服，达到防火的需要。

已公开的相关文献较少，中国专利申请201410487455.0木器专用透明漆及其制备方法，木器专用透明漆包括按照质量份数计的如下原料：丙烯酸树脂45-65份、环氧树脂1-3份、醋丁纤维素38-44份、柠檬酸三乙酯4-6份、乙酸乙酯28-37份、乙醇60-65份、乙二醇10-14份。

中国专利申请201410006256.3一种透明超疏水性木器涂料，包括以下重量组份：水分散型聚氨酯树脂或水分散型醇酸树脂20-50份，纳米二氧化硅溶胶4.5-25份，纳米纤维素凝胶3-16份，十八烷基三氯硅烷或四氢全氟癸基三氯硅烷或硬脂酸0.1-1份，纳米滑石粉或纳米碳酸钙0-45份。其制备方法，是在搅拌釜中加入主体树脂和填料，搅拌均匀，制成浆料；用砂磨机对上述浆料进行研磨；加入低表面能物质，并加入负载型纳米二氧化硅溶胶，超声波充分混合30分钟，得到透明超疏水性涂料。

中国专利申请201310267879.1涉及一种水油通用纳米透明氧化铁黄色浆的制备方法，其基本配方是：去离子水10％～35％、助溶剂3％～10％、表面处理剂1％～3％、分散树脂15％～25％、润湿分散剂8％～20％、PH值调节剂0.1％～0.6％、透明氧化铁黄20％～40％、增稠防沉剂0.1％～1.0％、杀菌剂0.1％～0.3％、消泡剂0.2％～1％；所述的水油通用纳米透明氧化铁黄色浆的粒径D50＜1μm。

中国专利申请201210507675.6涉及一种紫外光固化（UV）静电喷涂透明底漆木器涂料，该涂料由A、B两组分构成，A组分由下列组成物组成，环氧丙烯酸酯（EA）、改性环氧丙烯酸酯（EA）、活性稀释剂、消泡剂、防尘剂、颜填料、光引发剂，B组分由下列组成物组成：醋酸乙酯。其施工工艺：A组分与B组分按100:10-15比例混合施工。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于木器的透明纳米阻燃水性涂料及其生产方法，克服现有 技术所存在上述缺陷，克服涂层干燥后不透明易收缩的缺陷，并使涂层具有阻燃防火、防污自清洁特性。

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：生产原料包括质量百分比的下述各组分：

水性丙烯酸乳液 35～50％

水性聚氨酯 0～15％

纳米氢氧化铝阻燃分散体 5％～10％

纳米勃姆石分散体 5％～10％

消泡剂 0.1％～0.5％

润湿剂 0.1％～0.3％

流平剂 0.2％～0.5％

增稠剂 0.2％～1％

紫外光吸收稳定剂 0.1％～0.3％

防霉抗菌剂 0.1％～0.2％

成膜助剂 0.5％～2.5％

去离子水 5％～25％

生产方法包括：按配方重量百分比计，把氢氧化铝纳米分散体、勃姆石纳米分散体、依次滴加到杂化接枝交联纯丙烯酸乳液中，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5％的去离子水加入到分散缸中，在300～400rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入聚氨酯、消泡剂、润湿剂、流平剂、增稠剂、紫外光吸收稳定剂，在600～800rmp的转速下加入防霉抗菌剂和成膜助剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性木器纳米阻燃透明涂料。

尤其是，水性丙烯酸乳液为杂化接枝交联纯丙烯酸阻燃乳液，水性聚氨酯为多元醇的聚酯型或聚醚型的一种或组合，纳米氢氧化铝分散体，消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种或其组合，润湿剂为六偏磷酸钠类润湿剂，流平剂为水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或其组合，增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂，紫外光吸收稳定剂为巴斯夫公司的苯并三唑类紫外光吸收稳定剂，成膜助剂为陶氏的的二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或其组合，防霉抗菌剂为陶氏二硫代水杨胶型防霉抗菌剂。

前述中， 纳米氢氧化铝分散体制备工艺按配方重量百分比计，依次加入去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15hr，得到固含量为15～30%、中位粒径（D50）在40～80nm纳米浆料。选用粒径为30～80 nm、固含量为15～30％的纳米氢氧化铝水性浆料，纳米粒子处理后的氢氧化铝在特定的粒径内，具有了一定的透明性。

前述中，纳米勃姆石分散体制备工艺按配方重量百分比计，依次加入去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15hr，得到固含量为15～30%、中位粒径（D50）在40～80nm纳米浆料。

本发明的优点和效果：利用氢氧化铝和勃姆石在纳米粒子处理后添加形成透明涂层的特性，有效提升透明涂料的阻燃，制备简单，易于实施。透明性、相容性、环保性能突出；并具有优良的抗沾污性和附着力强，打磨性好，无活化期，有机挥发物少，丰满度好和贮存稳定性性好等特点。

具体实施方式

本发明原理在于，研究了纳米阻燃分散体组成及添加量，在燃烧条件下产生强烈脱水性物质，使纳米填充涂层迅速碳化而不易产生可燃性挥发物，从而阻止火焰蔓延；脱水后在可燃物表面生成保护膜，隔绝氧气，可阻止继续燃烧；使可燃性高聚物的浓度下降，脱水放出的水气稀释可燃性气体和氧气的浓度，有效实现阻燃。具体包括研究原料选择，协助阻燃涂层成膜，利用氢氧化铝和勃姆石在纳米粒子处理后添加形成透明涂层的特性，使得油漆成膜后透明性好，耐水性好、硬度高、干燥快，渗透性到基材的空隙中封固基材，研发出一种不影响木材天然纹理装饰性和美观性，实现能阻燃防止燃烧的透明涂料。

本发明，生产原料包括质量百分比的下述各组分：

水性丙烯酸乳液 35～50％

水性聚氨酯 0～15％

纳米氢氧化铝阻燃分散体 5％～10％

纳米勃姆石分散体 5％～10％

消泡剂 0.1％～0.5％

润湿剂 0.1％～0.3％

流平剂 0.2％～0.5％

增稠剂 0.2％～1％

紫外光吸收稳定剂 0.1％～0.3％

防霉抗菌剂 0.1％～0.2％

成膜助剂 0.5％～2.5％

去离子水 5％～25％

生产方法包括：按配方重量百分比计，把氢氧化铝纳米分散体、勃姆石纳米分散体、依次滴加到杂化接枝交联纯丙烯酸乳液中，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5％的去离子水加入到分散缸中，在300～400rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入聚氨酯、消泡剂、润湿剂、流平剂、增稠剂、紫外光吸收稳定剂，在600～800rmp的转速下加入防霉抗菌剂和成膜助剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性木器纳米阻燃透明涂料。

前述中，水性丙烯酸乳液为杂化接枝交联纯丙烯酸阻燃乳液。

前述中，水性聚氨酯为多元醇的聚酯型或聚醚型的一种或组合。

前述中，纳米氢氧化铝分散体。其中，纳米氢氧化铝分散体制备工艺按配方重量百分比计，依次加入去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15hr，得到固含量为15～30%、中位粒径（D50）在40～80nm纳米浆料。选用粒径为30～80 nm、固含量为15～30％的纳米氢氧化铝水性浆料，纳米粒子处理后的氢氧化铝在特定的粒径内，具有了一定的透明性，实现阻燃、抑烟、填充三重功能的防火要求，燃烧过程中通过受热分解释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的木材在火焰中的表面温度；

前述中，纳米勃姆石分散体制备工艺按配方重量百分比计，依次加入去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15hr，得到固含量为15～30%、中位粒径（D50）在40～80nm纳米浆料。粒子化后的纳米勃姆石具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。分解生成后的保护膜涂层又是良好的耐火材料，也能帮助提高合成材料的抗火性能，同时它放出的水蒸气也可作为一种抑烟剂，具有不产生腐蚀性卤气及有害气体、不挥发、效果持久、无毒、无烟、无滴落等特点；

前述中，消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种或其组合。

前述中，润湿剂为六偏磷酸钠类润湿剂。

前述中，流平剂为水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或其组合。

前述中，增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂。

前述中，紫外光吸收稳定剂为巴斯夫公司的苯并三唑类紫外光吸收稳定剂。

前述中，成膜助剂为陶氏的的二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或其组合。

前述中，防霉抗菌剂为陶氏二硫代水杨胶型防霉抗菌剂。

前述中，去离子水为去除杂质的一种工业生产用水。

本发明的优点还包括：

1.绿色环保，VOC含量低于50g/L，远低于国家标准GB 24410-2009《室内装饰装修材料水性木器涂料中有害物质限量》要求的300g/L、HJ2537-2014《环境标志产品技术要求水性涂料》要求的80g/L，符合国家绿色建筑要求。

2.阻燃性能突出，建筑材料和木制品燃烧性规范对保证建筑物内人的生命安全和财产安全是极为重要的，产品标准状态下，符合GA111《表面材料的实体房间火试验方法》标准是参照ISO 9705《表面材料全尺寸房间试验》编写的公安行业标准。采用杂化接枝交联丙烯酸阻燃乳液，可以实现涂料渗透进入木材木质素、纤维素和半纤维素的空隙，协同其他助剂，在燃烧条件下产生强烈脱水性物质，使木材迅速碳化而不易产生可燃性挥发物，从而阻止火焰蔓延；脱水后在可燃物表面生成保护膜，隔绝氧气，可阻止继续燃烧；使可燃性高聚物的浓度下降，脱水放出的水气稀释可燃性气体和氧气的浓度，可阻止燃烧。采用纳米氢氧化铝阻燃分散体、纳米勃姆石分散体，采用独特纳米粒子技术，可以实现有效促进碳化层之形成达到绝佳阻燃、抑烟、填充三重功能的防火要求，燃烧过程中通过受热分解释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的木材在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。涂层分解生成后的保护膜涂层又是良好的耐火材料，也能帮助提高合成材料的抗火性能，同时它放出的水蒸气也可作为一种抑烟剂，具有不产生腐蚀性卤气及有害气体、不挥发、效果持久、无毒、无烟、无滴落等特点。

3.防燃和耗氧性能优秀，符合GB 5464—1999，建筑材料的不燃性试验方法，该试验方法的原理与ISO 1182和ASTM E136类似，用于不燃材料的A级判定。

2.木材基固性好，透明膜层除了应有的装饰性效果，还具备抗黄变、防止破裂，由于木材要受到紫外线、可见光、氧气和化学物质和微生物的侵蚀，封闭状态膜层可以有效延长木材的使用寿命。采用聚氨酯，可以实现木器涂料的漆膜打磨性、柔韧性和装饰性明显优于传统水性木器涂料。

3.抗沾污性好，涂膜的抗沾污、抗化学品性好，表面膜层具有独特的致密度，保证了良好的耐化学品性。抵抗空气中的污染，如：酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀。

4.耐水性优异，有效防止水分渗入木材，用水浸泡后不起泡、不发白、轻微泛白后能够迅速恢复，不会剥落。

5.防止木材变形，具有保持木材尺寸及外形稳定性和耐久性的特点。由于昼夜的温差变化，木制品会发生热胀冷缩等形变，涂料膜层有相当程度的保护性，并且能长久的保持。

本发明基于以上特点，与普通水性木器底漆相比，具有防止和降低建筑物、木制品的阻燃显著优势，并且，对节约能源、保护环境、创造人与自然的和谐关系具有重要意义。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.用于木器的透明纳米阻燃水性涂料, 其特征在于，生产原料包括质量百分比的下述各组分：

杂化接枝交联纯丙烯酸乳液 35～50％

水性聚氨酯 0～15％

纳米氢氧化铝阻燃分散体 5％～10％

纳米勃姆石分散体 5％～10％

消泡剂 0.1％～0.5％

润湿剂 0.1％～0.3％

流平剂 0.2％～0.5％

增稠剂 0.2％～1％

紫外光吸收稳定剂 0.1％～0.3％

防霉抗菌剂 0.1％～0.2％

成膜助剂 0.5％～2.5％

去离子水 5％～25％

生产方法包括：按配方重量百分比计，把纳米氢氧化铝阻燃分散体、纳米勃姆石米分散体依次滴加到杂化接枝交联纯丙烯酸乳液中，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5％的去离子水加入到分散缸中，在300～400rpm 的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入水性聚氨酯、消泡剂、润湿剂、流平剂、增稠剂、紫外光吸收稳定剂，在600～800rpm的转速下加入防霉抗菌剂和成膜助剂，继续分散 25min～40min，测得粘度为35±2s后过滤后出料，即得到水性木器纳米阻燃透明涂料。

2.如权利要求1所述的用于木器的透明纳米阻燃水性涂料，其特征在于，水性聚氨酯为多元醇的聚酯型或聚醚型的一种或组合，消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种或其组合，润湿剂为六偏磷酸钠类润湿剂，流平剂为水性丙烯酸酯共聚物、氟改性聚丙烯酸酯共聚物或聚醚改性聚硅氧烷聚合物的一种或其组合，增稠剂为非离子型聚氨酯增稠剂，紫外光吸收稳定剂为巴斯夫公司的苯并三唑类紫外光吸收稳定剂，成膜助剂为陶氏的二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或其组合，防霉抗菌剂为陶氏二硫代水杨胶型防霉抗菌剂。

3.如权利要求2所述的用于木器的透明纳米阻燃水性涂料，其特征在于，纳米氢氧化铝分散体制备工艺按配方重量百分比计，依次加入去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为13～15h，得到固含量为 15～ 30%、中位粒径D50在 40～ 80nm 纳米浆料；选用粒径为30～80nm、固含量15～30％的纳米氢氧化铝水性浆料，纳米粒子处理后的氢氧化铝在特定的粒径内，具有了一定的透明性。

4.如权利要求2所述的用于木器的透明纳米阻燃水性涂料及其生产方法，其特征在于，纳米勃姆石分散体制备工艺按配方重量百分比计，依次加入去离子水、润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入纳米粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，研磨时间为13～15h，得到固含量为15～30%、中位粒径D50在40～80nm纳米浆料。