CN105295607A - 一种水性木器封闭底漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性木器封闭底漆及其制备方法，由包含以下重量含量的组分配制而成：水性乳液45-90％、亲水改性多异氰酸酯2-15％、成膜助剂2-10％、水性助剂1.3-5.8％、去离子水3.7-48.7％。本发明制备的水性木器封闭底漆不仅能封闭各种木材的渗出物如松油，单宁酸、水等，保护木材不受破坏；而且打磨性好，干燥速度快，施工方便，性价比高。

Description

一种水性木器封闭底漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性木器底漆及其制备方法，尤其涉及一种适合各种木材的水性木器封闭底漆及其制备方法。

背景技术

20世纪90年代初，世界发达国家的涂料绿色革命促进了涂料行业的大踏步的发展，其中水性涂料的优越性日益突出。随着科学进步，技术发展，水性木器涂料不仅能够满足大多数性能要求，而且因其突出的环保性和安全性，正在逐步取代传统溶剂型涂料成为木器涂料新的发展方向。

木材的特性之一是吸水膨胀，失水收缩，因为木材中的木质纤维素本身是亲水性的，而其中的有色成分也具有亲水性，能溶于水中。例如单宁酸，提纯后是淡黄色至浅棕色固体，暴露于空气中能变黑。溶于水、乙醇、丙酮，却几乎不溶于苯、氯仿、乙醚及石油醚。从它

单宁酸分子式

的分子结构(见单宁酸分子式)也有体现，由于分子结构中含有大量的-OH，因而与水的相容性较好。而这些有色成分难溶于溶剂型涂料的常用溶剂中，故对溶剂型涂料几乎没有影响。因此，木材中有色成分的亲水性是水性涂料变色的根本原因。

水是水性涂料的主要组成物之一，涂料的一半质量甚至更多都是水。当涂料施工于木材表面时，木材中的有色成分会迅速溶解到涂料的连续相——水中，就像在涂料中又添加了颜色，从而改变了涂料的色相。因此，水性涂料中的水为木材中有色成分的溶解提供了基础条件。

水性木器涂料的成膜物目前大多是水分散型的，聚合物以球形颗粒分散于水中，每个颗粒由不同数量的高分子聚合物所组成。它是一个非均相体系，当水蒸发后球形颗粒经过了一系列物理化学过程，大致可分为颗粒的堆积、颗粒的融结及聚合物链端的扩散等才能形成一个连续的薄膜。水性涂料的成膜初期涂膜不致密，而木材吸收了涂料中的水分后，在水分挥发干燥的过程中，有将木材中有色成分带往表面的趋势。

总之，水性木器涂料的变色是由于木材中的有色成分溶解到涂料的水中所致，物理过程多于化学过程，是木材与涂料双重作用的结果，涂料实干后立刻就能显示出来。

目前市场上采用较多的封闭底漆方案是：采用阳离子乳液作为封闭底漆，以及向传统阴离子乳液中加入可与单宁酸反应的离子或者化合物来抑制单宁酸。

如US6245141B1公布了一种添加钛酸酯偶联剂的水性抗单宁酸涂料。该钛酸酯偶联剂结构中至少含有一个氨基反应基团，可添加在涂料配方中。US4021398公开了碱性铝化物，特别是水溶性碱性卤化铝及其衍生物制备涂料祛除单宁酸。EP1291144A2公开了在涂料中添加偏铝酸盐抑制单宁酸。

CN102134434A公开了一种采用阳离子型水性环氧乳液或水性纳米SiO2改性丙烯酸树脂制备的水性封闭底漆，该封闭底漆具有粒径小，引入能与单宁酸反应的官能团，其中碱性物质可促进阳离子乳液的交联反应，形成能够阻止基材中单宁酸上浮的封闭体系。CN103642342A则公开了一种在阳离子乳液中加入具有络合能力的金属化合物作为抗渗色助剂制备低粘度清漆封闭底漆，通过二者协同作用，实现封闭单宁酸的效果。

但是，现有技术存在以下缺点：(1)多数技术方案采取单独使用抗单宁酸助剂或阳离子乳液或者采用阳离子乳液中引入抗单宁酸助剂制得封闭底漆。通常抗单宁酸助剂具有专一性，只能与某一种物质作用，而木材种类繁多，单宁酸的成分复杂多样，所以单独使用抗单宁酸助剂的方案具有很强的局限性。而单独使用阳离子乳液作为封闭底漆在渗色比较严重的基材上封闭效果不佳，阳离子乳液中引入抗单宁酸助剂短期内可以达到理想的封闭效果，但是放置长久时间之后，依然会有单宁酸渗出的情况。(2)多数配方中抗单宁酸助剂和乳液均没有很好的相容性，长时间储存会出现乳液稳定性下降，抗单宁酸效果变差等现象。采用阳离子乳液作为封闭底漆还会导致与上层阴离子涂层附着力问题。

因此，需要寻求一种新的水性木器封闭底漆配方，实现对各种基材具有长久有效的单宁酸封闭作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性木器封闭底漆，采用将水性单组份阴离子型丙烯酸聚合物乳液或改性丙烯酸聚合物乳液和特殊亲水改性多异氰酸酯混合制得水性木器封闭底漆，在保持较长的开放时间的基础上，对于不同基材均有良好的封闭单宁酸作用。

本发明的另一个目的在于提供一种水性木器封闭底漆的制备方法，该方法步骤简单易行。

为达上述目的，本发明采取如下方案：

一种水性木器封闭底漆，由包含以下重量含量的组分配制而成：

作为一种优选的技术方案，所述的水性木器封闭底漆，由包含以下重量含量的组分配制而成：

作为一种更优选的技术方案，所述的水性木器封闭底漆，由包含以下重量含量的组分配制而成：

作为一种进一步更优选的技术方案，所述的水性木器封闭底漆，由包含以下重量含量的组分配制而成：

本发明中，所述水性乳液为单组份阴离子型丙烯酸聚合物乳液或者改性丙烯酸聚合物乳液中的一种或多种,包括纯丙烯酸聚合物乳液，环氧改性丙烯酸乳液，聚氨酯改性丙烯酸乳液，有机硅改性丙烯酸乳液和有机氟改性丙烯酸乳液。

本发明中，单组份阴离子型丙烯酸酯聚合物乳液或者改性丙烯酸酯聚合物乳液作为成膜物，形成均匀连续的漆膜包裹住木材，并提供光泽，硬度，化学品抗性等；亲水改性多异氰酸酯则通过两方面作用实现封闭性：一是亲水改性多异氰酸酯的加入可以提高最终漆膜的交联密度，形成“互穿网络”结构，漆膜更致密，单宁酸不易渗出；二是亲水改性多异氰酸酯具有活性-NCO基团，可与单宁酸分子中的-OH反应，从而将单宁酸封闭在木材表面。

本发明中，所述亲水改性多异氰酸酯为在50-100℃下，使多异氰酸酯与含有对异氰酸酯呈反应活性基团的单官能度聚醚和任选的含可离子化基团的化合物、对异氰酸酯具有反应活性的单官能度的醇醚反应，然后再用对异氰酸酯呈反应惰性的溶剂稀释得到。其固含为65-92wt％，官能度为1.8-2.4，NCO含量为8-20wt％，乙氧基单元含量为2-15wt％，粘度为50-500mPa.s。

本发明中，亲水改性多异氰酸酯的制备中多异氰酸酯、单官能度聚醚、对异氰酸酯具有反应活性的单官能度的醇醚、溶剂的质量比为147：(8-30)：(16-36)：(18-120)。单官能度聚醚提高多异氰酸酯的亲水性，使其能够在机械搅拌下分散在水性乳液中；对异氰酸酯具有反应活性的单官能度的醇醚则形成一道保护层，有效隔绝了水和-NCO基团的反应，保证水性封闭底漆有充足的储存和施工时间。

本发明中，所述多异氰酸酯为官能度是2.5-4.0，NCO含量为15.0-32.0wt％的芳香族多异氰酸酯、芳香族多异氰酸酯聚合物和改性芳香族多异氰酸酯中的一种或多种；优选基于MDI的聚合物或改性物，更优选聚合MDI和聚醚改性的液化MDI中的一种或多种。制备的基于MDI的亲水改性多异氰酸酯在水性涂料体系中的开放时间大于4h，满足了产品的施工要求尤其是在气温较高的地域的施工要求，解决了水性MDI型多异氰酸酯的开放时间短的问题，丰富了水性多异氰酸酯的种类。

本发明中，所述的单官能度聚醚的数均分子量为250-4500，优选500-3500，每分子中乙氧基单元的个数为5-100个，优选10-80个。

本发明中，所述的对异氰酸酯具有反应活性的单官能度的醇醚，结构式为其中，B表示与异氰酸酯具有反应活性基团羟基；R₁表示1,2-亚乙基、1-甲基-1,2-亚乙基，R₂表示甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基；n表示1-4中的任意整数；所述的醇醚优选乙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇叔丁基醚。

本发明中，含可离子化基团的化合物为二羟甲基丙酸和/或4-环己氨基丁磺酸，用量为基于多异氰酸酯量的0-5wt％。

本发明中，所述的对异氰酸酯呈反应惰性的溶剂为150号溶剂油、乙酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、N-乙基吡咯烷酮、甲苯和1-甲氧基丙-2-基乙酸酯中的一种或多种；优选为150号溶剂油、乙酸乙酯、N-乙基吡咯烷酮和丙二醇甲醚醋酸酯的一种或多种。

本发明中，所述成膜助剂为二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、三丙二醇丁醚，二乙二醇丁醚和乙二醇己醚中的一种或多种，优选为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚中的一种或两种。

本发明中，所述消泡剂为有机硅类消泡剂，优选为赢创工业的Tego-805、Tego-810、Tego-815、Tego-825、Tego-902w和Tego-1488中的一种或多种。

本发明中，所述基材润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物，优选为毕克化学的Byk-346、Byk-348和气体化工的Surfgnol-104BC、Surfgnol-104E中的一种或多种。

本发明中，所述流平剂为有机改性聚二甲基硅氧烷，优选为赢创工业的Tego-410、Tego-450和Tego-245中的一种或多种。

本发明中，所述pH调节剂为氨水、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、三乙胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或多种。

本发明中，所述增稠剂为碱溶胀性增稠剂、聚氨酯缔合型增稠剂和羟乙基纤维素中的一种或多种。

本发明中，所述的杀菌剂为活性成分是CMIT/MIT的复配产品，优选陶氏化学的KATHONLX150。

本发明中，所述的水性木器封闭底漆的制备方法为：先将水性乳液加入到容器内，慢慢调节分散速度至600-1200r/min，然后依次以较慢速度加入亲水改性多异氰酸酯、成膜助剂、水性助剂(包含消泡剂、基材润湿剂、流平剂、pH调节剂、增稠剂、杀菌剂)和去离子水，加完之后维持分散速度不变继续分散15-30min，用100～400目滤网过滤即可制得水性木器封闭底漆。

本发明的积极效果在于：本发明采用将水性单组份阴离子型丙烯酸聚合物乳液或改性丙烯酸聚合物乳液和特殊亲水改性多异氰酸酯混合制得水性木器封闭底漆，不仅能够对各种木材具有优异的封闭单宁酸，防渗色作用，而且制作工艺简单，操作方便，环保有效。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，需要说明的是，实施例并不构成对本发明要求保护范围的限制。

亲水改性多异氰酸酯的制备：

亲水改性多异氰酸酯B的制备：

在装有机械搅拌器、回流管、温度计的干燥的1L的四口烧瓶中，加入9gMPEG-1200(聚乙二醇单甲醚，江苏海安石化，乙氧基单元个数26)，25.6g二丙二醇单丁醚以及147gPM-200(万华化学集团股份有限公司，以下同)，经过氮气吹扫以后，加热到65℃，反应2-3h，待体系达到理论NCO以后，加入19g的150号溶剂油。得到了具有以下特征数据的水可分散的基于MDI的亲水改性多异氰酸酯B：

固体含量：90wt％(150℃/30min)

NCO含量：10.5wt％(二正丁胺滴定法)

NCO官能度：2.1

粘度(25℃)：210mPa.s(博力飞旋转粘度测试仪，63号转子，30转/分)

乙氧基单元含量：9wt％。

亲水改性多异氰酸酯C的制备：

在装有机械搅拌器、回流管、温度计的干燥的1L的四口烧瓶中，加入27.3gMPEG-1200(聚乙二醇单甲醚，江苏海安石化，乙氧基单元个数26)，35.7g二丙二醇叔丁醚以及147gPM-200，经过氮气吹扫以后，加热到65℃，反应2-3h，待体系达到理论NCO以后，加入115g的150号溶剂油。得到了具有以下特征数据的水可分散的基于MDI的亲水改性多异氰酸酯C：

固体含量：65wt％(150℃/30min)

NCO含量：11.2wt％(二正丁胺滴定法)

NCO官能度：2.1

粘度(25℃)：50mPa.s(博力飞旋转粘度测试仪，63号转子，30转/分)

乙氧基单元含量：8.3wt％。

亲水改性多异氰酸酯D的制备：

在装有机械搅拌器、回流管、温度计的干燥的1L的四口烧瓶中，加入15gMPEG-520((聚乙二醇单甲醚，江苏海安石化，乙氧基单元个数12)，2g4-环己氨基丁磺酸，15g乙二醇甲醚以及147gPM-200，经过氮气吹扫以后，加热到65℃，反应2-3h，待体系达到理论NCO以后，加入53g的150号溶剂油和1gN,N-二甲基环己氨。得到了具有以下特征数据的水可分散的基于MDI的亲水改性多异氰酸酯D：

固体含量：77wt％(150℃/30min)

项目	比重	作用	供应商
				Lacper 4316	45％	丙烯酸聚合物乳液	万华化学
亲水改性多异氰酸酯B	3％	亲水改性多异氰酸酯	万华化学
				二丙二醇甲醚	2％	成膜助剂	Dow
Tego-805	0.3％	消泡剂	赢创工业
				Byk-346	1％	基材润湿剂	毕克化学
Tego-410	0.5％	流平剂	赢创工业
				氨水	1％	pH调节剂
U604	1.5％	聚氨酯缔合型增稠剂	万华化学
				KATHON LX150	0.1％	杀菌剂	Dow
去离子水	45.6％	/	/

NCO含量：15wt％(二正丁胺滴定法)

NCO官能度：2.3

粘度(25℃)：150mPa.s(博力飞旋转粘度测试仪，63号转子，30转/分)

乙氧基单元含量：3.1wt％。

实施例1：

按照如下配方进行配漆，以下所述的比重均为重量百分含量

实施例2：

按照如下配方进行配漆，以下所述的比重均为重量百分含量

项目	比重	作用	供应商
				Lacper 4221	75％	改性丙烯酸聚合物乳液	万华化学
亲水改性多异氰酸酯C	7％	亲水改性多异氰酸酯	万华化学
				二丙二醇丁醚	10％	成膜助剂	Dow
Tego-810	1％	消泡剂	赢创工业
				Surfgnol-104BC	0.3％	基材润湿剂	气体化工
Tego-245	0.1％	流平剂	赢创工业
				氨水	0.5％	pH调节剂
U604	0.2％	聚氨酯缔合型增稠剂	万华化学
				KATHON LX150	0.3％	杀菌剂	Dow
去离子水	5.6％	/	/

实施例3：

按照如下配方进行配漆，以下所述的比重均为重量百分含量

项目	比重	作用	供应商
				Lacper 4221	30％	改性丙烯酸聚合物乳液	万华化学
Lacper 4316	30％	丙烯酸聚合物乳液	万华化学
				亲水改性多异氰酸酯D	5％	亲水改性多异氰酸酯	万华化学
乙二醇丁醚	6％	成膜助剂	Dow
				Tego-825	0.5％	消泡剂	赢创工业
Surfgnol-104E	0.6％	基材润湿剂	气体化工
				Tego-450	0.3％	流平剂	赢创工业
氨水	1.5％	pH调节剂	/
				U604	1.1％	聚氨酯缔合型增稠剂	万华化学
KATHON LX150	0.2％	杀菌剂	Dow
				去离子水	24.8％	/	/

上述实施例水性木器封闭底漆的制备方法均为：先将水性乳液加入到容器内，慢慢调节分散速度至800r/min，然后依次以较慢速度加入亲水改性多异氰酸酯、成膜助剂、消泡剂、基材润湿剂、流平剂、pH调节剂、增稠剂、杀菌剂、去离子水，加完之后维持分散速度不变继续分散20min，用400目滤网过滤即可制得水性木器封闭底漆。

对实施例1-3制得的水性木器封闭底漆按照HG/T3828-2006<<室内用水性木器涂料>>进行干燥时间，打磨性，耐水性和附着力测试，性能测试结果如表1所示：表1

从表1可明显看出，本发明水性木器封闭底漆的各实施例表干时间<15min，实干时间<3h，制备的漆膜用400#砂纸打磨出粉多且不粘砂纸，漆膜测试耐水性表面无变化，附着力均达到0-1级。

对实施例1-3制得的水性木器封闭底漆进行不同基材封闭性能测试，性能测试工艺：基材(240#砂纸打磨处理)→喷涂封闭底漆(50℃干燥0.5h)→400#砂纸打磨→喷涂水性白漆(室温干燥2h)→70℃放置烘烤→常温放置3个月观测封闭效果。

以未喷涂水性木器封闭底漆的样板作为对比，封闭性测试结果如表2所示：

表2

基材	空白	实施例1	实施例2	实施例3
					胡桃木铁皮板	变色	未见明显变色	未见明显变色	未见明显变色
松木	变色	未见明显变色	未见明显变色	未见明显变色
					桉木	变色	未见明显变色	未见明显变色	未见明显变色
黑色精	变色	未见明显变色	未见明显变色	未见明显变色
					涂鸦	变色	未见明显变色	未见明显变色	未见明显变色
尼古丁	变色	未见明显变色	未见明显变色	未见明显变色

从表2可以明显看出，本发明水性木器封闭底漆的各实施例对不同基材均有良好的封闭效果，未使用封闭底漆的样板全部发生变色现象，使用封闭底漆的样板均没有发生明显变色现象，说明木材中的单宁酸或者污渍能被有效地封闭住，不再影响最终涂装外观。

Claims (10)

1.一种水性木器封闭底漆，其特征在于：由包含以下重量含量的组分配制而成：

优选地，由包含以下重量含量的组分配制而成：

2.根据权利要求1所述的水性木器封闭底漆，其特征在于：所述的水性助剂包含：

优选地，所述的水性助剂包含：

3.根据权利要求书1或2所述的水性木器封闭底漆，其特征在于：所述水性乳液为单组份阴离子型丙烯酸聚合物乳液和改性丙烯酸聚合物乳液中的一种或多种。

4.根据权利要求书1或2所述的水性木器封闭底漆，其特征在于：所述亲水改性多异氰酸酯为在50-100℃下，使多异氰酸酯与含有对异氰酸酯呈反应活性基团的单官能度聚醚、对异氰酸酯具有反应活性的单官能度的醇醚和任选的含可离子化基团的化合物反应，然后再用对异氰酸酯呈反应惰性的溶剂稀释得到，其固含为65-92wt％，其中多异氰酸酯、单官能度聚醚、对异氰酸酯具有反应活性的单官能度的醇醚、溶剂的质量比为147：(8-30)：(16-36)：(18-120)。

5.根据权利要求书4所述的水性木器封闭底漆，其特征在于：所述多异氰酸酯为官能度是2.5-4.0，NCO含量为15.0-32.0wt％的芳香族多异氰酸酯、芳香族多异氰酸酯聚合物和改性芳香族多异氰酸酯中的一种或多种；优选基于MDI的聚合物或改性物，更优选聚合MDI和聚醚改性的液化MDI中的一种或多种。

6.根据权利要求书4所述的水性木器封闭底漆，其特征在于：所述的单官能度聚醚的数均分子量为250-4500，优选500-3500，乙氧基单元的个数为5-100个，优选10-80个。

7.根据权利要求书4-6中任一项所述的水性木器封闭底漆，其特征在于：所述的对异氰酸酯具有反应活性的单官能度的醇醚，结构式为其中，B表示与异氰酸酯具有反应活性基团羟基；R₁表示1,2-亚乙基、1-甲基-1,2-亚乙基，R₂表示甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基；n表示1-4中的任意整数；所述的醇醚优选乙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚或二丙二醇叔丁基醚。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的水性木器封闭底漆，其特征在于：含可离子化基团的化合物为二羟甲基丙酸和/或4-环己氨基丁磺酸，用量为基于多异氰酸酯量的0-5wt％，所述的对异氰酸酯呈反应惰性的溶剂为150号溶剂油、乙酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、N-乙基吡咯烷酮、甲苯和1-甲氧基丙-2-基乙酸酯中的一种或多种；优选为150号溶剂油、乙酸乙酯、N-乙基吡咯烷酮和丙二醇甲醚醋酸酯的一种或多种。

9.根据权利要求书1-8中任一项所述的水性木器封闭底漆，其特征在于：所述成膜助剂为二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、三丙二醇丁醚，二乙二醇丁醚和乙二醇己醚中的一种或多种，优选为二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚中的一种或两种。

10.根据权利要求书1-9中任一项所述的水性木器封闭底漆的制备方法，其特征在于：首先将水性乳液加入到容器内，调节分散速度至600-1200r/min，然后依次加入亲水改性多异氰酸酯、成膜助剂、水性助剂和去离子水，加完之后维持分散速度不变继续分散15-30min，用100～400目滤网过滤即可制得水性木器封闭底漆。