CN105670438A - 一种水性丙烯酸类木器涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水性丙烯酸类木器涂料，包括以下重量份的组份：丙烯酸乳液40～45份，淀粉乳液20～25份，成膜助剂2～4份，流平剂0.5～1份，增稠剂1～1.5份，催干剂2～3份，水15～20份，阻燃剂4～5份，防霉剂0.1～0.2份，填料9～14份，聚丙烯酸钠0.5～1份。本发明还提供了该水性丙烯酸类木器涂料的制备方法。本发明具有很强的附着力，而且能有效净化空气。

Description

一种水性丙烯酸类木器涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂料，特别是涉及一种水性丙烯酸类木器涂料及其制备方法。
背景技术
水性木器涂料是以水为主要溶剂或可以用水稀释的木器涂料都可以称之为水性木器涂料，它与溶剂型木器涂料有着同样或类似的功能，主要是对木器起保护和装饰作用，水性木器涂料与溶剂型木器涂料的最大不同之处就是可以用水稀释。由于溶剂型木器涂料中有大量的VOC(有机溶剂)，它们在太阳光和热的作用下参与氧化反应形成臭氧，导致空气质量变差并产生夏季烟雾，对地球生物造成危害。同时，VOC也对人体产生很大的危害，主要有以下几种方式：一是气味刺激感官，使人们感到口干舌燥；二是刺激粘膜和皮肤，导致中毒；三是VOC很容易通过人的血液和大脑，导致中枢神经受到抑制，使人产生头痛乏力等不适感；四是VOC的基因毒性和致癌性。
因此，随着人们对家居环境和空气环境的日益关注，为了保护人类的生存环境和自身的人体健康，近年来，国家制定了《民用建筑工程室内环境污染控制规范》、《室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量》、《室内空气质量标准》等十项涉及室内装饰装修材料有害物质限量的标准，以保护人体健康和减少对自然环境的污染。在木器涂料领域，市场在不断扩大，但对涂料的VOC的限制越来越严格，因此，水性木器涂料成为木器涂料发展的必然方向之一。
水性树脂技术经过几十年的发展，现已成功用于木器涂料中。根据水性木器涂料成膜机理，水性木器涂料可分为单组分和双组分两大类。单组分根据水性木器涂料用树脂不同，常见的有水性醇酸类、水性丙烯酸类、水性聚氨酯类、水性聚氨酯-丙烯酸复合类等。双组分水性木器涂料根据主剂部分树脂类型，也主要有水性丙烯酸和水性聚氨酯两大类型。
水性丙烯酸类木器涂料是目前市场上比较常见的一类产品，因为其价格便宜，性能比较好而广受欢迎。具体的表现为涂膜色浅、光泽比较高(可以做高光清涂料)、保光保色性能好、耐候性能好，而且该类产品硬度上升速度快，硬度也相对比较高，在水性木器涂料里属硬度最接近溶剂型涂料的一类，耐一般家用化学品性能好。由于该类产品的主要成膜物质是丙烯酸树脂，该类树脂相对成膜温度比较高，一般都需要添加成膜助剂才能在较低的温度下成膜。
例如，公开号为CN104403474A、公开日为2015.03.11、申请人为成都展辰化工有限公司的中国专利申请公开了“水性纳米聚丙烯酸酯木器涂料”，原料的重量百分比组成为：纳米丙烯酸共聚物乳液40～50％，纳米水性聚氨酯分散体15～25％，消泡剂10.3～1％，消泡剂20.2～0.8，分散剂1～3％，润湿剂0.3～0.5％，流平剂0.2～0.5％，纳米二氧化钛3～5％，钛白粉16～20％，消光剂0.2～2％，蜡分散体1～5％，增稠剂10.3～1％，增稠剂20.3～1％，增稠剂30.3～1％，成膜助剂10.1～0.5％，成膜助剂22～5％，成膜助剂32～5％，PH调节剂0.1～0.5％，去离子水8～10％，各原料的重量百分比总和为100％。漆膜白度好，流平好，硬度可达2H擦伤(25℃，7D)左右，抗冲击可达50Kg·cm，耐水能达250小时，手感滑爽，抗擦伤效果好。不过，该涂料存在一些缺陷：附着力方面比较一般，而且不具备净化空气的功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水性丙烯酸类木器涂料，其具有很强的附着力，而且能有效净化空气。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种水性丙烯酸类木器涂料，包括以下重量份的组份：丙烯酸乳液40～45份，淀粉乳液20～25份，成膜助剂2～4份，流平剂0.5～1份，增稠剂1～1.5份，催干剂2～3份，水15～20份，阻燃剂4～5份，防霉剂0.1～0.2份，填料9～14份，聚丙烯酸钠0.5～1份；其中，淀粉乳液由以下步骤制得：
(1)将质量比为3:3:1的甘薯淀粉、马铃薯淀粉、紫薯淀粉加入质量浓度为3％的磷酸溶液中，甘薯淀粉、马铃薯淀粉、紫薯淀粉的总重量与磷酸溶液的重量比为1:3，搅拌均匀呈浆状的淀粉溶液，移入恒温水浴锅中，加热至50℃后恒温搅拌反应7小时，加入碳酸氢钠调节ph值为7，将反应产物用真空抽滤器抽滤，用蒸馏水反复洗涤后置于恒温干燥箱中50℃下干燥至恒重，得到混合淀粉；
(2)将步骤(1)得到的混合淀粉加入质量浓度为8％的氯化钠溶液中，搅拌均匀后加入氢氧化钠溶液调节ph值为9.5，加入环氧氯丙烷后移入恒温水浴锅中，混合淀粉、氯化钠溶液、环氧氯丙烷的重量比为2:6:1，加热至40℃后恒温搅拌反应3小时，加入醋酸调节ph值为7，将反应产物抽滤后用无水乙醇反复洗涤至洗涤液不含氯离子，置于恒温干燥箱中50℃下干燥至恒重，研磨后得到交联淀粉；
(3)将SDS、碳酸氢钠溶于水中，分散均匀后加入单体AA、MMA、BA、苯乙烯，室温下搅拌均匀后得到单体乳液，取一半量的单体乳液，加入PMA后搅拌均匀，加入步骤(2)得到的交联淀粉，加热至85℃后15分钟内滴加1/3量的过硫酸铵，然后1小时内滴加完剩余的单体乳液和过硫酸铵，加热至95℃后保温1.5小时，降温至70℃后加入氨水调节ph值为8.5，搅拌条件下降温至室温，出料后得到玉米乳液，其中SDS、碳酸氢钠、水、AA、MMA、BA、PMA、交联淀粉、过硫酸铵的重量比为2:1:500:2:20:10:20:1:250:2。
优选地，本发明所述丙烯酸乳液为水性纯丙烯酸乳液。
优选地，本发明所述成膜助剂为二丙二醇甲醚。
优选地，本发明所述流平剂为有机硅类流平剂。
优选地，本发明所述增稠剂为缔合型聚氨酯增稠剂。
优选地，本发明所述催干剂为环烷酸钙。
优选地，本发明所述阻燃剂为磷酸三丁酯。
优选地，本发明所述防霉剂为卡松。
优选地，本发明所述填料为硅藻土或胶质碳酸钙。
本发明要解决的另一技术问题是提供上述水性丙烯酸类木器涂料的制备方法。
为解决上述技术问题，技术方案是：
一种水性丙烯酸类木器涂料的制备方法，其步骤如下：
按配方用量称取各组分，将丙烯酸乳液、淀粉乳液混合，600转/分速度下搅拌30分钟，加入催干剂，继续搅拌20分钟后加入流平剂，继续搅拌10分钟后加入填料，1500转/分速度下搅拌45分钟，加入成膜助剂、水、阻燃剂、防霉剂、聚丙烯酸钠，600转/分速度下搅拌50分钟，加入增稠剂500转/分速度下搅拌30分钟，得到水性丙烯酸类木器涂料。
由上可见，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
甘薯淀粉、马铃薯淀粉、紫薯淀粉本身具有很好的吸附能力，经过磷酸活化后表面形成了微孔，吸附能力得到了强化，不过淀粉的强度较低，稳定性、流动性不佳，与涂料有机基体的相容性也不好，不能直接用于涂料，因而本发明先通过环氧氯丙烷使其发生交联反应，通过提高交联程度改善了淀粉的强度，再将交联淀粉与苯乙烯、丙烯酸酯单体进行接枝得到了稳定性、流动性较好的共聚淀粉乳液，而且与其接枝的单体与丙烯酸乳液之间的相容性很好，淀粉乳液可均匀分散于涂料中，从而大大提高涂料的吸附能力，可很好地吸附使用环境中的有害气体，能有效净化空气；甘薯淀粉、马铃薯淀粉、紫薯淀粉具有很强的粘性，而且与木器同属于植物材料，具有天然较好的亲和力，因此可有效提高涂料与木器之间的附着力；甘薯淀粉、马铃薯淀粉、紫薯淀粉属于植物原料，对人体无害，非常环保，而且均廉价易得，可有效降低生产成本。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
水性丙烯酸类木器涂料，包括以下重量份的组份：水性纯丙烯酸乳液41份，淀粉乳液24份，二丙二醇甲醚2份，有机硅类流平剂1份，缔合型聚氨酯增稠剂1.2份，环烷酸钙2.4份，水15份，磷酸三丁酯4.2份，卡松0.1份，填料硅藻土9份，聚丙烯酸钠0.7份。
该木器涂料的制备方法为：
(1)将质量比为3:3:1的甘薯淀粉、马铃薯淀粉、紫薯淀粉加入质量浓度为3％的磷酸溶液中，甘薯淀粉、马铃薯淀粉、紫薯淀粉的总重量与磷酸溶液的重量比为1:3，搅拌均匀呈浆状的淀粉溶液，移入恒温水浴锅中，加热至50℃后恒温搅拌反应7小时，加入碳酸氢钠调节ph值为7，将反应产物用真空抽滤器抽滤，用蒸馏水反复洗涤后置于恒温干燥箱中50℃下干燥至恒重，得到混合淀粉；
(2)将步骤(1)得到的混合淀粉加入质量浓度为8％的氯化钠溶液中，搅拌均匀后加入氢氧化钠溶液调节ph值为9.5，加入环氧氯丙烷后移入恒温水浴锅中，混合淀粉、氯化钠溶液、环氧氯丙烷的重量比为2:6:1，加热至40℃后恒温搅拌反应3小时，加入醋酸调节ph值为7，将反应产物抽滤后用无水乙醇反复洗涤至洗涤液不含氯离子，置于恒温干燥箱中50℃下干燥至恒重，研磨后得到交联淀粉；
(3)将SDS、碳酸氢钠溶于水中，分散均匀后加入单体AA、MMA、BA、苯乙烯，室温下搅拌均匀后得到单体乳液，取一半量的单体乳液，加入PMA后搅拌均匀，加入步骤(2)得到的交联淀粉，加热至85℃后15分钟内滴加1/3量的过硫酸铵，然后1小时内滴加完剩余的单体乳液和过硫酸铵，加热至95℃后保温1.5小时，降温至70℃后加入氨水调节ph值为8.5，搅拌条件下降温至室温，出料后得到玉米乳液，其中SDS、碳酸氢钠、水、AA、MMA、BA、苯乙烯、PMA、交联淀粉、过硫酸铵的重量比为2:1:500:2:20:10:20:1:250:2；
(4)按配方用量称取各组分，将水性纯丙烯酸乳液、淀粉乳液混合，600转/分速度下搅拌30分钟，加入环烷酸钙，继续搅拌20分钟后加入有机硅类流平剂，继续搅拌10分钟后加入填料硅藻土，1500转/分速度下搅拌45分钟，加入二丙二醇甲醚、水、磷酸三丁酯、卡松、聚丙烯酸钠，600转/分速度下搅拌50分钟，加入缔合型聚氨酯增稠剂500转/分速度下搅拌30分钟，得到水性丙烯酸类木器涂料。
实施例2
水性丙烯酸类木器涂料，包括以下重量份的组份：水性纯丙烯酸乳液43份，淀粉乳液22份，二丙二醇甲醚4份，有机硅类流平剂0.5份，缔合型聚氨酯增稠剂1.4份，环烷酸钙2.7份，水17份，磷酸三丁酯4.4份，卡松0.2份，填料胶质碳酸钙11份，聚丙烯酸钠0.9份。
其制备方法与实施例1相同。
实施例3
水性丙烯酸类木器涂料，包括以下重量份的组份：水性纯丙烯酸乳液45份，淀粉乳液20份，二丙二醇甲醚2.5份，有机硅类流平剂0.7份，缔合型聚氨酯增稠剂1.1份，环烷酸钙2.5份，水19份，磷酸三丁酯4.8份，卡松0.1份，填料胶质碳酸钙13份，聚丙烯酸钠1份。
其制备方法与实施例1相同。
实施例4
水性丙烯酸类木器涂料，包括以下重量份的组份：水性纯丙烯酸乳液40份，淀粉乳液25份，二丙二醇甲醚3份，有机硅类流平剂0.9份，缔合型聚氨酯增稠剂1.3份，环烷酸钙2.1份，水16份，磷酸三丁酯4份，卡松0.1份，填料硅藻土10份，聚丙烯酸钠0.6份。
其制备方法与实施例1相同。
实施例5
水性丙烯酸类木器涂料，包括以下重量份的组份：水性纯丙烯酸乳液42份，淀粉乳液23份，二丙二醇甲醚3.5份，有机硅类流平剂0.6份，缔合型聚氨酯增稠剂1份，环烷酸钙3份，水18份，磷酸三丁酯5份，卡松0.2份，填料胶质碳酸钙12份，聚丙烯酸钠0.8份。
其制备方法与实施例1相同。
实施例6
水性丙烯酸类木器涂料，包括以下重量份的组份：水性纯丙烯酸乳液44份，淀粉乳液21份，二丙二醇甲醚2.4份，有机硅类流平剂0.8份，缔合型聚氨酯增稠剂1.5份，环烷酸钙2份，水20份，磷酸三丁酯4.9份，卡松0.2份，填料硅藻土14份，聚丙烯酸钠0.5份。
其制备方法与实施例1相同。
将实施例1-6以及对比例的附着力和净化空气能力分别进行测试，测试结果如下表所示。其中，
对比例为公开号为CN104403474A的中国专利，
附着力根据ISO2409:2007标准进行测试各涂料的附着力等级，等级越低附着力越强；
净化空气能力参考《GBT23993-2009水性涂料中甲醛含量的测定-乙酰丙酮分光光度法》测试各涂料的甲醛下降率，甲醛下降率越高净化空气能力越好。
由上表可见，本发明实施例1-6的附着力等级均明显低于对比例，具有较强的附着力；本发明实施例1-6的甲醛下降率均远远大于对比例，具有很好的净化空气能力。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种水性丙烯酸类木器涂料，其特征在于：包括以下重量份的组份：丙烯酸乳液40～45份，淀粉乳液20～25份，成膜助剂2～4份，流平剂0.5～1份，增稠剂1～1.5份，催干剂2～3份，水15～20份，阻燃剂4～5份，防霉剂0.1～0.2份，填料9～14份，聚丙烯酸钠0.5～1份；其中，淀粉乳液由以下步骤制得：
(1)将质量比为3:3:1的甘薯淀粉、马铃薯淀粉、紫薯淀粉加入质量浓度为3％的磷酸溶液中，甘薯淀粉、马铃薯淀粉、紫薯淀粉的总重量与磷酸溶液的重量比为1:3，搅拌均匀呈浆状的淀粉溶液，移入恒温水浴锅中，加热至50℃后恒温搅拌反应7小时，加入碳酸氢钠调节ph值为7，将反应产物用真空抽滤器抽滤，用蒸馏水反复洗涤后置于恒温干燥箱中50℃下干燥至恒重，得到混合淀粉；
(2)将步骤(1)得到的混合淀粉加入质量浓度为8％的氯化钠溶液中，搅拌均匀后加入氢氧化钠溶液调节ph值为9.5，加入环氧氯丙烷后移入恒温水浴锅中，混合淀粉、氯化钠溶液、环氧氯丙烷的重量比为2:6:1，加热至40℃后恒温搅拌反应3小时，加入醋酸调节ph值为7，将反应产物抽滤后用无水乙醇反复洗涤至洗涤液不含氯离子，置于恒温干燥箱中50℃下干燥至恒重，研磨后得到交联淀粉；
(3)将SDS、碳酸氢钠溶于水中，分散均匀后加入单体AA、MMA、BA、苯乙烯，室温下搅拌均匀后得到单体乳液，取一半量的单体乳液，加入PMA后搅拌均匀，加入步骤(2)得到的交联淀粉，加热至85℃后15分钟内滴加1/3量的过硫酸铵，然后1小时内滴加完剩余的单体乳液和过硫酸铵，加热至95℃后保温1.5小时，降温至70℃后加入氨水调节ph值为8.5，搅拌条件下降温至室温，出料后得到玉米乳液，其中SDS、碳酸氢钠、水、AA、MMA、BA、苯乙烯、PMA、交联淀粉、过硫酸铵的重量比为2:1:500:2:20:10:20:1:250:2。
2.根据权利要求1所述的一种水性丙烯酸类木器涂料，其特征在于：所述丙烯酸乳液为水性纯丙烯酸乳液。
3.根据权利要求1所述的一种水性丙烯酸类木器涂料，其特征在于：所述成膜助剂为二丙二醇甲醚。
4.根据权利要求1所述的一种水性丙烯酸类木器涂料，其特征在于：所述流平剂为有机硅类流平剂。
5.根据权利要求1所述的一种水性丙烯酸类木器涂料，其特征在于：所述增稠剂为缔合型聚氨酯增稠剂。
6.根据权利要求1所述的一种水性丙烯酸类木器涂料，其特征在于：所述催干剂为环烷酸钙。
7.根据权利要求1所述的一种水性丙烯酸类木器涂料，其特征在于：所述阻燃剂为磷酸三丁酯。
8.根据权利要求1所述的一种水性丙烯酸类木器涂料，其特征在于：所述防霉剂为卡松。
9.根据权利要求1所述的一种水性丙烯酸类木器涂料，其特征在于：所述填料为硅藻土或胶质碳酸钙。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种水性丙烯酸类木器涂料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
按配方用量称取各组分，将丙烯酸乳液、淀粉乳液混合，600转/分速度下搅拌30分钟，加入催干剂，继续搅拌20分钟后加入流平剂，继续搅拌10分钟后加入填料，1500转/分速度下搅拌45分钟，加入成膜助剂、水、阻燃剂、防霉剂、聚丙烯酸钠，600转/分速度下搅拌50分钟，加入增稠剂500转/分速度下搅拌30分钟，得到水性丙烯酸类木器涂料。
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