CN106243984A - 一种零voc挥发的水性木器涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水性涂料技术领域，具体涉及一种零VOC的水性木器涂料及其制备工艺，由A组份、B组份和水组成；其中，A组份由以下重量份数的原料组成：淀粉、蓖麻油、乳化剂、防腐剂、水性消泡剂、水性催化剂水、纯净水，其中，B组分为水可分散型改性聚异氰酸酯；其中，A组份、B组份和水重量分数比为1:0.3‑1:0.3‑1组成。本发明的一种零VOC的水性木器涂料以蓖麻油和淀粉为原料、天然环保无毒、耐冷耐热耐干耐湿好、附着力好、抗冲击高；同时该方法投入设备成本低，工艺简便，易操作。

Description

一种零VOC挥发的水性木器涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及水性涂料技术领域，具体涉及一种零VOC挥发的水性木器涂料及其制备方法。
背景技术
溶剂性木器涂料存在生产和使用过程中大量有机溶剂挥发到大气中对环境造成污染和对生产人员身体产生毒害，同时生产与施工过程由于易燃有机溶剂的存在，所以整个过程都需防火，现在有使用丙酸酯类乳液、丙烯酸酯类加聚氨酯类改进制作的水性木器涂料，有机挥发剂的含量减少至5%- 30%，这虽然大大减少了有机溶剂的含量，但仍然存在对使用者和环境产生较大的影响，同时由于有机溶剂的减少导致耐冷耐热的性能降低，而且该类水性木器涂料制备工艺复杂，投入成本高，需要大型的设备和专业的技术操作员才能制备。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种使用植物淀粉和天然蓖麻油为原料、天然环保无毒、耐冷耐热耐干耐湿性好、附着力好、抗冲击高的零VOC挥发的水性木器涂料。
本发明的另一个目的在于提供一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，该方法无需要使用大成本投入，工艺简便，易操作。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种零VOC挥发的水性木器涂料，由A组份、B组份和水组成；
其中，A组份由下重量份数的原料组成：
淀粉 5-10份
水性催化剂 0-1份
蓖麻油 10-30份
防腐剂 0.01-0.1份
乳化剂 0.1-2份
水性消泡剂 0.001-0.01份
纯净水 60-80份；
其中，B组分为水可分散型改性聚异氰酸酯；
其中，A组份、B组份和水重量分数比为1:(0.3-1):(0.3-1)组成。
优选地，所述A组份由下重量份数的原料组成：
淀粉 5-9份
水性催化剂 0-0.9份
蓖麻油 10-25份
防腐剂 0.01-0.9份
乳化剂 0.1-1.8份
水性消泡剂 0.001-0.01份
纯净水 60-80份。
优选地，所述A组份由下重量份数的原料组成：
淀粉 5-8份
水性催化剂 0.1-0.9份
蓖麻油 15-25份
防腐剂 0.05-0.9份
乳化剂 0.1-1.8份
水性消泡剂 0.001-0.01份
纯净水 60-80份。
本发明使用的A组分原料均为水性原料，与B组分固化后制备出的涂料零VOC挥发，成膜性好。
所水可分散型改性聚异氰酸酯的固体含量为100%、NCO含量为20-21%、粘度为3500-5500 mPa·s、密度为1.00-1.20g/cm3、闪点为158-161℃的水可分散型改性聚异氰酸酯。
所述淀粉为直链淀粉，直链淀粉由直链小麦淀粉：直链玉米淀粉：直链木薯淀粉按质量分数为2-3:7-15:1-3.5组成。淀粉的成膜性好，有一定的乳化性能，对乳化植物油的乳液稳定性有显著帮助。直链淀粉的颗粒小，分子链与分子链间缔合程度大，形成的微晶束晶体结构紧密，结晶区域大，而支链淀粉中结晶区域大，晶体结构不太紧密，成膜差，本发明使用直链小麦淀粉：直链玉米淀粉：直链木薯淀粉按质量分数为2-3:7-15:1-3.5组成，具有很好的成膜性，与聚异氰酸酯形成的涂料薄膜抗冲击性好，显著地增强薄膜的耐冷耐热及耐冷热温差性，耐候性好，不易开裂。同时直链淀粉糊化温度81.35℃比支链淀粉的糊化温度较高，使淀粉糊化后更具耐热性，在高温下不易裂开。
所述蓖麻油为天然植物蓖麻的种子用榨取或溶剂萃取法制得蓖麻油，蓖麻油脂肪酸中含90%蓖麻酸（9-烯基-12·羟基十八酸)羟值为163mgKOH/g、羟基含量为4.94%、按羟基算分子量为345，按羟基推算，蓖麻油含70%的三官能度和30%的二官能度，羟基平均官能度为2.7，在植物油中羟值最高。生产聚氨酯涂料一般采用多异氰酸酯与聚酯多元醇加成，要求聚酯多元醇的分子量一般在1000-3000，羟值在160-300mgKOH/g范围内,蓖麻油基本符合上述条件，可与异氰酸酯进行聚合反应，生产聚氨酯涂料。本发明使用精炼蓖麻油在淀粉糊与乳化剂的做用下能够制成在常温下稳定的乳液状主漆，和水分散型聚异氰酸酯在常温下即可交联反应，形成透明的、坚韧的等物理性能优异的膜。
所述防腐剂为1，2-苯异噻唑-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮中的一种或二种的混合物。1，2-苯异噻唑-3-酮具有突出的抑制霉菌、藻类等微生物在有机介质中的滋生作用，解决了微生物滋生引起的有机产品发霉、发酵、变质、破乳、发臭等问题，同时促进分子间氢键破坏，促进淀粉的糊化作用，而且不含有机挥发性有机溶剂，环保没污染。5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮简称CIT，溶于水、低碳醇、乙二醇和极性有机溶剂，是一种高活性的杀菌剂，能在淀粉糊化时和糊化冷却时抑制微生物细菌的生长，从而导致微生物细胞的死亡。同时该品安全性好，LD50≥3350mg/kg，毒性分级属于低毒，可生物降解，使用时操作员可直接投入反应器中进行反应，无需要隔离处理，无致畸致突变反应，能与A组分中的水性原料相混相溶，配伍性好，制备出的涂料稳定性强，使用成本低。2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮简称MIT，常温下可与酸、醚、酮等混溶，对多种微生物如大肠杆菌、绿脓杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉等都有良好的抑制杀灭效果，本发明使用的MIT水性溶液，不含有机溶剂、无机金属盐、氯、甲醛，对各种正常使用的材质无腐蚀，使用的设备不需要添加特殊保护层，设备成本低。优选地，使用5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮：2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮按质量分数比为3：1的混合物，该混合物简称为卡松，卡松能与微生物细胞内的蛋白质反应，使细胞呼吸停顿，迅速抑制微生物的生长和生物高分子的合成，同时促进分子间氢键破坏，促进淀粉的糊化作用，降低糊化时间。
所述乳化剂为聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯，简称聚山梨酯-80，吐温-80。常作为水包油（O/W）型乳化剂，使其他物质均匀在溶液中分散，主要用于制药、食品、化妆品，聚山梨酯通常被认为是无毒、无刺激性的材料，用在本发明中起到在生产与储存时起稳定的乳化作用，但当和B组份调配后分子中的羟基会与聚异氰酸酯的NCO反应，故成膜后对漆膜的耐水性无影响。
所述水性消泡剂为矿物油类水性消泡、有机硅类水性消泡、聚醚类水性消泡中的一种。水性消泡剂能降低表面张力，抑制泡沫产生或消除已产生泡沫，使溶质不易随着泡沫而挥发走，制备的膜更具有耐干耐热性，附着力好，无龟裂现象。矿物油类消泡剂通常由载体、活性剂等组成，载体是低表面张力的物质，其作用是承载和稀释，常用载体为水、脂肪醇等。有机硅类消泡剂一般包括聚二甲基硅氧烷等。有机硅类消泡剂溶解性较差，在常温下具有消泡速度很快、抑泡较好，但在高温下发生分层、消泡速度较慢、抑泡较差等特点。聚醚类消泡剂包括聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚等。聚醚类消泡剂具有抑泡时间长、效果好、消泡速度快、热稳定性好等特点。
所述有机硅类水性消泡剂为聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷和乙二醇硅氧烷中的一种或二种以上的混合物。优选地，使用毕克化学不含VOC的有机硅消泡剂，型号为BYK028。
一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一：将重量份数为60-80份的纯净水和0.01-0.05份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入5-10份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入0.1-2份的乳化剂搅拌5分钟，再加入10-30份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌15分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.001-0.01份的消泡剂和0-1份的催化剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份。
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.3-1:0.3-1进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
本发明的有益效果：本发明的一种零VOC挥发的水性木器涂料采用纯天然蓖麻油和纯天然植物来源的淀粉作为成膜物质，成膜性好，分子链与分子链之间的缔合程度大，成膜后抗冲击性好；采用聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯做为乳化剂，和淀粉糊配合乳化蓖麻油，使不溶于水的蓖麻油在常温下即可均匀的分散在水中形成稳定的水包油型乳液，淀粉、蓖麻油、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯，分子链上都有羟基，在成膜的过程中都能与异氰酸酯反应形成稳定的漆膜；采用水性消泡剂，能降低表面张力，抑制泡沫产生或消除已产生泡沫，使溶质不易随着泡沫而挥发走，制备的膜更具有耐干耐热性，附着力好，无龟裂现象。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一：将重量份数为63.42份的纯净水和0.02份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入5份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入1.5份的乳化剂搅拌5分钟，再加入30份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌15分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.01份的水性消泡剂和0.05份的水性催化剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份。
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.4:0.5进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
实施例2
一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一：将重量份数为64.52份的纯净水和0.02份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入6份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入1.4份的乳化剂搅拌5分钟，再加入28份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌15分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.01份的水性消泡剂和0.05份的水性催化剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份。
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.4:0.5进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
实施例3
一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一：将重量份数为65.62份的纯净水和0.02份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入7份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入1.3份的乳化剂搅拌5分钟，再加入26份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌15分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.01份的水性消泡剂和0.05份的水性催化剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份。
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.4:0.5进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
实施例4
一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一：将重量份数为66.74份的纯净水和0.03份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入8份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入1.2份的乳化剂搅拌5分钟，再加入24份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌15分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.01份的水性消泡剂和0.02份的水性催化剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份。
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.35:0.5进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
实施例5
一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一：将重量份数为65.77份的纯净水和0.02份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入9份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入1.2份的乳化剂搅拌5分钟，再加入24份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌15分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.01份的水性消泡剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份。
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.3︰0.5进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
实施例6
一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一：将重量份数为62.92份的纯净水和0.02份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入5份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入2份的乳化剂搅拌5分钟，再加入30份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌15分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.01份的水性消泡剂和0.05份的水性催化剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份。
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.4:0.5进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
实施例7
一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一：将重量份数为67.94份的纯净水和0.02份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入5份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入2份的乳化剂搅拌5分钟，再加入25份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌15分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.01份的水性消泡剂和0.03份的水性催化剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份。
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.4:0.5进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
实施例8
一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一：将重量份数为73.12份的纯净水和0.02份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入5份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入1.8份的乳化剂搅拌5分钟，再加入20份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌15分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.01份的水性消泡剂和0.05份的水性催化剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份。
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.4:0.5进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
实施例9
一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一：将重量份数为77.44份的纯净水和0.02份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入5份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入1.5份的乳化剂搅拌5分钟，再加入16份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌15分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.01份的水性消泡剂和0.03份的水性催化剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份。
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.3:0.3进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
实施例10
一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一：将重量份数为72.87份的纯净水和0.02份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入5份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入2份的乳化剂搅拌5分钟，再加入20份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌15分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.01份的水性消泡剂和0.1份的水性催化剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份。
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.4:0.5进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
经过对本发明实施例1-10所制备的水性木器涂料进行下列性能测试，测试方法按照家具表面漆膜国家标准测试，GB/T4893.1-2005家具表面漆膜理化性能测试：耐冷液测试法、GB/T4893.2-2005家具表面漆膜理化性能测试：耐湿热测试法、GB/T4893.3-2005家具表面漆膜理化性能测试：耐干热测试法、GB/T4893.7家具表面漆膜理化性能测试：耐冷热温差测试法、GB/T4893.9家具表面漆膜理化性能测试：抗冲击测试法、GB/T4893.4 家具表面漆膜理化性能测试：附着力交叉切割测试法。
测试结果如下：
项目 耐冷液测试 耐湿热测试 耐干热测试 耐冷热温差测试 抗冲击测试 附着力交叉切割测定
实施例1 3级 2级 2级 1级 1级 0级
实施例2 3级 2级 2级 1级 1级 0级
实施例3 3级 2级 2级 1级 1级 0级
实施例4 3级 2级 2级 2级 1级 0级
实施例5 2级 2级 2级 2级 1级 0级
实施例6 2级 2级 2级 1级 1级 0级
实施例7 2级 2级 2级 1级 1级 0级
实施例8 2级 1级 1级 1级 1级 0级
实施例9 2级 1级 2级 1级 1级 0级
实施例10 2级 1级 1级 1级 1级 0级
从上述的结果来看可以知道本发明的一种零VOC挥发的水性木器涂料制备的膜性优异，耐冷热温差测试在2级或1级，均合格以上，耐冷液测试均在3级或2级，完全能应对日常使用情况，耐湿热测试、耐干热测试均在2级或2级以上，无论是低温、高温或者湿热都对膜不产生影响，抵抗能力强，抗冲压测试更优异，等级为1级，表面只有印痕没有裂痕，附着力交叉切割测定为0级，切割边缘完全光滑，无一格脱落，性能最佳，而且不含挥发性有机物，环保没污染。
测试结果分级说明：等级为0级为性能最好，等级为1级次之，等级为2、3、4、5级依次递减。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种零VOC挥发的水性木器涂料，其特征在于：由A组份、B组份和水组成；
其中，A组份由下重量份数的原料组成：
淀粉 5-10份
水性催化剂 0-1份
蓖麻油 10-30份
防腐剂 0.01-0.1份
乳化剂 0.1-2份
水性消泡剂 0.001-0.01份
纯净水 60-80份；
其中，B组分为水可分散型改性聚异氰酸酯；
其中，A组份、B组份和水重量分数比为1:(0.3-1):(0.3-1)组成。
2.根据权利要求1所述的一种零VOC挥发的水性木器涂料，其特征在于：所述A组份由下重量份数的原料组成：
淀粉 5-9份
水性催化剂 0-0.9份
蓖麻油 10-25份
防腐剂 0.01-0.9份
乳化剂 0.1-1.8份
水性消泡剂 0.001-0.01份
纯净水 60-80份。
3.根据权利要求1所述的一种零VOC挥发的水性木器涂料，其特征在于：所述A组份由下重量份数的原料组成：
淀粉 5-8份
水性催化剂 0.1-0.9份
蓖麻油 15-25份
防腐剂 0.05-0.9份
乳化剂 0.1-1.8份
水性消泡剂 0.001-0.01份
纯净水 60-80份。
4.根据权利要求1所述的一种零VOC挥发的水性木器涂料，其特征在于：所述水可分散型改性聚异氰酸酯的固体含量为100%、NCO含量为20-21%、粘度为3500-5500 mPa·s、密度为1.00-1.20g/cm3、闪点为158-161℃的水可分散型改性聚异氰酸酯。
5.根据权利要求1所述的一种零VOC挥发的水性木器涂料，其特征在于：所述淀粉为直链淀粉，直链淀粉由直链小麦淀粉：直链玉米淀粉：直链木薯淀粉按质量分数为（2-3）:（7-15）:（1-3.5）组成。
6.根据权利要求1所述的一种零VOC挥发的水性木器涂料，其特征在于：所述防腐剂为1，2-苯异噻唑-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮中的一种或二种的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种零VOC挥发的水性木器涂料，其特征在于：所述乳化剂为聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯。
8.根据权利要求1所述的一种零VOC挥发的水性木器涂料，其特征在于：所述水性消泡剂为矿物油类水性消泡、有机硅类水性消泡、聚醚类水性消泡中的一种。
9.根据权利要求8所述的一种零VOC挥发的水性木器涂料，其特征在于：所述有机硅类水性消泡剂为聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷和乙二醇硅氧烷中的一种或二种以上的混合物。
10.根据权利要求1所述的一种零VOC挥发的水性木器涂料的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
步骤：将重量份数为60-80份的纯净水和0.01-0.05份的防腐剂在250-320转/分钟的速度下搅拌均匀，再缓慢加入5-10份的淀粉，边搅拌边升温，使温度达到90℃，继续搅拌4-6分钟，冷却至室温，再加入0.1-2份的乳化剂搅拌5分钟，再加入10-30份的蓖麻油以2000转/分钟的转速搅拌10分钟，接着降低转速至500转/分钟加入0.001-0.01份的水性消泡剂和0-1份的水性催化剂，搅拌10-20分钟，过滤即制得A组份；
步骤二：将A组分、B组分和纯净水按重量份数为1:0.3-1:0.3-1进行调配即得一种零VOC挥发的水性木器涂料。
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