CN106752540A - 一种高硬度、耐磨损水性木器漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高硬度、耐磨损水性木器漆及其制备方法，该木器漆包括以下重量百分比的组分：四针状纳米氧化锌晶须浆料5‑10％、水性丙烯酸树脂70‑80％、润湿剂1‑2％、消泡剂A 0.5‑1％、防沉剂0.2‑0.5％、蜡乳液0.3‑0.5％、去离子水1.5‑8％、成膜助剂A 5‑8％、流平剂1‑2％、流变助剂0.5‑1.0％、增稠剂1‑3％。本发明制备的水性木器漆不仅具有环保无污染的优点，还具有高硬度及耐磨损等性能，显著提高了涂料的触变性及施工性。

Description

一种高硬度、耐磨损水性木器漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性涂料领域，具体是一种高硬度、耐磨损水性木器漆，以及该水性木器漆的制备方法。

背景技术

水性木器漆是以水代替有机溶剂作为稀释剂的木器漆漆，并以高分子聚合物乳液或分散体为主要成膜物，通过使用各种助剂及颜填料改善漆膜性能，具有从生产、涂装到用户使用整个过程中产生的挥发性有机化合物(VOC)的含量极低的优势。

随着人们生活水平的提升，以及对生活质量的追求，水性木器漆以其无毒无污染、制备工艺简单和涂装美观等诸多优点而备受青睐。同时，水性木器涂料的推广对于资源的合理利用和环境卫生的改善，也十分有利。

然而，与传统溶剂型木器漆相比，水性木器漆因存在硬度相对较低、附着力不足，且不耐磨损等缺陷而使其应用受到限制，这种功能上的缺陷直接限制了水性木器漆的发展。因此，如何获得高硬度、耐磨、抗冲击等诸多优点集于一身的功能水性木器漆便成了本领域科研工作者的研究热点。

发明内容

本发明旨在提供一种高硬度、耐磨损水性木器漆及其制备方法，以解决现有技术存在的水性木器漆硬度低、附着力不足、不耐磨损等技术问题。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种高硬度、耐磨损水性木器漆，包括以下重量百分比的组分：

四针状纳米氧化锌晶须浆料 5-10％

水性丙烯酸树脂 70-80％

润湿剂 1-2％

消泡剂A 0.5-1％

防沉剂 0.2-0.5％

蜡乳液 0.3-0.5％

去离子水 1.5-8％

成膜助剂A 5-8％

流平剂 1-2％

流变助剂 0.5-1.0％

增稠剂 1-3％；

所述四针状纳米氧化锌晶须浆料包括以下重量百分比的组分：

四针状纳米氧化锌晶须 20-40％

分散剂 3-5％

消泡剂B 0.1-0.2％

成膜助剂B 6-10％

余量是水。

进一步的，所述的一种高硬度、耐磨损水性木器漆，包括以下重量百分比的组分：

四针状纳米氧化锌晶须浆料 5-7.8％

水性丙烯酸树脂 72-80％

润湿剂 1.2-2％

消泡剂A 0.7-1％

防沉剂 0.3-0.5％

蜡乳液 0.3-0.5％

去离子水 1.5-5％

成膜助剂A 5-8％

流平剂 1-1.8％

流变助剂 0.6-7％

增稠剂 1.2-3％；

所述四针状纳米氧化锌晶须浆料包括以下重量百分比的组分：

四针状纳米氧化锌晶须 25-40％

分散剂 4-5％

消泡剂B 0.15-0.2％

成膜助剂B 6-8.5％

余量是水。

进一步的，所述润湿剂是TEGO 4200或TEGO 270。

进一步的，所述消泡剂A是聚醚硅氧烷共聚物乳液；

优选的，所述消泡剂A是TEGO904W、TEGO825、TEGO902W中的一种；

任选的，所述消泡剂B是TEGO904W、TEGO902W、TEGO825中的一种。

进一步的，所述防沉剂是水性聚氧乙烯蜡类防沉剂；

优选的，所述防沉剂卡博特的M-5；

任选的，所述蜡乳液是PTFE蜡乳液；

任选的，所述分散剂是BYK2090、BYK191、TEGO752中的一种。

进一步的，所述成膜助剂A是二丙二醇丁醚；

任选的，所述成膜助剂B是丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚中的一种。

进一步的，所述流平剂是TEGO 410或TEGO 482；

任选的，所述流变助剂是聚醚聚氨酯类流变助剂；

优选的，所述流变助剂是德谦的WT-108。

进一步的，所述增稠剂是聚氨酯类增稠剂；

优选的，所述增稠剂是罗门哈斯的R2020。

进一步的，所述四针状纳米氧化锌晶须是晶宇的T-ZnOw；

任选的，所述分散剂是BYK2090、BYK191、TEGO752中的一种。

本发明还提供一种制备上述的高硬度、耐磨损水性木器漆的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备四针状纳米氧化锌晶须浆料：

按重量百分比称取各原料组分；

将四针状纳米氧化锌晶须与水混合制成质量浓度为20-40％的浆液；

加入分散剂，在2000-3000r/min转速下高速分散30min；

调整搅拌速度至500-1000r/min，依次加入成膜助剂B、消泡剂B，继续搅拌20min，制得四针状纳米氧化锌晶须浆料；

(2)制备水性木器漆：

按重量百分比称取各原料组分；

将水性丙烯酸树脂加入分散容器中，在500-1000r/min搅拌速度下依次加入润湿剂、消泡剂A、防沉剂、蜡乳液、去离子水，接着加入步骤(1)制得的四针状纳米氧化锌晶须浆料；

用1500-2000r/min转速高速搅拌30-50min；

高速搅拌完成后，搅拌速度调至500-1000r/min，依次加入成膜助剂A、流平剂、流变助剂、增稠剂，继续搅拌30min，得到高硬度、耐磨损水性木器漆。

其中，本发明所采用的各组分成分、含量的目的在于：

本发明制备的水性木器漆是以水性丙烯酸树脂作为分散介质，以高分子聚合物乳液或分散体为主要成膜物，并通过使用各种助剂及颜填料改善漆膜性能的一类木器漆。

本发明用去离子水、四针状纳米氧化锌晶须和相关助剂制成浆料，添加到水性木器漆配方中，可显著提高漆膜的硬度，并赋予其较强的耐磨性和附着力。其中，四针状纳米氧化锌晶须是四针状白色粉末形态，同时具有消光性能，可降低漆膜光泽。而且，四针状纳米氧化锌晶须具有独特的空间三维立体结构和良好的单晶性，可以在丙烯酸树脂中起骨架作用。当四针状纳米氧化锌晶须与丙烯酸树脂结合后，可以显著地改善本发明漆膜的强度，使漆膜对基材的抓着力更强，还可以有效避免单一针状晶须增强时需大量加入的缺点，并且可以显著提高漆膜硬度。

本发明采用的四针状纳米氧化性晶须浆料是将四针状纳米氧化锌晶须分散在水中，通过添加分散剂、成膜助剂以及消泡剂制成浆料，便于四针状纳米氧化锌晶须均匀地分散在水性丙烯酸树脂中进行调漆。其中，本发明四针状纳米氧化锌晶须浆料的最佳使用量为体系重量百分比的5-10％，当用量过低时，漆膜性能提高不明显；当用量过高时，则会导致四针状纳米氧化锌晶须分散不均，使得漆膜出现粗糙等缺陷。

本发明选用纯丙烯酸树脂作为主要成膜物质，其使用量为体系重量百分比的70-80％，使得制成的漆膜在干燥性、硬度、耐水性、成膜性和抗反黏性等性能上可以达到平衡，并可通过添加助剂来提高漆膜的某一种性能。

本发明所采用的润湿剂是TEGO 4200或TEGO 270，它对基材具有较强的润湿能力，具有防缩孔和低稳泡效果，可以增强漆膜对底材的附着力，使得本发明的漆膜在综合性能方面有全面的提升。本发明润湿剂的使用量为体系重量百分比的1-2％，用量过低时，漆膜流平不佳；用量过高，则会导致出现漆膜积边等弊病。

本发明的消泡剂A是TEGO904W、TEGO825、TEGO902W中的一种，为聚醚硅氧烷共聚物乳液，含气相二氧化硅。消泡剂A的使用可以有效抑制在调漆过程中产生的气泡，并使已产生的气泡逸出液面并破泡。本发明消泡剂A的最佳使用量为体系重量百分比的0.5-1％，用量过低达不到消泡的效果，过量使用则会导致出现漆膜缩孔等弊病。

本发明的防沉剂是选用水性聚氧乙烯蜡类防沉剂，其最佳用量为体系重量百分比的0.2-0.5％，主要作用是防止漆液中的四针状纳米氧化性晶须等物质出现沉降，且同时不影响漆液的黏度。

本发明的蜡乳液选用PTFE蜡乳液，其最佳用量为体系重量百分比的0.3-0.5％，可提高漆膜的抗划伤性，并且改善漆膜的手感。

本发明的成膜助剂A选用二丙二醇丁醚，其最佳用量为体系重量百分比的5-8％。在水分挥发后，二丙二醇丁醚可使水性丙烯酸树脂微粒形成均匀致密的漆膜，使其在低温下依然具有较好的成膜性。

本发明的流平剂选用TEGO 410或TEGO 482，该流平剂的成份为聚醚硅氧烷共聚物，在体系加入1-2％重量百分比的流平剂，即可有效改善木器漆的施工性能，形成光洁平整的漆膜。

本发明的流变助剂采用的是聚醚聚氨酯类流变助剂，其最佳用量为体系重量百分比的0.5-1.0％，可在给漆料提供良好的流动性和流平性同时，具有一定的增稠作用，其用量不宜过多，过多会导致漆液变稠，不利于低剪黏度的控制。

本发明的增稠剂选用的是聚氨酯类增稠剂，可提供有效的中剪切粘度与流动流平性的平衡，1-3％重量百分比的添加量即可使漆液达到合适的黏度范围，不仅可以提高一次涂装的漆膜厚度，同时可以防止漆液放置过长而出现分层现象。

有益效果：

1.本发明采用的四针状纳米氧化锌晶在涂层中均匀嵌布形成骨架，赋予漆膜高硬度、耐磨损等优异的性能，显著提高了涂料的触变性及施工性，根据国家标准GB/T 6739—2006《涂膜硬度铅笔测定法》，本发明在最佳用量下所制备的水性木器漆的漆膜硬度可达到1H。

2.本发明在制备四针状纳米氧化锌晶须浆料过程中，方法简单，没有使用有毒有害化学污染物。

3.本发明制得的水性木器漆配方中加入适量的的四针状纳米氧化锌晶须浆料，即可赋予漆膜涂层高硬度、耐磨损等优异的性能，同时漆膜的附着力也可同步得到改善。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1：一种高硬度、耐磨损水性木器漆的制备

表1实施例1-5水性木器漆配方表(wt％)

原料配方见表1，所有原料均为市面上可采购的常规产品。

制备方法：

(1)制备四针状纳米氧化锌晶须浆料：

按重量百分比称取各原料组分；

将四针状纳米氧化锌晶须与水混合制成质量浓度为20％的浆液；

加入分散剂，在2000r/min转速下高速分散30min；

调整搅拌速度至500r/min，依次加入成膜助剂B、消泡剂B，继续搅拌20min，制得四针状纳米氧化锌晶须浆料，其固含量为20％；

(2)制备水性木器漆：

按重量百分比称取各原料组分；

将水性丙烯酸树脂加入分散容器中，在500r/min搅拌速度下依次加入润湿剂、消泡剂、防沉剂、蜡乳液、去离子水，接着加入(1)中制备的四针状纳米氧化锌晶须浆料；

用1500r/min转速高速搅拌30min；

高速搅拌完成后，搅拌速度调至500r/min，在该转速下依次加入成膜助剂、流平剂、流变助剂、增稠剂，继续搅拌30min，得到高硬度、耐磨损水性木器漆。

实施例2：一种高硬度、耐磨损水性木器漆的制备

原料配方见表1。

制备方法：

(1)制备四针状纳米氧化锌晶须浆料：

按重量百分比称取各原料组分；

将四针状纳米氧化锌晶须与水混合制成质量浓度为30％的浆液；

加入分散剂，在1500r/min转速下高速分散30min；

调整搅拌速度至800r/min，依次加入成膜助剂B、消泡剂B，继续搅拌20min，制得四针状纳米氧化锌晶须浆料，其固含量为30％；

(2)制备水性木器漆：

按重量百分比称取各原料组分；

将水性丙烯酸树脂加入分散容器中，在800r/min搅拌速度下依次加入润湿剂、消泡剂、防沉剂、蜡乳液、去离子水，接着加入(1)中制备的四针状纳米氧化锌晶须浆料；

用1800r/min转速高速搅拌40min；

高速搅拌完成后，搅拌速度调至800r/min，在该转速下依次加入成膜助剂、流平剂、流变助剂、增稠剂，继续搅拌30min，得到高硬度、耐磨损、抗冲击水性木器漆。

实施例3：一种高硬度、耐磨损水性木器漆的制备

制备方法：

(1)制备四针状纳米氧化锌晶须浆料：

按重量百分比称取各原料组分；

将四针状纳米氧化锌晶须与水混合制成质量浓度为40％的浆液；

加入分散剂，在1500r/min转速下高速分散30min；

调整搅拌速度至800r/min，依次加入成膜助剂B、消泡剂B，继续搅拌20min，制得四针状纳米氧化锌晶须浆料，其固含量为40％；

(2)制备水性木器漆：

按重量百分比称取各原料组分；

将水性丙烯酸树脂加入分散容器中，在1000r/min搅拌速度下依次加入润湿剂、消泡剂、防沉剂、蜡乳液、去离子水，接着加入(1)中制备的四针状纳米氧化锌晶须浆料；

用2000r/min转速高速搅拌50min；

高速搅拌完成后，搅拌速度调至1000r/min，在该转速下依次加入成膜助剂、流平剂、流变助剂、增稠剂，继续搅拌30min，得到高硬度、耐磨损水性木器漆。

对比例1：一种水性木器漆的制备

表2对比例1-3水性木器漆配方表(wt％)

原料	对比例1	对比例2	对比例3
				水性丙烯酸树脂	80	77.2	80
润湿剂	1	2	2
				消泡剂	0.6	1	1
防沉剂	0.4	0.5	0.5
				蜡乳液	0.5	0.3	0.5
去离子水	6.5	7	6
				成膜助剂	8	7	7.1
流平剂	1	2	1
				流变助剂	0.5	1	0.7
增稠剂	1.5	2	1.2

原料配方见表1，所有原料均为市面上可采购的常规产品。

制备方法：

按重量百分比称取各原料组分；

将水性丙烯酸树脂加入分散容器中，在500r/min搅拌速度下按重量份依次加入润湿剂、消泡剂、防沉剂、蜡乳液、去离子水，完成上述步骤之后用1500rpm转速高速搅拌50min，高速搅拌完成后，搅拌速度调制800rpm，在该转速下依次加入成膜助剂、流平剂、流变助剂和增稠剂，继续搅拌30min后，得到高硬度、耐磨损且抗冲击水性木器漆。

对比例2：一种水性木器漆的制备

制备方法：

按重量百分比称取各原料组分；

将水性丙烯酸树脂加入分散容器中，在1000r/min搅拌速度下按重量份依次加入润湿剂、消泡剂、防沉剂、蜡乳液、去离子水，完成上述步骤之后用2000rpm转速高速搅拌35min.高速搅拌完成后，搅拌速度调制500rpm，在该转速下依次加入成膜助剂、流平剂、流变助剂和增稠剂，继续搅拌30min后，得到高硬度、耐磨损且抗冲击水性木器漆。

对比例3：一种水性木器漆的制备

制备方法：

按重量百分比称取各原料组分；

将水性丙烯酸树脂加入分散容器中，在800r/min搅拌速度下按重量份依次加入润湿剂、消泡剂、防沉剂、蜡乳液、去离子水，完成上述步骤之后用1500rpm转速高速搅拌30min.高速搅拌完成后，搅拌速度调制1000rpm，在该转速下依次加入成膜助剂、流平剂、流变助剂和增稠剂，继续搅拌30min后，得到高硬度、耐磨损且抗冲击水性木器漆。

性能测试：

1.根据国家标准GB/T 6739—2006《涂膜硬度铅笔测定法》，对实施例1-5、对比例1-3制备的木器漆的铅笔硬度进行性能测试；

2.采用国家标准GB/T6753.1-2007《色漆、清漆和印刷油墨研磨细度的测定》，对实施例1-5、对比例1-3制备的木器漆的指触干、耐磨性进行性能测试；

3.附着力是指漆膜附着基材的能力以及漆膜内部的结合强度，该性能直接影响着木器漆的保护性能，采用的是ASTM D3359测试方法。

表3实施例1-5、对比例1-3性能测试结果

通过上表可以得出，使用本发明的配方制备的水性木器漆，具有硬度高以及耐磨损等性能，均能达到或是超过国家标准；而对比例的铅笔硬度测试效果较差，指触干性能差，耐磨性、附着力性能表现一般。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高硬度、耐磨损水性木器漆，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：

四针状纳米氧化锌晶须浆料 5-10％

水性丙烯酸树脂 70-80％

润湿剂 1-2％

消泡剂A 0.5-1％

防沉剂 0.2-0.5％

蜡乳液 0.3-0.5％

去离子水 1.5-8％

成膜助剂A 5-8％

流平剂 1-2％

流变助剂 0.5-1.0％

增稠剂 1-3％；

所述四针状纳米氧化锌晶须浆料包括以下重量百分比的组分：

四针状纳米氧化锌晶须 20-40％

分散剂 3-5％

消泡剂B 0.1-0.2％

成膜助剂B 6-10％

余量是水。

2.根据权利要求1所述的一种高硬度、耐磨损水性木器漆，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：

四针状纳米氧化锌晶须浆料 5-7.8％

水性丙烯酸树脂 72-80％

润湿剂 1.2-2％

消泡剂A 0.7-1％

防沉剂 0.3-0.5％

蜡乳液 0.3-0.5％

去离子水 1.5-5％

成膜助剂A 5-8％

流平剂 1-1.8％

流变助剂 0.6-7％

增稠剂 1.2-3％；

所述四针状纳米氧化锌晶须浆料包括以下重量百分比的组分：

四针状纳米氧化锌晶须 25-40％

分散剂 4-5％

消泡剂B 0.15-0.2％

成膜助剂B 6-8.5％

余量是水。

3.根据权利要求1所述的一种高硬度、耐磨损水性木器漆，其特征在于，所述润湿剂是TEGO 4200或TEGO 270。

4.根据权利要求1所述的一种高硬度、耐磨损水性木器漆，其特征在于，所述消泡剂A是聚醚硅氧烷共聚物乳液；

优选的，所述消泡剂A是TEGO904W、TEGO825、TEGO902W中的一种；

任选的，所述消泡剂B是TEGO904W、TEGO902W、TEGO825中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种高硬度、耐磨损水性木器漆，其特征在于，所述防沉剂是水性聚氧乙烯蜡类防沉剂；

优选的，所述防沉剂卡博特的M-5；

任选的，所述蜡乳液是PTFE蜡乳液；

任选的，所述分散剂是BYK2090、BYK191、TEGO752中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种高硬度、耐磨损水性木器漆，其特征在于，所述成膜助剂A是二丙二醇丁醚；

任选的，所述成膜助剂B是丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种高硬度、耐磨损水性木器漆，其特征在于，所述流平剂是TEGO 410或TEGO 482；

任选的，所述流变助剂是聚醚聚氨酯类流变助剂；

优选的，所述流变助剂是德谦的WT-108。

8.根据权利要求1所述的一种高硬度、耐磨损水性木器漆，其特征在于，所述增稠剂是聚氨酯类增稠剂；

优选的，所述增稠剂是罗门哈斯的R2020。

9.根据权利要求1所述的一种高硬度、耐磨损水性木器漆，其特征在于，所述四针状纳米氧化锌晶须是晶宇的T-ZnOw；

任选的，所述分散剂是BYK2090、BYK191、TEGO752中的一种。

10.一种权利要求1-9任一所述的高硬度、耐磨损水性木器漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备四针状纳米氧化锌晶须浆料：

按重量百分比称取各原料组分；

将四针状纳米氧化锌晶须与水混合制成质量浓度为20-40％的浆液；

加入分散剂，在2000-3000r/min转速下高速分散30min；

调整搅拌速度至500-1000r/min，依次加入成膜助剂B、消泡剂B，继续搅拌20min，制得四针状纳米氧化锌晶须浆料；

(2)制备水性木器漆：

按重量百分比称取各原料组分；

将水性丙烯酸树脂加入分散容器中，在500-1000r/min搅拌速度下依次加入润湿剂、消泡剂A、防沉剂、蜡乳液、去离子水，接着加入步骤(1)制得的四针状纳米氧化锌晶须浆料；

用1500-2000r/min转速高速搅拌30-50min；

高速搅拌完成后，搅拌速度调至500-1000r/min，依次加入成膜助剂A、流平剂、流变助剂、增稠剂，继续搅拌30min，得到高硬度、耐磨损水性木器漆。