CN106893468B - 水性木器涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了水性木器涂料及其制备方法。该水性木器涂料，其按照质量份包含水、100份混合树脂组分和70～100份硅氧烷物；其中混合树脂组分的原料包含由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成的混合树脂。本发明以水性木器涂料以水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成的混合树脂和硅氧烷物交联而成的固化物为漆膜。由于该漆膜含有硅氧链段，具有较大的硬度、较好的耐磨性、较高的透明度和较高丰满度的漆膜。由于以水为溶剂，因此具有交低的VOC。

Description

水性木器涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料的技术领域，具体而言，涉及水性木器涂料及其制备方法。
背景技术
水性木器涂料是水性漆是以水作为稀释剂的漆。水性漆包括水溶性漆、水稀释性漆、水分散性漆(乳胶涂料)三种。水溶性漆是以水溶性树脂为成膜物，以聚乙烯醇及其各种改性物为代表，除此之外还有水溶醇痠树脂、水溶环氧树脂及无机高分子水性树脂等。
目前，出现了较多的水性木器涂料的相关报道。例如中国专利CN106318049A公开了一种一种防虫水性木器涂料，该防虫水性木器涂料由以下重量份数组成：苯丙乳液20～25份、防虫剂8～10份、分散剂1～2份、消泡剂0.8～1.5份、成膜助剂1～3份、二苯甲酮0.5～1.5份和水59～66份；防虫剂为载除虫菊素的壳聚糖，其制备方法为：将除虫菊素溶于乙醇中，制得除虫菊素-乙醇溶液，将壳聚糖溶于3wt％醋酸水溶液中，制得壳聚糖水溶液，将除虫菊素-乙醇溶液与壳聚糖水溶液混合均匀，经喷雾干燥得载除虫菊素的壳聚糖。分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂或丙烯酸共聚物铵盐。除虫菊素与乙醇的质量比为1：4～6，壳聚糖与3wt％醋酸水溶液质量比为1：15～20，除虫菊素-乙醇溶液与壳聚糖水溶液质量比为1：4～6。
现有技术中，水性木器漆普遍存在硬度差、漆膜干瘪、耐磨性差、透明度差等缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明一方面在于提供一种水性木器涂料，该水性木器涂透明度较高，耐磨性较高，硬度较大。
一种水性木器涂料，其按照质量份包含水、100份混合树脂组分和70～100份硅氧烷物；其中混合树脂组分的原料包含由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成的混合树脂。
进一步地，所述水的质量份为10～20份。
进一步地，所述水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂的羟基含量均为1～4.5wt％。
进一步地，所述水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂的重均分子量为2000～20000。
进一步地，还包含酸度调节剂，所述酸度调节剂的含量为以pH为4～6为用量。
进一步地，所述硅氧烷物的结构式为R1-Si(OR2)x，其中，X为2～4，R1为—H、未取代或任意基取代的烃基烃基，R2为异丁基或正丁基。
进一步地，所述混合树脂组分的原料还包含填料，所述填料与混合树脂的质量之比(1～10)：10。
进一步地，所述混合树脂组分的原料还包含助剂，所述助剂与混合树脂的质量之比(1～3)：100。
进一步地，所述混合树脂组分的原料还包含水，所述助溶剂与混合树脂的质量之比(10～20)：100。
本发明另一方面在于提供一种水性木器涂料的制备方法，由该制备方法所得到的水性木器涂料VOC低，耐磨性较高，硬度较大。
一种水木器涂料的制备方法，包括以下步骤：
将包含由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成的混合树脂的原料混合，形成混合树脂组分；
以及，按照质量份将水、70～100份硅氧烷物和100份所述混合树脂组分混合。
本发明以水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成的混合树脂和硅氧烷物交联而成的固化物为漆膜。由于该漆膜含有硅氧链段，具有较大的硬度、较好的耐磨性和较高的透明度。由于以水为溶剂，因此具有较低的VOC。
具体实施方式
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)；
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
本发明的水性木器涂料，其按照质量份包含水、100份混合树脂组分和70～100份硅氧烷物，硅氧烷物的质量份可以为70份、71份、73份、75份、80份、85份、90份、95份、98份或100份等；其中混合树脂组分的原料包含由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成的混合树脂。
此处，水性羟基丙烯酸树脂是指以含有羟基的聚丙烯酸酯为分散相、以水为分散介质的均相分散体系，其涵盖羟基丙烯酸乳液、羟基丙烯酸分散体或羟基丙烯酸水溶液三种形态的分散体系，优选为羟基丙烯酸分散体。容易理解的是，于本发明中，水性羟基丙烯酸树脂的分散相优选为线性羟基聚丙烯酸。水性羟基丙烯酸树脂可以采用已知的技术合成，如中国专利CN106188390A、CN102627720A、CN102161770A、CN102432766A等不限于此。
此处，水性羟基聚氨酯树脂是指以含有羟基的聚氨酯为分散相、以水为分散介质的均相分散体系。其涵盖羟基聚氨酯乳液、羟基聚氨酯分散体或羟基聚氨酯水溶液三种形态的分散体系，优选为羟基聚氨酯分散体。容易理解的是，于本发明中，水性羟基聚氨酯树脂的分散相优选为线性羟基聚氨酯。水性羟基聚氨酯树脂可以采用已知的技术合成，如中国专利CN1572849A、CN1316445A、CN1278539A、CN106117509A等不限于此。
上述混合树脂中，水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂的混合比例不作限定，可根据实际产品的性能(例如成膜的韧性和刚性的需求)所选作常规的调节。
水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂的羟基含量均为1～4.5wt％。此范围内的羟基含量能保证固化反应的速率适当，以保证固化的稳定性。具体而言，羟基过少，则固化过慢，交联度过低导致耐水性较差；羟基过多，固化过于剧烈而难以控制，并且导致交联度过高则。
水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂的重均分子量较佳地为2000～20000。若二者的分子量过高，则固化的分子位阻过大，降低固化速率；若二者的分子量过低，则交联度过低，会降低耐水性。
需要补充的是，混合树脂与硅氧烷物在水的作用下交联固化的反应历程是，首先，硅氧烷物中的硅氧烷基在水的作用下水解而生成硅醇基，硅羟基基与混合树脂的羟基缩合交联以固化得到三维网状的漆膜。
此处，硅氧烷物是指分子结构中含有硅氧烷基团的化合物，其具有分子通式R1-Si(OR2)x，其中，R1为—H、未取代或任意基取代的烃基，R2为烷烃基，x通常为自然数。但在本发明中，鉴于硅氧烷物对混合树脂所起的交联固化作用，硅氧烷物的反应的活性点必需为2以上，即硅氧烷物必需地为二官能度以上，因此x为2～4。硅氧烷物可列举出KH-550(氨基丙基三乙氧基硅氧烷)、KH-560(异丙基氧丙基三甲氧基硅氧烷)、苯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅氧烷、甲基三乙氧基硅烷、硅酸四乙酯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)等。
上述硅氧烷物不仅仅作为固化剂，更重要的是，其含有的硅氧键被引入漆膜中，以赋予漆膜更优异的抗表面张力更高，提高了抗沾污性。
在硅氧烷物对混合树脂的固化反应中，同时难以避免地发生硅羟基的自聚反应等副反应。为了抑制该副反应以更有利于固化反应占据优势，上述R2较好地C3～4，特别优选为异丁基或正丁基。虽然R2的碳链过长能更好等抑制硅醇的自聚，但同时也抑制了硅氧基的水解，降低了硅羟基的生成活性，不仅如此，也增强了硅氧烷物的疏水性，以造成更大的同混合树脂的分子相容性而降低固化反应活性；若R2的碳链过短，则加快了硅氧烷的水解而使得自聚反应占据优势。
当然，还可以采用其它的手段来抑制该副反应以更有利于固化反应，如水性木器涂料还可包含酸度调节剂，该酸度调节剂的含量为以pH为4～6为用量。酸度调节剂使得固化反应维持较适宜的pH，以保证硅醇的自聚保持较为适当的速度。酸度调节剂可列举出乙酸、盐酸、草酸等，优选为乙酸和盐酸。
上述水的质量份较好地为10～20份，例如10份、10.5份、11份、13份、15份、18份、20份等。该范围用量的水，能保证硅氧烷的水解速率适当以提高固化的稳定性。
混合树脂组分的原料还包含填料，填料与混合树脂的质量之比(1～10)：100，例如100：1、100：1.2、100：1.5、100：2、100：2.5、100：3、100：4、100：5.5、100：7、100：9、100：9.5或100：10等。
填料可列举出云母粉、白炭黑、玻璃粉、硅微粉、透明粉、滑石粉等公知的形式。
混合树脂组分的原料还包含助剂，助剂与混合树脂的质量之比(1～3)：100，例如100：1、100：1.05、100：1.1、100：1.2、100：1.5、100：2、100：2.5、100：2.8、100：3等。
助剂可有聚乙烯均聚物或共聚物类、脂肪酸类和酯类等的分散剂。聚氧乙烯烷基酚醚，聚氧乙烯脂肪醇醚，聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物的润湿剂。聚氨酯类增稠剂。聚醚类及矿物油类消泡剂等。
混合树脂组分的原料还包含水，水与混合树脂的质量之比(20～40)：100，例如20：100、22：100、25：100、30：100、35：100、38：100、40：100等。
本发明的水性木器涂料的制备方法，包括以下步骤：
将将包含由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成的混合树脂的原料混合，形成混合树脂组分；
以及，按照质量份将水、70～100份硅氧烷物和100份所述混合树脂组分混合。
至于上述混合的加料顺序，不作限定，其不会特别损害本发明产品的性能。
以上未述及之处适用于现有技术。
实施例1
步骤一、混合树脂组分的制备。首先配比混合树脂组分的原料，即混合树脂(由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成)：填料：助剂：水＝100：1：1：10，取出混合树脂放入容器中，500r/min分散2～3分钟，加入润湿剂500r/min分散2～3分钟。加入分散剂、消泡剂500r/min分散2～3分钟。加入填料，在1200r/min分散20分钟后加入增稠剂800r/min分散4分钟后速度调至到300r/min分散4分钟消泡后检测包装。
步骤二、按照质量份将10份水、70份硅氧烷物和100份所述混合树脂组分混合。
实施例2
步骤一、混合树脂组分的制备。首先配比混合树脂组分的原料，即混合树脂(由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成)：填料：助剂：水＝100：10：3：20，取出混合树脂放入容器中，500r/min分散2～3分钟，加入润湿剂500r/min分散2～3分钟。加入分散剂、消泡剂500r/min分散2～3分钟。加入填料，在1200r/min分散20分钟后加入增稠剂800r/min分散4分钟后速度调至到300r/min分散4分钟消泡后检测包装。
步骤二、按照质量份将20份水、100份硅氧烷物和100份所述混合树脂组分混合。
实施例3
步骤一、混合树脂组分的制备。首先配比混合树脂组分的原料，即混合树脂(由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成)：填料：助剂：水＝100：1：3：15，取出混合树脂放入容器中，500r/min分散2～3分钟，加入润湿剂500r/min分散2～3分钟。加入分散剂、消泡剂500r/min分散2～3分钟。加入填料，在1200r/min分散20分钟后加入增稠剂800r/min分散4分钟后速度调至到300r/min分散4分钟消泡后检测包装。
步骤二、按照质量份将20份水、70份硅氧烷物和100份所述混合树脂组分混合。
实施例4
步骤一、混合树脂组分的制备。首先配比混合树脂组分的原料，即混合树脂(由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成)：填料：助剂：水＝100：5.5：2：15，取出混合树脂放入容器中，500r/min分散2～3分钟，加入润湿剂500r/min分散2～3分钟。加入分散剂、消泡剂500r/min分散2～3分钟。加入填料，在1200r/min分散20分钟后加入增稠剂800r/min分散4分钟后速度调至到300r/min分散4分钟消泡后检测包装。
步骤二、按照质量份将10份水、85份硅氧烷物和100份所述混合树脂组分混合。
实施例5
步骤一、混合树脂组分的制备。首先配比混合树脂组分的原料，即混合树脂(由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成)：填料：助剂：水＝100：5.5：2：15，取出混合树脂放入容器中，500r/min分散2～3分钟，加入润湿剂500r/min分散2～3分钟。加入分散剂、消泡剂500r/min分散2～3分钟。加入填料，在1200r/min分散20分钟后加入增稠剂800r/min分散4分钟后速度调至到300r/min分散4分钟消泡后检测包装。
步骤二、按照质量份将15份水、85份硅氧烷物和100份所述混合树脂组分混合。
对比例
溶剂型聚酯漆。
将实施例1～5和对比例进行测试，其结果如下表：
本发明具有以下优势：
1、水的成分占40％左右，整体VOC低于300g/L，较为环保。
2、本发明为常温下通过酸抑制硅氧烷固化剂自聚以及硅醇与羟基的反应。来延长胶化时间。达到节约成本，提高施工效率的目的。
3、本发明的成膜物质为水性羟基丙烯酸树脂、水性羟基聚氨酯树脂的羟基通过和硅醇的交联及硅醇的自聚而形成。具有均匀、连续的漆膜，而且化学键能高，具有很好的稳定性。
由于本发明中所涉及的各工艺参数的数值范围在上述实施例中不可能全部体现，但本领域的技术人员完全可以想象到只要落入上述该数值范围内的任何数值均可实施本发明，当然也包括若干项数值范围内具体值的任意组合。此处，出于篇幅的考虑，省略了给出某一项或多项数值范围内具体值的实施例，此不应当视为本发明的技术方案的公开不充分。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式选择等，落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种水性木器涂料，其特征在于，其按照质量份包含10～20份水、100份混合树脂组分和70～100份硅氧烷物；其中混合树脂组分的原料包含由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成的混合树脂；
所述水性木器涂料还包含酸度调节剂，所述酸度调节剂的含量为以pH为4～6为用量；
所述硅氧烷物的结构式为R1-Si(OR2)x，其中，x为3，R1为—H、未取代或任意基取代的烃基，R2为异丁基或正丁基。
2.根据权利要求1所述的水性木器涂料，其特征在于，所述水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂的羟基含量均为1～4.5wt％。
3.根据权利要求1所述的水性木器涂料，其特征在于，所述水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂的重均分子量为2000～20000。
4.根据权利要求1所述的水性木器涂料，其特征在于，所述混合树脂组分的原料还包含填料，所述填料与混合树脂的质量之比为(1～10)：100。
5.根据权利要求1所述的水性木器涂料，其特征在于，所述混合树脂组分的原料还包含助剂，所述助剂与混合树脂的质量之比为(1～3)：100。
6.根据权利要求1所述的水性木器涂料，其特征在于，所述混合树脂组分的原料还包含水，所述水与混合树脂的质量之比为(10～20)：100。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的水性木器涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将包含由水性羟基丙烯酸树脂和水性羟基聚氨酯树脂组成的混合树脂的原料混合，形成混合树脂组分；
以及，按照质量份将水、70～100份硅氧烷物和100份所述混合树脂组分混合。
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