CN107446442B - 木制品静电喷涂前水性导电涂料及其应用 - Google Patents

木制品静电喷涂前水性导电涂料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了木制品静电喷涂前水性导电涂料及其应用，所述的水性导电涂料由水性丙烯酸乳液、石墨烯分散液、填料、硅烷、硅溶胶、成膜助剂、分散润湿剂、消泡剂、pH调整剂和去离子水等组分，该水性导电涂料可用于木制品喷涂前导电处理，木制品经处理并干燥后可在其表面形成一层致密的导电膜层，表面电阻为104‑107欧姆。该水性导电涂料可采用多种工艺处理木制品，可封闭木制品基材表面孔隙，改善基材表面导电性能，提高木制品的静电喷涂涂膜质量，减少涂膜流平固化过程中出现的针孔、气泡、开裂等现象，并促进木制品基材与涂料的附着力。

Description

木制品静电喷涂前水性导电涂料及其应用
技术领域
本发明涉及木制品静电喷涂前处理技术，特别是涉及一种木制品静电喷涂前水性导电涂料及其应用。
技术背景
粉末静电喷涂工艺是一种广泛应用于金属表面涂装的工艺技术，粉末涂层因其环保无害、高品质、美观、耐用而被广泛应用于涂装生产中。粉末喷涂的木制品已被证明即使是在高湿高热等极端环境下，也具有经久耐用的特点(如粉末喷涂MDF板限制甲醛的释放)，此外还具有抗污和防潮、不剥落或分层等特点。粉末喷涂是传统涂层涂装(如三聚氰胺板，层压板，热固性涂装或液体涂装)的升级替代品。木制品的静电喷涂原理和金属静电喷涂原理相同，但由于天然木材和人造板材都是电的不良导体，在喷涂之前需进行处理使其获得良好的导电性，使其能快速吸附带电涂料。
一般地，木制品基材表面获得导电性主要有预热法、喷涂导电液或者喷涂导电涂料。预热法是使木制品受热将内部水分蒸逸至表面，使其表面具有导电性而获得静电吸粉能力，但在涂料固化时，内部水分等挥发物在受热时以气态形式继续发挥，容易造成涂膜流平、固化过程中出现的气泡、开裂等现象，而且预热法不能很好地适应多种规格木制品共线喷涂生产，因为既获得表面导电性又不破坏其含水率的平衡，给预热工艺参数控制带来了极高的难度，容易诱发产品涂膜质量；喷涂导电液(剂)或导电涂料可改善木制品基材表面导电性能，实现在常温下进行静电吸附，但由于木制品基材表面粗糙，存在大量的细微空隙凹坑，导电液由于自身特点无法实现对木制品基材孔隙的完全封闭，而导电涂料则解决了该问题，避免了其它导电处理方法的弊端。
发明内容
本发明的目的在于提供木制品静电喷涂前水性导电涂料及其应用。利用石墨烯优异导电性能、硅烷强化电气性能和耐性而制备的水性导电涂料可以在木制品基材表面形成的一层致密的导电涂膜，表面电阻104-107欧姆，该涂料并能封闭木制品基材表面孔隙等缺陷，从而减少后续涂层在流平固化过程中出现的针孔、气泡、开裂等现象，提高喷涂涂膜质量。本发明具有以下几个优点：(1)配制简单易得，使用方便；(2)水性无毒环保安全，不含有害溶剂成分；(3)处理兼容性强，适用于喷涂、滚喷、浸涂和刷涂等处理工艺；(4)获得的导电涂膜致密，对木制品基材孔隙封闭彻底，并促进基体与有机涂料的结合力，从而提高木制品的耐用性。
一种木制品静电喷涂前水性导电涂料，所述的水性导电涂料各组成原料按质量份计为：
Figure BDA0001390856740000021
所述的木制品静电喷涂前水性导电涂料的制备方法为：
1)按各组成原料的质量份配比，将水性丙烯酸乳液、石墨烯分散液、硅溶胶和质量份配比一半的消泡剂加入到混合釜内，进行低速搅拌成乳液混合物；
2)按各组成原料的质量份配比，将填料、硅烷、成膜助剂、分散润湿剂、pH调整剂、去离子水和剩余的消泡剂加入到混合釜内，进行高速分散研磨制成浆料；
3)将浆料分批慢速加入到乳液混合物中，待前批加入的浆料经低速搅拌均匀后继续加入后批浆料，直至混合完毕，即得水性导电涂料。
优选的，所述的填料选自钛白粉，绢云母或硅藻土中的一种或多种。
优选的，所述的硅烷，其单体结构式为：
R-Si-(OR’)3
R表示的基团为乙烯基、脲基、异氰酸基、丙烯酰氧基；OR’表示的基团为甲氧基，乙氧基或乙酰氧基；所述的硅烷为单体或其低聚物中的一种或多种，所述低聚物的聚合度为2-20。
优选的，所述的成膜助剂为纤维素衍生物，选自甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素中的一种或多种。
优选的，所述的pH调整剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP-95)。
为了降低水性丙烯酸树脂的生产和设备投资成本，本发明所述的水性丙烯酸乳液可以直接选用质量更加稳定的商品化的水性丙烯酸乳液，如帝斯曼Neocryl XK系列、巴斯夫的Joncryl 1915或Luhydran A848S。
本发明所述的石墨烯分散液：用于水性导电涂膜的电学和电气性能，以去离子水作为分散介质，以浆料形式存在，其分散浓度为0.5-5wt％，可以使用少量DMF等助溶溶剂或SDS等表面活性剂对石墨烯粉体产品进行水性研磨分散，制成浆料，或直接选用已商品化石墨烯产品。
本发明所述的硅溶胶，用以提高水性导电涂层的机械力学性能，以去离子水作为溶胶分散介质，二氧化硅粒径为5-50nm，优选的粒径为8-20nm。可以用去离子水对纳米气相二氧化硅商品进行高速剪切分散成溶胶，或直接选用商品化的硅溶胶产品。
本发明所述的分散润湿剂和消泡剂等因为此类组分作为水性涂料的通用成分，品种不做特定的限制。分散润湿剂能对填料等组分润湿并使其均匀分散在水性丙烯酸乳液中，提高组分间的相容性而避免絮凝或沉降达到存储稳定，分散润湿剂可采用含改性基团的共聚物如改性聚醚等，可以直接选用商品化的分散润湿剂。
消泡剂为常用的消泡剂，事实上能起到消泡作用的物质均可以作为本发明的消泡剂，可以选用高级醇、聚醚类或有机硅类消泡剂，又或者可以直接选用商品化的消泡剂，如毕克BYK系列的消泡剂或海明斯德谦Defom系列的消泡剂等。
本发明还公开了一种所述的木制品静电喷涂前水性导电涂料在木制品粉末、水性漆和油漆静电喷涂中的应用。
优选的，所述的水性导电涂料用于木制品静电喷涂前的表面导电前处理。
优选的，对木制品的处理方式为喷涂、滚喷、浸涂或刷涂；干燥采用红外辐射加热，温度为60-120℃，时间为1-10min。
对水性导电涂料处理木制品，可封闭木制品基材表面孔隙，改善基材表面导电性能，提高木制品的静电喷涂涂膜质量，减少涂膜流平固化过程中出现的针孔、气泡、开裂等现象，并可促进木制品基材与涂料的附着力。
同现有的木制品静电喷涂前导电处理技术相比，本发明具有以下几个优点：(1)配制简单易得，使用方便；(2)水性无毒环保安全，不含有害溶剂成分；(3)处理兼容性强，适用于喷涂、滚喷、浸涂和刷涂等处理工艺；(4)获得的导电涂膜致密，对木制品基材孔隙封闭彻底，并促进基体与有机涂料的结合力，从而提高木制品的耐用性。
具体实施方式
实施例1-5：
木制品静电喷涂前水性导电涂料组成原料各组分含量见表1。其制备方法为：
1)按各组成原料的质量份配比，将水性丙烯酸乳液、石墨烯分散液、硅溶胶和质量份配比一半的消泡剂加入到混合釜内，进行低速搅拌成乳液混合物；
2)按各组成原料的质量份配比，将填料、硅烷、成膜助剂、分散润湿剂、pH调整剂、去离子水和剩余的消泡剂加入到混合釜内，进行高速分散研磨制成浆料；
3)将浆料分批慢速加入到乳液混合物中，待前批加入的浆料经低速搅拌均匀后继续加入后批浆料，直至混合完毕，即得水性导电涂料。
将上述制得的水性导电涂料对各种木制品基材进行导电处理后并红外辐射干燥，具体应用参数见表2，最后可在木制品基材表面形成结构致密的导电涂膜。
对木制品基材表面导电处理及其涂层性能试验结果见表3。
表1：本发明实施例制备的水性导电涂料组成及含量
Figure BDA0001390856740000041
Figure BDA0001390856740000051
表2：本发明实施例制备的水性导电涂料的应用
Figure BDA0001390856740000061
表3：本发明实施例制备的水性导电涂料涂膜性能试验结果
Figure BDA0001390856740000062
实施例综合证明了本发明技术制备的水性导电涂料处理木制品后可在其基体表面形成一层光滑平整、导电性能良好的漆膜，有良好的封闭性能和耐水性，且与有机涂料结合好，可应用于木制品喷涂前导电处理的规模化生产。
虽然已经参照具体地实施方式详细说明了本发明及其性能优点，但是应当理解在不超出有所付的权利要求限定的本发明的主旨和范围的情况下可以进行各种修改、替代和变换。本领域的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；这些修改和替代，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种木制品静电喷涂前水性导电涂料，其特征在于：所述的水性导电涂料各组成原料按质量份计为：
水性丙烯酸乳液 100
石墨烯分散液 2-15
填料 5-12
硅烷 0.1-2
硅溶胶 0.1-1
成膜助剂 1-5
分散润湿剂 0.5-1.5
消泡剂 0.1-0.5
pH调整剂 0.01-0.1
去离子水 1-10
所述的填料选自钛白粉，绢云母或硅藻土中的一种或多种；所述的成膜助剂为纤维素衍生物，选自甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素中的一种或多种；所述的pH调整剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇；所述的石墨烯分散液以去离子水作为分散介质，石墨烯的分散浓度为0.5-5wt%；所述的硅溶胶以去离子水作为溶胶分散介质，二氧化硅粒径为5-50nm；
所述的木制品静电喷涂前水性导电涂料的制备方法为：
1）按各组成原料的质量份配比，将水性丙烯酸乳液、石墨烯分散液、硅溶胶和质量份配比一半的消泡剂加入到混合釜内，进行低速搅拌成乳液混合物；
2）按各组成原料的质量份配比，将填料、硅烷、成膜助剂、分散润湿剂、pH调整剂、去离子水和剩余的消泡剂加入到混合釜内，进行高速分散研磨制成浆料；
3）将浆料分批慢速加入到乳液混合物中，待前批加入的浆料经低速搅拌均匀后继续加入后批浆料，直至混合完毕，即得水性导电涂料。
2.如权利要求1所述的木制品静电喷涂前水性导电涂料，其特征在于所述的硅烷，其单体结构式为：
R-Si-(OR’)3
R表示的基团为乙烯基、脲基、异氰酸基、丙烯酰氧基；OR’表示的基团为甲氧基，乙氧基或乙酰氧基；所述的硅烷为单体或其低聚物中的一种或多种，所述低聚物的聚合度为2-20。
3.权利要求1所述的水性导电涂料用于木制品静电喷涂前的表面导电前处理，对木制品的处理方式为喷涂、滚喷、浸涂或刷涂；干燥采用红外辐射加热，温度为60-120℃，时间为1-10min。
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