CN107573830A - 一种纳米水性uv紫外光固化清漆及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米水性UV紫外光固化清漆，包括如下组分：水性聚氨酯分散体65～80份，消泡剂0.4～1份，润湿剂0.5～1.5份，流平剂0.5～1份，纳米助剂0.1～3份，水性光引发剂2～3份，增稠剂0.2～1份，成膜助剂3～5份，水2～30份；所述纳米助剂为纳米纤维素晶体、纳米氧化铝颗粒中的一种或两种的组合。本发明进一步提供了所述清漆的制备方法。本发明的纳米水性UV紫外光固化清漆具有优异的硬度、韧性以及耐磨性，为水性环保产品，适用于各类高端室内木质家具及室内木地板涂装。

Description

一种纳米水性UV紫外光固化清漆及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及涂料领域，具体涉及一种纳米水性UV紫外光固化清漆。

背景技术

近年来，UV紫外光固化涂料发展迅速，其主要优点为固化快，能耗低，固化后的漆膜性能优异，生产效率高等。但是随着UV紫外光固化涂料在各领域深度应用，其自身的缺点也逐渐暴露出来：1、使用的稀释单体有一点的挥发性，会成为VOC排放，对工人身体造成伤害和污染环境；2、使用的引发剂发生分解后会产生苯甲醛等有毒有害物质，对工人身体造成伤害和污染环境；3、使用的稀释单体多为丙烯酸类，固化时体积收缩较大，易引起漆膜附着力不良。因此UV紫外光固化涂料的水性化，成为改善UV紫外光固化涂料环保问题的一个重要途径。

水性UV紫外光固化涂料具有传统UV紫外光固化涂料的优点，同时也具有水性涂料的优点，如：粘度高低易控制，施工性好，适用于多种施工方式，用水做稀释剂解决了VOC挥发的毒性和刺激性问题，不易燃烧等。正因为水性UV紫外光固化涂料的诸多优点，近年来发展势头迅猛。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种硬度高、韧性好且耐磨的水性UV紫外光固化清漆产品。该产品主要面对既对环保有要求又对漆膜性能有要求的高端家具和室内木地板行业。

为了实现本发明目的，本发明提供的纳米水性UV紫外光固化清漆，按重量份计，包括如下组分：

本发明优选上述方案中各组用量分占清漆总质量的百分比之和为100％。

本发明通过选择特定的纳米助剂，对产品进行改性，解决一般水性UV紫外光固化清漆只硬不韧，力学性能差的缺点；又利用水性UV紫外光固化清漆本身交联密度高，硬度好的特点搭配所述特定的纳米助剂进一步提升漆膜的耐磨性。本发明所述纳米助剂为宽度5～75nm、长度50～500nm的纳米纤维素晶体或平均粒径小于25nm的纳米氧化铝颗粒中的一种或两种的组合。当二者混合使用时，所述纳米纤维素晶体与纳米氧化铝颗粒的质量比优选为1:1.5～1:5，更优选为1:2～1:3。本发明所述纳米纤维素晶体可采用开翊(CHEMKEY)公司的生产的KEXLAN CNC。在实际应用中，由于氧化铝颗粒较难分散或者研磨至需求的纳米级，因此可购买商品化的纳米级氧化铝颗粒分散体。例如，可采用德国BYK公司生产的NANOBYK3603、晶瑞新材料有限公司生产的VK-L30W等，上述均为纳米氧化铝颗粒水分散体。

在通过加入纳米助剂提高清漆耐磨性的基础上，本发明进一步对成膜助剂进行优选，以进一步提高产品的韧性。具体而言，所述成膜助剂优选为乙二醇单丁醚(BCS)、二乙二醇丁醚(DB)、二丙二醇甲醚(DPM)、二丙二醇丁醚(DPNB)中的一种或多种的混合物，优选为二丙二醇丁醚、乙二醇单丁醚中的一种或两种。在实际生产过程中，所述成膜助剂可以一次性加入，也可以分步骤加入，优选为分步骤加入。

本发明所述的水性聚氨酯分散体为需要紫外光固化的水性聚氨酯分散体，理想的选择如万华化学生产的产品Urosin 4617水性聚氨酯分散体，科思创生产的UV VP LS 2317水性聚氨酯分散体等。在实际应用中，可选用单一的水性聚氨酯分散体品种，也可以将不同品种的水性聚氨酯分散体以质量比1:2～2:1混合使用。

本发明优选所述消泡剂为有机硅氧烷类消泡剂、不含有机硅的憎水性固体及破泡聚合物的混合物类消泡剂或上述两种或以上的消泡剂。本发明中理想的消泡剂为德国BYK公司的BYK024、BYK028、赢创公司的tego810、tego902w等。在实际应用中，可选用单一的消泡剂品种，也可以将不同品种的消泡剂以质量比1:2～2:1混合使用。

本发明优选所述润湿剂为有机硅聚醚共聚物、阴/非离子表面活性剂或上述两种或以上的混合物。本发明中理想的润湿剂为德国BYK公司的BYK346、BYK349，赢创公司的tego270、twins4100等。

本发明优选所述流平剂为丙烯酸酯类流平剂、聚硅氧烷类流平剂或上述两种或以上的混合物。本发明中理想的流平剂为法国先创PW336、德国BYK公司的BYK333、赢创公司的tego450等。

本发明所述水性光引发剂为高效的自由基(I)型光引发剂。本发明中理想的水性光引发剂为巴斯夫(BASF)生产的IRGACURE 2959、英力科技生产的IHT-PI 659等。

本发明所述增稠剂优选为聚醚类增稠剂、聚氨酯类增稠剂或上述两种或以上的混合物。本发明中理想的增稠剂为罗门哈斯2050D、RM-12W、德谦-海明斯R299；合肥安科HEUR-D等。在实际生产过程中，所述增稠剂可以一次性加入，也可以分步骤加入，优选为分步骤加入。

本发明所述清漆中还可以进一步加入功能助剂，如杀菌剂、pH调节剂等。具体而言：

所述杀菌剂优选为不含N-/O-缩甲醛的CMI(水性氯甲基异噻唑啉酮)、MI(水性甲基异噻唑啉酮)以及溴硝基丙二醇或上述两种或以上的混合物。本发明中理想的杀菌剂为德国舒美公司的Parmetol A28或Parmetol K20，罗门哈斯的LXE杀菌剂及英国舒尔MV杀菌剂。加入量为0.1～0.5％。

所述pH调节剂可选择面漆中常用类型，其中，优选为气味小的醇胺，例如美国ANGUS的AMP-95(分子结构为2-氨基-2-甲基-1-丙醇)。本发明调整pH值目的是为了保证储存过程中的稳定性，具体的加入量以控制所述纳米水性UV紫外光固化清漆的pH值为8～9为准。

作为本发明的一种优选方案，所述清漆包括如下组分：

pH值调节剂使所述清漆pH值为8～9；

所述纳米助剂由纳米纤维素晶体和纳米氧化铝颗粒以质量比1:2～1:3混合而成；

所述成膜助剂由二丙二醇丁醚和乙二醇单丁醚以质量比1:2～2:1混合而成。

本发明还同时提供了上述制备纳米水性UV紫外光固化清漆的制备方法，包括如下步骤：

先将水性聚氨酯分散体倒入分散釜中，搅拌，用pH调节剂调整pH值至8～9，加入杀菌剂，再将成膜助剂、润湿剂、消泡剂及流平剂预混合均匀后在搅拌的状态下缓慢加入，再缓慢加入纳米助剂，搅拌均匀后，再加入部分增稠剂，高速分散，检验细度合格且无油缩后，再将用成膜助剂溶解好的水性光引发剂缓慢加入，中速分散，检验细度合格且无油缩后，加入水以及剩余的增稠剂，搅拌均匀，即可。

本发明通过对各物质的加入顺序进行优化，可以确保所得清漆产品能够充分混合，性质均一稳定。

本发明在制备时的特定环节，对分散速度进行优化，可以进一步改善所得清漆的混合程度，确保涂覆后实现更加优异的韧性以及耐磨性。具体而言：本发明在加入部分增稠剂后进行高速分散，所述高速分散优选为以2500～3000转/分钟的速度分散15～20分钟。本发明在将用成膜助剂溶解好的水性光引发剂缓慢加入后进行中速分散，所述中速分散优选为以1500～2000转/分钟的速度搅拌10～15分钟。

注意：生产过程全程应避免阳光或者其他强光源直射。

本发明提供的纳米水性UV紫外光固化清漆可以应用于实木家具、板式家具及室内木地板涂装中，具有优异的应用效果。

本发明的纳米水性UV紫外光固化清漆，具有如下优点：本发明采用了水性聚氨酯分散体，以水为主要溶剂，绿色环保，节约能源，便于施工；本发明产品先经过一定时间的烘干，在经过数秒的紫外灯照射即可完全干燥，干燥后的漆膜硬度高，韧性好且耐磨性好，各项指标符合国家标准；本发明的纳米水性UV紫外光固化清漆为水性环保产品，适用于各类高端室内木质家具及室内木地板涂装。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1～5中清漆的具体组成如表1所示。

表1：实施例1～5中清漆的具体组成(单位：kg)

以下各实施例中纳米氧化铝颗粒水分散体的用量均代表纳米氧化铝颗粒的实际用量。

具体而言：

实施例1

本实施例提供了一种纳米水性UV紫外光固化清漆，其具体制备过程如下：

先将8kg水性聚氨酯分散体Urosin 4617倒入分散釜中，低速搅拌状态下将0.02kgpH调节剂AMP95加入分散容器中，调整pH值8-9，再加入0.01kg杀菌剂MV，将0.2kg二丙二醇丁醚DPNB、0.05kg消泡剂BYK024、0.05kg润湿剂twins4100、0.05kg流平剂BYK333预先混合均匀，在搅拌的状态下缓慢加入到分散容器中，缓慢加入0.1kg纳米氧化铝颗粒水分散体VK-L30W后，加入0.05kg增稠剂RM2050D调整到合适粘度后，高速分散15分钟，用100um的细度计，检验细度合格并且无油缩后，再将用0.2kg二丙二醇丁醚DPNB溶解好的0.2kg水性光引发剂IHT-PI 659缓慢加入，中速分散(1500转/分钟以上)10-15分钟，用100um的细度计，检验细度合格并且无油缩后，依次加入1.04kg水，0.03kg增稠剂R299，分散15分钟，过滤包装。注意：生产过程全程应避免阳光或者其他强光源直射。

实施例2

本实施例提供了一种纳米水性UV紫外光固化清漆，其具体制备过程如下：

先将8kg水性聚氨酯分散体Urosin 4617倒入分散釜中，低速搅拌状态下将0.02kgpH调节剂AMP95加入分散容器中，调整pH值8-9，再加入0.01kg杀菌剂MV，将0.2kg二丙二醇丁醚DPNB、0.05kg消泡剂BYK024、0.05kg润湿剂twins4100、0.05kg流平剂BYK333预先混合均匀，在搅拌的状态下缓慢加入到分散容器中，缓慢加入0.05kg纳米纤维素晶体KEXLANCNC、0.1kg纳米氧化铝颗粒水分散体VK-L30W后，加入0.05kg增稠剂RM2050D调整到合适粘度后，高速分散15分钟，用100um的细度计，检验细度合格并且无油缩后，再将用0.2kg二丙二醇丁醚DPNB溶解好的0.2kg水性光引发剂IHT-PI 659缓慢加入，中速分散(1500转/分钟以上)10-15分钟，用100um的细度计，检验细度合格并且无油缩后，依次加入0.99kg水，0.03kg增稠剂R299，分散15分钟，过滤包装。注意：生产过程全程应避免阳光或者其他强光源直射。

实施例3

本实施例提供了一种纳米水性UV紫外光固化清漆，其具体制备过程如下：

先将8kg水性聚氨酯分散体UV VP LS 2317倒入分散釜中，低速搅拌状态下将0.02kg pH调节剂AMP95加入分散容器中，调整pH值8-9，再加入0.01kg杀菌剂MV，将0.3kg乙二醇单丁醚BCS、0.05kg消泡剂BYK024、0.05kg润湿剂BYK349、0.05kg流平剂BYK333预先混合均匀，在搅拌的状态下缓慢加入到分散容器中，缓慢加入0.05kg纳米纤维素晶体KEXLAN CNC后，加入0.05kg增稠剂RM2050D调整到合适粘度后，高速分散15分钟，用100um的细度计，检验细度合格并且无油缩后，再将用0.2kg乙二醇单丁醚BCS溶解好的0.2kg水性光引发剂IHT-PI 659缓慢加入，中速分散(1500转/分钟以上)10-15分钟，用100um的细度计，检验细度合格并且无油缩后，依次加入0.99kg水，0.03kg增稠剂R299，分散15分钟，过滤包装。注意：生产过程全程应避免阳光或者其他强光源直射。

实施例4

本实施例提供了一种纳米水性UV紫外光固化清漆，其具体制备过程如下：

先将8kg水性聚氨酯分散体UV VP LS 2317倒入分散釜中，低速搅拌状态下将0.02kg pH调节剂AMP95加入分散容器中，调整pH值8-9，再加入0.01kg杀菌剂MV，将0.3kg乙二醇单丁醚BCS、0.05kg消泡剂BYK024、0.05kg润湿剂BYK349、0.05kg流平剂BYK333预先混合均匀，在搅拌的状态下缓慢加入到分散容器中，缓慢加入0.05kg纳米纤维素晶体KEXLAN CNC，0.1kg纳米氧化铝颗粒水分散体NANOBYK3603后，加入0.05kg增稠剂RM2050D调整到合适粘度后，高速分散15分钟，用100um的细度计，检验细度合格并且无油缩后，再将用0.2kg乙二醇单丁醚BCS溶解好的0.2kg水性光引发剂IHT-PI 659缓慢加入，中速分散(1500转/分钟以上)10-15分钟，用100um的细度计，检验细度合格并且无油缩后，依次加入0.89kg水，0.03kg增稠剂R299，分散15分钟，过滤包装。注意：生产过程全程应避免阳光或者其他强光源直射。

实施例5

本实施例提供了一种纳米水性UV紫外光固化清漆，其具体制备过程如下：

先将4kg水性聚氨酯分散体Urosin 4617和4kg水性聚氨酯分散体UVVP LS 2317倒入分散容器中，低速搅拌状态下将0.02kg pH调节剂AMP95加入分散容器中，调整pH值8-9，再加入0.01kg杀菌剂MV，将0.2kg二丙二醇丁醚DPNB0.04kg消泡剂BYK024、0.02kg消泡剂tego810、0.05kg润湿剂BYK349、0.05kg流平剂tego450预先混合均匀，在搅拌的状态下缓慢加入到分散容器中，缓慢加入0.05kg纳米纤维素晶体KEXLAN CNC，0.1kg纳米氧化铝颗粒水分散体NANOBYK3603后，加入0.05kg增稠剂RM2050D调整到合适粘度后，高速分散15分钟，用100um的细度计，检验细度合格并且无油缩后，再将用0.2kg乙二醇单丁醚BCS溶解好的0.2kg水性光引发剂IHT-PI 659缓慢加入，中速分散(1500转/分钟以上)10-15分钟，用100um的细度计，检验细度合格并且无油缩后，依次加入0.98kg水，0.03kg增稠剂R299，分散15分钟，过滤包装。注意：生产过程全程应避免阳光或者其他强光源直射。

对实施例1～5提供的纳米水性UV紫外光固化清漆进行冲击、弯曲度和耐磨性测试，测试结果见表2～4。

表2、冲击测试

表3、弯曲度测试

表4、耐磨性测试

本发明各实施例提供的清漆经有害物质含量检测以及漆膜性能检测，结果均为合格。以实施例5提供的清漆为例，相应的检测结果如表5、表6所示。

表5、有害物质限量

表6、漆膜性能检测

通过上述实例说明，本发明中的纳米水性UV紫外光固化清漆，符合国家标准GB/T6742-2007、GB 24410-2009，GB 23999-2009，GB/T 3324-2008，其硬度，韧性，耐磨性非常优异，最终的漆膜性能可以满足高端家具和室内木地板行业性能要求。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种纳米水性UV紫外光固化清漆，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：

所述纳米助剂为纳米纤维素晶体、纳米氧化铝颗粒中的一种或两种的组合。

2.根据权利要求1所述的清漆，其特征在于，所述纳米助剂由纳米纤维素晶体和纳米氧化铝颗粒以质量比1:1.5～1:5混合而成，优选以质量比1:2～1:3混合而成。

3.根据权利要求1或2所述的清漆，其特征在于，所述米纤维素晶体的宽度为5～75nm、长度为50～500nm；所述纳米氧化铝颗粒的平均粒径小于25nm。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的清漆，其特征在于，所述成膜助剂选自乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚中的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求4所述的清漆，其特征在于，所述成膜助剂为二丙二醇丁醚、乙二醇单丁醚中的一种或两种，优选由二丙二醇丁醚和乙二醇单丁醚以质量比1:2～2:1混合而成。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的清漆，其特征在于，所述水性聚氨酯分散体为需要紫外光固化的水性聚氨酯分散体；

和/或，所述消泡剂为有机硅氧烷类消泡剂、不含有机硅的憎水性固体及破泡聚合物的混合物类消泡剂中的一种或两种；

和/或，所述润湿剂为有机硅聚醚共聚物、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂中的一种或多种；

和/或，所述流平剂为丙烯酸酯类流平剂、聚硅氧烷类流平剂中的一种或两种；

和/或，所述水性光引发剂为高效的自由基(I)型光引发剂；

和/或，所述增稠剂为聚醚类增稠剂、聚氨酯类增稠剂中的一种或两种。

7.根据权利要求1所述的清漆，其特征在于，还包括功能助剂；所述功能助剂包括杀菌剂以及将清漆pH值调至8～9的pH调节剂。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的清漆，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：

pH值调节剂使所述清漆pH值为8～9；

所述纳米助剂由纳米纤维素晶体和纳米氧化铝颗粒以质量比1:1～1:3混合而成；

所述成膜助剂由二丙二醇丁醚和乙二醇单丁醚以质量比1:2～2:1混合而成。

9.制备权利要求1～8任意一项所述清漆的方法，其特征在，包括以下步骤：

先将水性聚氨酯分散体倒入分散釜中，搅拌，用pH调节剂调整pH值至8～9，加入杀菌剂，再将成膜助剂、润湿剂、消泡剂及流平剂预混合均匀后在搅拌的状态下缓慢加入，再缓慢加入纳米助剂，搅拌均匀后，再加入部分增稠剂，高速分散，检验细度合格且无油缩后，再将用成膜助剂溶解好的水性光引发剂缓慢加入，中速分散，检验细度合格且无油缩后，加入水以及剩余的增稠剂，搅拌均匀，即可。

10.权利要求1～8任意一项所述纳米水性UV紫外光固化清漆在实木家具、板式家具及室内木地板涂装中的应用。