CN107903797A - 一种添加改性二氧化硅的水性木器漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水性木器涂料技术领域，具体的说是一种添加改性二氧化硅的水性木器漆及其制备方法，所述添加改性二氧化硅的水性木器漆由原料组合物制成，所述原料组合物包括：聚醚多元醇60～100重量份、二异氰酸酯60～100重量份、丙烯酸树脂10～30重量份、催化剂2～10重量份、改性二氧化硅3～20重量份、硅烷偶联剂3～12重量份、乳化剂3～8重量份、消泡剂1～8重量份、增稠剂2～8重量份、成膜助剂1～5重量份、防腐剂1～3重量份，本发明的水性木器漆具有强度高、且安全环保。

Description

一种添加改性二氧化硅的水性木器漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性木器涂料技术领域，具体的说是一种添加改性二氧化硅的水性木器漆及其制备方法。

背景技术

木器涂料指用于实木板、木纹面板、胶木板、木屑板、纤维板等制成的器材上之涂料，包括家具、地板、文体用品、乐器及建筑装修材料用漆。大致分成两类，一类是用于家具制造厂，一类是用于室内装修装饰。

当前木器涂料(包括家具和室内装饰装修涂料)的主要品种有硝基漆(NC)、聚氨酯涂料(PU)、不饱和聚酯涂料(PE)、胺基醇酸涂料(AC、简称酸固化涂料)、紫外光固化涂料(UV)和水性涂料等。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。

木器涂料中的有机溶剂挥发到大气中严重影响到大气环境。机溶剂挥发造成的污染给生态环境造成破坏，给人身健康造成威胁，不利于涂料行业的长远发展，所以涂料行业对挥发性有机化合物(VOC)危害的重视、对VOC的控制从学术关注向产品质量实质转变，降低VOC已成为行业技术创新关注的重点和发展趋势。

聚氨酯木器涂料具有漆膜强韧，光泽丰满，附着力强，耐水耐磨、耐腐蚀性的优点。被广泛用于高级木器家具，也可用于金属表面。但是聚氨酯木器涂料的VOC较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的首要目的在于提一种添加改性二氧化硅的水性木器漆及其制备方法，它具有具有强度高、且安全环保的性能。

为实现上述目的，本发明提供一种添加改性二氧化硅的水性木器漆，所述添加改性二氧化硅的水性木器漆由原料组合物制成，所述原料组合物包括：聚醚多元醇60～100重量份、二异氰酸酯60～100重量份、丙烯酸树脂10～30重量份、催化剂2～10重量份、改性二氧化硅3～20重量份、硅烷偶联剂3～12重量份、乳化剂3～8重量份、消泡剂1～8 重量份、增稠剂2～8重量份、成膜助剂1～5重量份、防腐剂1～3重量份。

根据本发明，为了进一步优化所述添加改性二氧化硅的水性木器漆的综合性能，优选条件下，所述添加改性二氧化硅的水性木器漆由原料组合物制成，所述原料组合物包括：聚醚多元醇80～95重量份、二异氰酸酯80～95重量份、丙烯酸树脂15～25重量份、催化剂3～8重量份、改性二氧化硅8～12重量份、硅烷偶联剂5～10重量份、乳化剂3～8 重量份、消泡剂1～8重量份、增稠剂2～8重量份、成膜助剂1～5重量份、防腐剂1～3重量份。

本发明中，优选条件下，所述聚醚多元醇一方面可以与丙烯酸树脂进行复合反应，将刚性的丙烯酸树脂长链引入聚醚多元醇中，另一方面，所述聚醚多元醇可以与异氰酸酯反应生成聚氨酯，从而制备得到聚氨酯和丙烯酸树脂复合树脂。优选情况下，所述聚醚多元醇选自聚醚二元醇和/或聚醚三元醇，更具体为聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇和聚氧化丙烯三醇中的至少一种。

根据本发明，优选条件下，二异氰酸酯可以与聚醚多元醇反应，生成聚氨酯，优选情况下，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的至少一种。根据本发明，优选条件下，所述丙烯酸树脂的分子量75000～120000，固含量为 50～75％。

根据本发明，优选条件下，所述催化剂选自二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、N- 甲基吗啉和三亚乙基二胺中的至少一种。

根据本发明，本发明对增稠剂的种类没有特殊的要求，可以为常用于抗渗色水性木器封闭底漆的增稠剂，例如，所述增稠剂可以为纤维素或硅酸铝镁，进一步的，所述纤维素选自羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素等中的至少一种。

根据本发明，优选条件下，所述消泡剂选自有机硅氧烷类、聚醚类、聚醚改性硅类中的至少一种，例如可以为聚二甲基硅氧烷、氟硅氧烷、乙二醇硅氧烷、HR聚醚消泡剂等中的至少一种。

根据本发明，优选条件下，所述防腐剂选自咪唑衍生物、正辛基异噻唑啉酮、芳基脲衍生物中的至少一种。

根据本发明，所述硅烷偶联剂选自正癸基三甲氧基硅烷、正癸基三乙氧基硅烷、正癸基三氯硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正辛基三氯硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三氯硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三氯硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟癸基三氯硅烷、全氟十二烷基三甲氧基硅烷、全氟十二烷基三乙氧基硅烷、全氟十二烷基三氯硅烷或三氟丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

根据本发明，优选条件下，所述乳化剂选自聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯。

根据本发明，优选条件下，所述成膜助剂选自2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯、丙二醇苯醚、酯类高沸点混合物、三丙二醇正丁醚中的至少一种。

一种添加改性二氧化硅的水性木器漆的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯、改性二氧化硅、硅烷偶联剂在催化剂存在的条件下，在水中混合均匀，然后在100～150℃下反应2～6h，得到改性聚氨酯；

(2)将改性聚氨酯、丙烯酸树脂、乳化剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、防腐剂在80～120℃下反应3～5h，即得到添加改性二氧化硅的水性木器漆。

改性二氧化硅的制备：将55g正硅酸四乙酯在800mLpH为8.5的氢氧化钠水溶液中混合均匀，然后在30℃下静置120min，离心洗涤得到纳米二氧化硅，将所述纳米二氧化硅与硅烷偶联剂KH550在甲苯中混合均匀，然后在120℃下回流8h，得到粒径为 100纳米，表面氨基含量为0.52mmol/g的改性二氧化硅。

通过上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

通过在聚氨酯中加改性二氧化硅，能够在聚氨酯内部形成增强骨架，提高聚氨酯的力学强度，还能够填补聚氨酯中的孔隙，提高聚氨酯的密实度，从而提高聚氨酯的机械强度。通过改性二氧化硅的表面含有大量的官能团，能够与聚氨酯分子链上的官能团发生反应，使改性二氧化硅与聚氨酯之间以化学键的形成连接，从而使二氧化硅与聚氨酯之间具有很高的结合力，且能够均匀的分散在聚氨酯中，不仅能够显著提高聚氨酯体系的强度，同时也提高了聚氨酯的均匀性。本发明采用水性聚氨酯为基体，具有安全环保的特点。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种添加改性二氧化硅的水性木器漆，由以下重量份的物质：聚四氢呋喃二醇90重量份、赖氨酸二异氰酸酯90重量份、丙烯酸树脂20重量份(分子量100000，固含量为60％)、二丁基锡二月桂酸酯5重量份、改性二氧化硅10重量份、正辛基三甲氧基硅烷8重量份、聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯5重量份、聚二甲基硅氧烷3重量份、羧甲基纤维素4重量份、2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯3重量份、正辛基异噻唑啉酮2重量份。

所述添加改性二氧化硅的水性木器漆的制备方法，包括以下步骤:

1、将55g正硅酸四乙酯在800mLpH为8.5的氢氧化钠水溶液中混合均匀，然后在 30℃下静置120min，离心洗涤得到纳米二氧化硅，将所述纳米二氧化硅与硅烷偶联剂 KH550在甲苯中混合均匀，然后在120℃下回流8h，得到粒径为100纳米，表面氨基含量为0.52mmol/g的改性二氧化硅。

2、将聚四氢呋喃二醇、赖氨酸二异氰酸酯、改性二氧化硅、正辛基三甲氧基硅烷、在二丁基锡二月桂酸酯存在的条件下，在水中混合均匀，然后在120℃下反应3h，得到改性聚氨酯；将改性聚氨酯、丙烯酸树脂、聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯、聚二甲基硅氧烷、羧甲基纤维素、2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯、正辛基异噻唑啉酮在 100℃下反应4h，即得到添加改性二氧化硅的水性木器漆。

实施例2

一种添加改性二氧化硅的水性木器漆，由以下重量份的物质：四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇80重量份、甲苯二异氰酸酯80重量份、丙烯酸树脂15重量份(分子量90000，固含量为65％)、二丁基锡二月桂酸酯3重量份、改性二氧化硅12重量份、十三氟癸基三氯硅烷10重量份、聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯3重量份、HR聚醚消泡剂8重量份、羧甲基纤维素2重量份、2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯5重量份、芳基脲衍生物1重量份。

所述添加改性二氧化硅的水性木器漆的制备方法，包括以下步骤:

1、将55g正硅酸四乙酯在800mL pH为8.5的氢氧化钠水溶液中混合均匀，然后在30℃下静置120min，离心洗涤得到纳米二氧化硅，将所述纳米二氧化硅与硅烷偶联剂KH550在甲苯中混合均匀，然后在120℃下回流8h，得到粒径为100纳米，表面氨基含量为0.52mmol/g的改性二氧化硅。

2、将四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、甲苯二异氰酸酯、改性二氧化硅、十三氟癸基三氯硅烷在二丁基锡二月桂酸酯存在的条件下，在水中混合均匀，然后在150℃下反6h，得到改性聚氨酯；将改性聚氨酯、丙烯酸树脂、聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯、HR聚醚消泡剂、羧甲基纤维素、2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯、芳基脲衍生物在 120℃下反应3h，即得到添加改性二氧化硅的水性木器漆。

实施例3

一种添加改性二氧化硅的水性木器漆，由以下重量份的物质：四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇95重量份、异佛尔酮二异氰酸酯95重量份、丙烯酸树脂25重量份(分子量 80000，固含量为55％)、辛酸亚锡8重量份、改性二氧化硅8重量份、全氟十二烷基三氯硅烷5重量份、聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯8重量份、乙二醇硅氧烷1重量份、羟乙基纤维素8重量份、三丙二醇正丁醚1重量份、咪唑衍生物3重量份。

所述添加改性二氧化硅的水性木器漆的制备方法，包括以下步骤:

1、将55g正硅酸四乙酯在800mL pH为8.5的氢氧化钠水溶液中混合均匀，然后在30℃下静置120min，离心洗涤得到纳米二氧化硅，将所述纳米二氧化硅与全氟十二烷基三氯硅烷KH550在甲苯中混合均匀，然后在120℃下回流8h，得到粒径为100纳米，表面氨基含量为0.52mmol/g的改性二氧化硅。

2、将四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、改性二氧化硅、全氟十二烷基三氯硅烷在辛酸亚锡存在的条件下，在水中混合均匀，然后在100℃下反应2h，得到改性聚氨酯；将改性聚氨酯、丙烯酸树脂、聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯、乙二醇硅氧烷、羟乙基纤维素、三丙二醇正丁醚、咪唑衍生物在80℃下反应3h，即得到添加改性二氧化硅的水性木器漆。

实施例4

一种添加改性二氧化硅的水性木器漆，由以下重量份的物质：聚四氢呋喃二醇60重量份、赖氨酸二异氰酸酯60重量份、丙烯酸树脂10重量份(分子量120000，固含量为50％)、辛酸亚锡2重量份、改性二氧化硅20重量份、全氟十二烷基三甲氧基硅烷 3重量份、聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯3重量份、HR聚醚消泡剂8重量份、羟丙基甲基纤维素8重量份、三丙二醇正丁醚5重量份、正辛基异噻唑啉酮1重量份。

所述添加改性二氧化硅的水性木器漆的制备方法，包括以下步骤:

1、将55g正硅酸四乙酯在800mL pH为8.5的氢氧化钠水溶液中混合均匀，然后在30℃下静置120min，离心洗涤得到纳米二氧化硅，将所述纳米二氧化硅与全氟十二烷基三甲氧基硅烷KH550在甲苯中混合均匀，然后在120℃下回流8h，得到粒径为100 纳米，表面氨基含量为0.52mmol/g的改性二氧化硅。

2、将聚四氢呋喃二醇、赖氨酸二异氰酸酯、改性二氧化硅、全氟十二烷基三甲氧基硅烷在辛酸亚锡存在的条件下，在水中混合均匀，然后在120℃下反应2h，得到改性聚氨酯；将改性聚氨酯、丙烯酸树脂、聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯、HR聚醚消泡剂、羟丙基甲基纤维素、三丙二醇正丁醚、正辛基异噻唑啉酮在100℃下反应5h，即得到添加改性二氧化硅的水性木器漆。

实施例5

一种添加改性二氧化硅的水性木器漆，由以下重量份的物质：四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇100重量份、六亚甲基二异氰酸酯100量份、丙烯酸树脂30重量份(分子量 75000，固含量为75％)、三亚乙基二胺10重量份、改性二氧化硅3重量份、全氟十二烷基三甲氧基硅烷12重量份、聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯8重量份、HR聚醚消泡剂 1重量份、羟丙基甲基纤维素2重量份、三丙二醇正丁醚1重量份、芳基脲衍生物3重量份。

所述添加改性二氧化硅的水性木器漆的制备方法，包括以下步骤:

1、将55g正硅酸四乙酯在800mL pH为8.5的氢氧化钠水溶液中混合均匀，然后在30℃下静置120min，离心洗涤得到纳米二氧化硅，将所述纳米二氧化硅与硅烷偶联剂KH550在甲苯中混合均匀，然后在120℃下回流8h，得到粒径为100纳米，表面氨基含量为0.52mmol/g的改性二氧化硅。

2、将四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、六亚甲基二异氰酸酯、改性二氧化硅、全氟十二烷基三甲氧基硅烷在三亚乙基二胺存在的条件下，在水中混合均匀，然后在100℃下反应6h，得到改性聚氨酯；将改性聚氨酯、丙烯酸树脂、聚氧乙烯去水山梨醇单油酸酯、 HR聚醚消泡剂、羟丙基甲基纤维素、三丙二醇正丁醚、芳基脲衍生物在120℃下反应 3h，即得到添加改性二氧化硅的水性木器漆。

性能测试

测试方法按照家具表面漆膜国家标准测试，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/T4893.9家具表面漆膜理化性能测试：抗冲击测试法，具体数据见表1所示。

将本实施例所制备的产品进行冲击强度试验(kg.cm)，参考GB/T 1732-9395；柔韧性试验(mm)参考GB/T 1731-931；具体数据见表1所示。

实施例1～5中各添加改性二氧化硅的水性木器漆的性能参数

实验结果：从上述的结果来看可以知道本发明的添加改性二氧化硅的水性木器漆的膜性优异，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，还具有优异的冲击强度和柔韧性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (9)

1.一种添加改性二氧化硅的水性木器漆，其特征在于，所述添加改性二氧化硅的水性木器漆由原料组合物制成，所述原料组合物包括：聚醚多元醇60～100重量份、二异氰酸酯60～100重量份、丙烯酸树脂10～30重量份、催化剂2～10重量份、改性二氧化硅3～20重量份、硅烷偶联剂3～12重量份、乳化剂3～8重量份、消泡剂1～8重量份、增稠剂2～8重量份、成膜助剂1～5重量份、防腐剂1～3重量份。

2.根据权利要求1所述的添加改性二氧化硅的水性木器漆，其特征在于，所述添加改性二氧化硅的水性木器漆由原料组合物制成，所述原料组合物包括：聚醚多元醇80～95重量份、二异氰酸酯80～95重量份、丙烯酸树脂15～25重量份、催化剂3～8重量份、改性二氧化硅8～12重量份、硅烷偶联剂5～10重量份、乳化剂3～8重量份、消泡剂1～8重量份、增稠剂2～8重量份、成膜助剂1～5重量份、防腐剂1～3重量份。

3.根据权利要求1所述的添加改性二氧化硅的水性木器漆，其特征在于，所述聚醚多元醇选自聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇和聚氧化丙烯三醇中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的添加改性二氧化硅的水性木器漆，其特征在于，所述二异氰酸酯选自选自甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的添加改性二氧化硅的水性木器漆，其特征在于，所述丙烯酸树脂的分子量75000～120000，固含量为50～75％。

6.根据权利要求1所述的添加改性二氧化硅的水性木器漆，其特征在于，所述催化剂选自二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、N-甲基吗啉和三亚乙基二胺中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的添加改性二氧化硅的水性木器漆，其特征在于，所述增稠剂选自羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的添加改性二氧化硅的水性木器漆，其特征在于，所述成膜助剂选自2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯、丙二醇苯醚、酯类高沸点混合物、三丙二醇正丁醚中的至少一种。

9.一种添加改性二氧化硅的水性木器漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将聚醚多元醇、二异氰酸酯、改性二氧化硅和硅烷偶联剂在催化剂存在的条件下，在水中混合均匀，然后在100～150℃下反应2～6h，得到改性聚氨酯；

(2)将改性聚氨酯、丙烯酸树脂、乳化剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、防腐剂在80～120℃下反应3～5h，即得到添加改性二氧化硅的水性木器漆。