CN109054624A - 一种新型紫外光固化高硬度水性木器漆 - Google Patents

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Abstract

本发明制备紫外光固化高硬度水性木器漆的拉伸强度最高可达39.6Mpa,断裂伸长率可达到120%，铅笔硬度可达到3H。空白聚氨酯拉伸强度为9.8MPa，断裂伸长率为220%，铅笔硬度为HB。本发明制备紫外光固化高硬度水性木器漆的拉伸强度提高了4倍。发明提供了一种紫外光固化高硬度水性木器漆的制备方法，其原料廉价易得，生产设备简单。

Description

一种新型紫外光固化高硬度水性木器漆
技术领域
本发明属于化工产品技术领域，涉及一种木器涂料。
背景技术
近年来紫外光固化涂料因其高效、节能等优点,已为世界涂料行业和绝大多数管理机构认可,近年来在木制品家具、木门领域得到广泛应用。但现有的紫外光固化涂料仍存在一些弊端：如其稀释单体及其他多官能团丙烯酸酯内含有挥发性有机化合物组分，对环境及人体有一定的损害，虽然可以通过改良官能团聚合物的聚合度来制备出高固含量的紫外光固化涂料，以减少VOC排量，但由于其产物粘度对分子量的依赖关系，低分子量产物会导致体系粘度过大，且难以调节。因此高分子量的紫外光固化涂料被紫外光固化水性木器漆取代已成为未来的发展趋势。
然而,与传统溶剂型木器漆相比紫外光固化水性木器漆因存在硬度相对较低,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其广泛应用。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紫外光固化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、固化时间短，并且效果好的紫外光固化水性木器漆及其制备方法,以解决现有技术问题。
本发明方法是采用由水性紫外光固化树脂、紫外光固化引发剂、水溶性助溶剂和去离子水混合制成紫外光固化水性木器涂料，其中各种原料的重量份数比为：
水性紫外光固化树脂 40～80
紫外光固化引发剂 1～6
水溶性助溶剂 1～20
去离子水 10～40
各种原料的优选重量份数比为
水性紫外光固化树脂 35～75
紫外光固化引发剂 2～5
水溶性助溶剂 5～15
去离子水 20～30
原料的最佳重量份数比为
水性紫外光固化树脂 69
紫外光固化引发剂 3
水溶性助溶 9
去离子水 27
本发明的生产工艺为：取上述重量份数比的水性紫外光固化树脂和用水溶性助溶剂溶解的紫外光固化引发剂充分搅拌均匀，最后加入去离子水混合搅拌制成紫外光固化水性木器涂料。
其中水性紫外光固化树脂由聚酯多元醇、异氰酸酯、丙烯酸酯、有机蒙脱土等聚合反应制成，其中上述原料重量份数比为：
聚醚多元醇 20～50;
异氰酸酯 10～35;
光固化单体 10～50
有机蒙脱土 1～10
原料的最佳重量份数比为：
聚酯多元醇 39;
异氰酸酯 26;
丙烯酸酯 26
有机蒙脱土 2
成盐剂 6
聚酯多元醇可由聚醚多元醇代替。
采用丙酮法法合成端烯基聚氨酯丙烯酸酯：首先，通过过量的异氰酸酯与聚酯多元醇在60℃～90℃反应2～5h，合成出聚氨酯预聚体，然后加入丙烯酸酯在30℃～50℃反应1h～3h，最后通过羟基的成盐反应，加入成盐剂、去离子水和有机蒙脱土得到可溶于水中的聚氨酯丙烯酸酯，即水性紫外光固化树脂。
在第一步反应中，若-NCO/-OH的比例大于2/1，则难以保证所有的大分子上都带有-OH，使体系内出现沉淀物，而将-NCO/-OH的比例控制在（1～2）/1，通过改变多元醇/异氰酸酯的摩尔比，可以合成出一系列的水性聚氨酯丙烯酸酯。
随着体系内-NCO/-OH的比例的降低，体系粘度相应增加，乳液粒径减小，漆面的硬度降低。
其中水性光引发剂由芳酮类，包括二苯酮衍生物、硫杂蒽酮衍生物、烷基芳酮衍生物、苯偶酰衍生物中选择。本发明优选的光引发剂为烷基芳酮类的羟基环已基苯基酮。
水溶性助剂可以是：乙醇、丙酮、正丁醇、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或者几种。本发明优选的水溶性助剂的是丙酮和N,N-二甲基乙酰胺。
成盐剂可以是三乙胺、盐酸、醋酸种环氧丙烷中的一种或几种。本发明优选的成盐剂的是三乙胺。
有机蒙脱土选自钙基蒙脱土、钠基蒙脱土、钠-钙基蒙脱土、镁基蒙脱土中的一种或几种。本发明优选的有机蒙脱土的是由CTAB有机化的钠基蒙脱土。
本发明制成的紫外光固化高硬度水性木器涂料使用时通过1000W的高压汞灯照射，干燥时间为10～15秒，固化效果符合国家标准，对人体及环境无任何危害。
具体实施方式：
实例1
1. 将26克异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）与40克经脱水处理的聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）加入到80℃下安有搅拌桨、冷凝管和氮气保护的500ml三口烧瓶中，加入0.02克二月桂酸二丁基锡用作引发剂，在70～80℃下保温40～50分钟。
2. 加入7克2,2-二羟甲基丙酸和少量N,N-二甲基乙酰胺，反应2小时，反应期间可以使用丙酮调节粘度。
3. 降温，使三口烧瓶内温度为：40～48℃。
4. 加入7克季戍四醇三丙烯酸酯继续反应30分钟。
5. 30分钟后加入20克双季戍四醇六丙烯酸酯和20克二丙二醇二丙烯酸酯并将温度调节至60℃，反应2小时。
6. 两小时后加入3g有机蒙脱土，搅拌30分钟。
7. 30分钟后，降温至40℃加入三乙胺和少量去离子水中和，待分散均匀后，得到固含量为80%左右的紫外光固化水性树脂。
异佛尔酮二异氰酸酯的工业产品含顺式异构体75%和反式异构体25%，为不变黄脂肪族异氰酸酯，活性比芳香族异氰酸酯低，同时脂环结构赋予聚氨酯良好的硬度和柔顺性，所形成的聚氨酯具有优异的机械性能和光稳定性，是综合性能较均衡的二异氰酸酯。
实例2
1. 将16.3克甲苯二异氰酸酯（TDI）与40克经脱水处理的聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）加入到安有搅拌桨、冷凝管和氮气保护的500ml三口烧瓶中，加入0.02克二月桂酸二丁基锡用作引发剂，加入3克有机蒙脱土在90℃下搅拌40～50分钟。
2. 加入5克2,2-二羟甲基丙酸和少量N,N-二甲基乙酰胺，反应1小时，反应期间可以使用丙酮调节粘度。
3. 降温至50℃加入31克丙烯酸羟乙酯，升温至80℃，反应两小时
4. 降温至40℃，加入三乙胺、有机蒙脱土和少量去离子水中和分散，得到固含量75%的光固化水性树脂
此实例与实例1工艺路线基本相同，但NCO/-OH的比例的相对较低，得到的聚合物各项物理性能有明显下降，同时，由于甲苯二异氰酸酯聚合温度较高、体系粘度过大，对批量生产来说，较不易控制。
实例3
1. 将43克异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）与40克经脱水处理的聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）加入到80℃下安有搅拌桨、冷凝管和氮气保护的500ml三口烧瓶中，加入0.02克二月桂酸二丁基锡用作引发剂，在70～80℃下保温40～50分钟。
2. 加入7克2,2-二羟甲基丙酸和少量N,N-二甲基乙酰胺，反应2小时，反应期间可以使用丙酮调节粘度。
3. 降温，使三口烧瓶内温度为：40～48℃。
4. 加入5克甲基丙烯酸羟乙酯继续反应30分钟
5. 30分钟后加入20克双季戍四醇六丙烯酸酯和20克二丙二醇二丙烯酸酯并将温度调节至60℃，反应2小时。
6. 两小时后加入8g有机蒙脱土，搅拌30分钟。
7. 30分钟后，降温至40℃加入三乙胺和少量去离子水中和，待分散均匀后，得到固含量为85%左右的紫外光固化水性树脂。
此实例与实例1工艺路线基本相同，但NCO/-OH的比例的相对较高，得到的聚合物各项物理性能有明显上升，但是该聚合物的稳定性明显下降（室温保存一个月出现明显沉淀情况）。
实例4
将上述实例1中制得的紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯69克加入混合容器中，开启搅拌，同时加入3克光引发剂、27克去离子水和9克N,N-二甲基乙酰胺，搅拌至混合均匀，即得到紫外光固化水性木器涂料。
此涂料硬度优良，并具有良好柔韧性，同时对基材附着力良好，对木器表面具有良好的保护性能，此涂料尤其适合于表面偏软的基材。
实例5
将上述实例1中制得的紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯69克加入混合容器中，开启搅拌，同时加入5克光引发剂、27克去离子水和10克丙酮，搅拌至混合均匀，即得到紫外光固化水性木器涂料。
此涂料柔韧性一般，硬度优良，漆面略脆，同时过量紫外光照射后易产生发黄的现象。

Claims (7)

1.一种紫外光固化高硬度水性木器漆的制备方法，其特征在于，由水性紫外光固化树脂、紫外光固化引发剂、水溶性助溶剂、有机蒙脱土和去离子水混合制成，其中各原料重量份数比如下：
水性紫外光固化树脂 40～80
紫外光固化引发剂 1～6
水溶性助溶剂 1～20
去离子水 10～40
其中水性紫外光固化树脂由聚酯多元醇、异氰酸酯、丙烯酸酯等聚合反应制成，其中上述材料重量份数比为：
聚醚多元醇 10～50;
异氰酸酯 10～35;
光固化单体 10～50
有机蒙脱土 1～10
成盐剂 1～10
采用丙酮法法合成端烯基聚氨酯丙烯酸酯：首先，通过过量的异氰酸酯与聚酯多元醇在60℃～90℃反应2～5h，合成出聚氨酯预聚体，然后加入丙烯酸酯在30℃～50℃反应1h～3h，最后通过羟基的成盐反应，加入成盐剂、去离子水和有机蒙脱土得到可溶于水中的聚氨酯丙烯酸酯，即水性紫外光固化树脂。
2.根据权利要求1所属的木器漆，其特征在于：原料的重量份数比为：
水性紫外光固化树脂 35～75
紫外光固化引发剂 2～5
水溶性助溶剂 5～15
去离子水 20～30。
3.根据权利要求1所属的木器漆，其特征在于：水性紫外光固化树脂由聚酯多元醇、异氰酸酯、丙烯酸酯、有机蒙脱土聚合反应制成，上述材料的重量份数比为：
聚酯多元醇 20～40;
异氰酸酯 15～30;
丙烯酸酯 20～40
有机蒙脱土 1～5
成盐剂 2～8。
4.根据权利要求1所述的木器漆，其特征在于：水性紫外光固化树脂中，聚酯多元醇由聚醚多元醇替代。
5.根据权利要求1所述的木器漆，其特征在于：水性光引发剂为羟基环已基苯基酮。
6.根据权利要求1所述的木器漆，其特征在于：水溶性助溶剂是dmac。
7.根据权利要求1所述的木器漆，其特征在于：有机蒙脱土选用CTAB有机化处理的钠基蒙脱土。
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