CN109554095A - 一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，按重量份数计，其组成为：聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液40‑65份、钛酸酯偶联剂1‑3份、润湿分散剂0.5‑2份、流平剂0.1‑0.5份、消泡剂0.1‑0.5份、增稠剂0.1‑0.5份、成膜助剂8‑12份、颜填料0‑25份，去离子水20‑50份；本发明加入了聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液为成膜基体，该乳液的聚氨酯树脂分子中含有大量的聚芳砜链段，因此本发明的硬度、耐水性和耐溶剂效果好；钛酸酯偶联剂的加入让本发明中填料以聚氨酯树脂之间产生化学结合，漆膜固化后其硬度更高。

Description

一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆

技术领域

本发明涉及一种水性木器漆，尤其涉及到一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，属于水性木器漆技术领域。

技术背景

环境和能源是21 世纪我们面临的两大挑战，为了应对这种挑战，涂料工业正在由高污染、高能耗、极度依赖于石油工业产品的传统品种逐渐转向水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料和高固体分涂料这样的环境友好、节约资源型产品。

中国《室内用水性木器涂料》化工行业标准以及上海市《水性木器涂料施工工法》法规的陆续出台，促进了水性木器涂料的发展，水性木器漆研发投入迅速增长，人们对水性木器涂料有了更高的认识。

中国专利号CN201510816926.2公开了一种多功能水性木器漆，该多功能水性木器漆只需要纯净无杂质的清水作为稀释剂，具有无与伦比的环保优势，此外，还具有超强净味等功能，满足更好的室内装修需求；中国专利号CN201410783937.0公开了一种抗高温、高压的水性木器漆及其制备方法，该水性木器漆能耐120℃高温高压，以满足带漆半成品材料在高温高压条件下的压合工艺，在高温运输过程中不会因局部温度过高造成漆膜互粘掉漆的现象。

但是由于构成水性木器漆的主体乳液干燥后，由于交联度低，在水浸泡下已产生发白、起泡的现象，难以满足家具厂与客户的实际需求，耐水性以及硬度低制约了水性木器涂料的迅速发展，并成为水性木器漆推广中遇到的最严重的问题。

发明内容

为克服现有水性木器漆存在的硬度低、耐水性差差等问题，本发明目的是提供一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆。

为了解决上面所述的技术问题，本发明采取以下技术方案：本发明涉及一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，按重量份数计，其组成为：聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液40-65份、钛酸酯偶联剂1-3份、润湿分散剂0.5-2份、流平剂0.1-0.5份、消泡剂0.1-0.5份、增稠剂0.1-0.5份、成膜助剂8-12份、颜填料0-25份，去离子水20-50份。

所述的钛酸酯偶联剂为异丙氧基三硬脂酸钛酸酯、二（二辛基焦磷酰氧基）羟乙酸钛、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯、三乙氧基环氧异丙基钛酸酯中的至少一种。

所述的润湿分散剂、流平剂、消泡剂、增稠剂为水性木器漆常用的添加成分。

所述的成膜助剂为丙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚、醇酯十二、丙二醇二甲醚中的至少一种；所述的颜填料为无机颜料、钛白粉、硅微粉、滑石粉、重钙粉、轻钙粉、氮化硅粉中的至少一种。

所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，按重量份数计，其制备步骤如下：

1）羟基封端的低分子量线型的聚芳砜的制备：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：120-150份的二元酚类、130-145份4,4'-二氯二苯砜、10-20份分水溶剂、0.2-0.5份催化剂；然后加热反应釜至140-150℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至170-175℃，然后170-175℃下保温反应3-4h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的低分子量线型的聚芳砜；

2）制备聚芳砜改性聚氨酯预聚物：在N₂保护和搅拌条件下，向反应装置中依次加入25-35份二异氰酸酯、8-15份1)中羟基封端的低分子量线型的聚芳砜、7-14份低聚物多元醇、5-10份二羟基丙酸，控制温度70-90℃下反应3-5h，取样检测，当所测得的-NCO值达到15-12%，降温至55-65℃；加入6-12份稀释剂调节体系粘度，在转速为500～600rpm搅拌下加入2-4份小分子醇扩链剂、0.05-0.1份促进剂进行扩链反应，1h后开始取样当所测得的-NCO值达到5-8%时，降温至室温，得到聚芳砜改性聚氨酯预聚物；

3）预先将1-2份有机胺扩链剂溶解到15-25份的去离子水中，得有机胺扩链剂溶液待用；在保持搅拌转速和常温下，向2）中聚芳砜改性聚氨酯预聚物加入2-3份二甲基乙醇胺，反应0.5-1h；接着加入80-100份的去离子水，同时提高转速至800-1000r/min搅拌乳化0.5-1h，然后降低转速至400-500r/min在10～30min内滴加完有机胺扩链剂溶液，在水相中进行扩链反应1～2h；然后减压蒸馏出溶剂和杂质，得所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液。

所述的二元酚类为对苯二酚、1，4-二羟基萘、1,6-二羟基萘、1,7-二羟基萘、1,1'-联-2-萘酚、四溴双酚S中的至少一种；所述的分水溶剂为环己酮、环戊酮、二甲亚砜、丙二醇二甲醚、丙二醇二丁醚、正丁醚中的至少一种；所述的催化剂为碳酸氢钾、碳酸钾、对甲基苯磺酰氯、对甲基苯磺酸、溴化碘中的至少一种；所述二异氰酸酯为HDI、MDI、IPDI、HMDI中的至少一种；所述低聚物多元醇为聚酯多元醇；所述聚酯多元醇为聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚己内酯二元醇中的至少一种，其数均分子量Mn为800-1000；所述稀释剂为丙酮、丁酮中的至少一种；所述促进剂为二月桂酸二丁基锡、醋酸锂、三正丁基磷、辛酸亚锡、环烷酸锡、环烷酸铅、环烷酸钴、马来酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡中的至少一种；所述小分子醇扩链剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,5-戊二醇、三羟甲基丙烷、新戊二醇、二甘醇的至少一种；所述有机胺扩链剂为乙二胺、二乙烯三胺、己二胺、哌嗪中的至少一种。

所述的基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，制备方法如下：

a、将转速调至400-600r/min，将钛酸酯偶联剂、润湿分散剂、流平剂、颜填料、成膜助剂、去离子水依次加入至分散缸中，将转速调至700-1000r/min状态下搅拌15-30min；

b、将将转速调回至400-600r/min，将聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液加入至分散缸中，搅拌15-30min；

c、依次加入增稠剂、消泡剂；将转速调回至400-600r/min状态搅拌15-30min；过滤包装，即制得基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆。

本发明加入了聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液为成膜基体，该乳液的聚氨酯树脂分子中含有大量的聚芳砜链段，因此本发明的硬度、耐水性和耐溶剂效果好；钛酸酯偶联剂的加入让本发明中填料以聚氨酯树脂之间产生化学结合，漆膜固化后其硬度更高。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。

实施例1

一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，按重量份数计，其组成为：聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液A65份、异丙氧基三硬脂酸钛酸酯、二（二辛基焦磷酰氧基）羟乙酸钛1份、润湿分散剂2份、流平剂0.1份、消泡剂0.5份、增稠剂0.1份、丙二醇单丁醚12份，去离子水20份。

其中，所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液A为申请的发明专利“一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液”中的实施例1方法制备。

本实施例中基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，制备方法如下：

a、将转速调至400r/min，将钛酸酯偶联剂、润湿分散剂、流平剂、成膜助剂、去离子水依次加入至分散缸中，将转速调至700r/min状态下搅拌15min；

b、将将转速调回至400r/min，将聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液加入至分散缸中，搅拌15min；

c、依次加入增稠剂、消泡剂；将转速调回至400r/min状态搅拌15min；过滤包装，即制得基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆。

实施例2

一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，按重量份数计，其组成为：聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液B40份、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯3份、润湿分散剂0.5份、流平剂0.5份、消泡剂0.1份、增稠剂0.5份、乙二醇单丁醚8份、钛白粉25份，去离子水50份。

其中，所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液B为申请的发明专利“一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液”中的实施例2方法制备。

本实施例中基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，制备方法如下：

a、将转速调至600r/min，将钛酸酯偶联剂、润湿分散剂、流平剂、颜填料、成膜助剂、去离子水依次加入至分散缸中，将转速调至1000r/min状态下搅拌30min；

b、将将转速调回至600r/min，将聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液加入至分散缸中，搅拌30min；

c、依次加入增稠剂、消泡剂；将转速调回至600r/min状态搅拌30min；过滤包装，即制得基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆。

实施例3

一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，按重量份数计，其组成为：聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液C50份、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯1.5份、润湿分散剂0.8份、流平剂0.2份、消泡剂0.2份、增稠剂0.4份、醇酯十二9份、重钙粉20份，去离子水30份。

其中，所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液C为申请的发明专利“一种聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液”中的实施例3方法制备。

本实施例中基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，制备方法如下：

a、将转速调至500r/min，将钛酸酯偶联剂、润湿分散剂、流平剂、颜填料、成膜助剂、去离子水依次加入至分散缸中，将转速调至800r/min状态下搅拌20min；

b、将将转速调回至500r/min，将聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液加入至分散缸中，搅拌20min；

c、依次加入增稠剂、消泡剂；将转速调回至500r/min状态搅拌20min；过滤包装，即制得基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆。

相同条件下将实施例1-3的基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆与市售聚氨酯木器漆（对比例）分别喷于橡木板表面，喷三次（厚度约为30微米），漆膜完全干燥后，性能测试结果如下表1：

表1 实施例的性能测试表

	铅笔硬度	附着力	耐磨性（GB/T 1768-1979）	耐水性（480h）	耐50%乙醇性（120h）
						实施例1	H	0级	0.14g	无变化	无变化
实施例2	H	0级	0.09g	无变化	无变化
						实施例3	H	0级	0.15g	无变化	无变化
对比例	B	0级	0.33g	变白	脱层、有大量气泡

尽管本发明已作了详细说明并引用了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims (7)

1.一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，其特征在于，按重量份数计，其组成为：聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液40-65份、钛酸酯偶联剂1-3份、润湿分散剂0.5-2份、流平剂0.1-0.5份、消泡剂0.1-0.5份、增稠剂0.1-0.5份、成膜助剂8-12份、颜填料0-25份，去离子水20-50份。

2.根据权利要求1所述的一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，其特征在于，所述的钛酸酯偶联剂为异丙氧基三硬脂酸钛酸酯、二（二辛基焦磷酰氧基）羟乙酸钛、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯、三乙氧基环氧异丙基钛酸酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，其特征在于，所述的润湿分散剂、流平剂、消泡剂、增稠剂为水性木器漆常用的添加成分。

4.根据权利要求1所述的一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，其特征在于，所述的成膜助剂为丙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚、醇酯十二、丙二醇二甲醚中的至少一种；所述的颜填料为无机颜料、钛白粉、硅微粉、滑石粉、重钙粉、轻钙粉、氮化硅粉中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，其特征在于，所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液，按重量份数计，其制备步骤如下：

1）羟基封端的低分子量线型的聚芳砜的制备：通氮气条件下，在装有回流分水装置的反应釜中依次加入除水后的下列化合物：120-150份的二元酚类、130-145份4,4'-二氯二苯砜、10-20份分水溶剂、0.2-0.5份催化剂；然后加热反应釜至140-150℃后保温反应3h，再以5℃/h的升温速度升温至170-175℃，然后170-175℃下保温反应3-4h，整个反应过程中通过分水器除去反应过程中产生的水，最后通过加压蒸馏除去溶剂和杂质，得粘稠状无色透明液，即为羟基封端的低分子量线型的聚芳砜；

2）制备聚芳砜改性聚氨酯预聚物：在N₂保护和搅拌条件下，向反应装置中依次加入25-35份二异氰酸酯、8-15份1)中羟基封端的低分子量线型的聚芳砜、7-14份低聚物多元醇、5-10份二羟基丙酸，控制温度70-90℃下反应3-5h，取样检测，当所测得的-NCO值达到15-12%，降温至55-65℃；加入6-12份稀释剂调节体系粘度，在转速为500～600rpm搅拌下加入2-4份小分子醇扩链剂、0.05-0.1份促进剂进行扩链反应，1h后开始取样当所测得的-NCO值达到5-8%时，降温至室温，得到聚芳砜改性聚氨酯预聚物；

3）预先将1-2份有机胺扩链剂溶解到15-25份的去离子水中，得有机胺扩链剂溶液待用；在保持搅拌转速和常温下，向2）中聚芳砜改性聚氨酯预聚物加入2-3份二甲基乙醇胺，反应0.5-1h；接着加入80-100份的去离子水，同时提高转速至800-1000r/min搅拌乳化0.5-1h，然后降低转速至400-500r/min在10～30min内滴加完有机胺扩链剂溶液，在水相中进行扩链反应1～2h；然后减压蒸馏出溶剂和杂质，得所述的聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液。

6.根据权利要求5所述的一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，其特征在于，所述的二元酚类为对苯二酚、1，4-二羟基萘、1,6-二羟基萘、1,7-二羟基萘、1,1'-联-2-萘酚、四溴双酚S中的至少一种；所述的分水溶剂为环己酮、环戊酮、二甲亚砜、丙二醇二甲醚、丙二醇二丁醚、正丁醚中的至少一种；所述的催化剂为碳酸氢钾、碳酸钾、对甲基苯磺酰氯、对甲基苯磺酸、溴化碘中的至少一种；所述二异氰酸酯为HDI、MDI、IPDI、HMDI中的至少一种；所述低聚物多元醇为聚酯多元醇；所述聚酯多元醇为聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚己内酯二元醇中的至少一种，其数均分子量Mn为800-1000；所述稀释剂为丙酮、丁酮中的至少一种；所述促进剂为二月桂酸二丁基锡、醋酸锂、三正丁基磷、辛酸亚锡、环烷酸锡、环烷酸铅、环烷酸钴、马来酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡中的至少一种；所述小分子醇扩链剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、1,5-戊二醇、三羟甲基丙烷、新戊二醇、二甘醇的至少一种；所述有机胺扩链剂为乙二胺、二乙烯三胺、己二胺、哌嗪中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，其特征在于，所述的基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆，制备方法如下：

a、将转速调至400-600r/min，将钛酸酯偶联剂、润湿分散剂、流平剂、颜填料、成膜助剂、去离子水依次加入至分散缸中，将转速调至700-1000r/min状态下搅拌15-30min；

b、将将转速调回至400-600r/min，将聚芳砜改性聚氨酯树脂乳液加入至分散缸中，搅拌15-30min；

c、依次加入增稠剂、消泡剂；将转速调回至400-600r/min状态搅拌15-30min；过滤包装，即制得基于聚芳砜改性聚氨酯乳液的高硬度水性木器漆。