CN109735225A - 一种木器用高光环保漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木器用高光环保漆，所述环保漆组分及质量份数为如下：改性水性聚氨酯分散体50‑55份、水性丙烯酸聚氨酯分散体20‑25份、水性涂料分散剂0.2‑0.4份、水12‑15份、有机锡催化剂0.04‑0.06份、增稠剂0.2‑0.4份、表面活性剂1‑2份、乳液杀菌剂0.04‑0.06份、醋酸正丁酯0.005‑0.008份。本发明提供了一种利用水为分散介质的木器用高光环保漆，并提供了该环保漆的配方以及制备方法、涂装方法。本发明中的环保漆应用于木器中，漆层均匀硬度高、光泽饱满外观好，采用特殊的干燥工艺能够进一步提升其漆膜硬度，使漆层保护性能和外观效果更佳。

Description

一种木器用高光环保漆及其制备方法

技术领域

本发明属于环保涂料领域，具体涉及一种木器用高光环保漆及其制备方法。

背景技术

我国目前用于室内家具涂装的木器漆还是以溶剂型的涂料体系为主，主要包括硝基类、醇酸类、聚氨酯类等。其中，聚氨酯类双组份木器漆由于具有硬度高、坚韧性好、耐水耐油性高登优良性能，在木器涂装领域得到了广泛的应用。但是随着绿色环保家居概念被提出，溶剂型的涂料在生产和使用的过程中会产生大量有机挥发物的问题得到越来越多消费者的关注。溶剂型涂料产品所产生的VOC（Volatile Organic Compound）排放量已经成为衡量涂料产品的重要指标之一，VOC不仅会造成严重的空气污染，而且对人体健康造成不可逆的伤害，需要在使用过程中得到有效控制。在有机型溶剂逐渐失去市场的同时，水性涂料应运而生。水性涂料即以水为分散介质的涂料体系，水性涂料无毒无害无污染无气味，同时还能节省大量的有机溶剂。

聚氨酯（PU），即聚氨基甲酸酯（Polyurethane），是分子结构中含有重复氨基甲酸酯基的聚合物材料，由长链多元醇构成的软段和多异氰酸酯以及小分子扩链剂等硬段组成。由于软硬两种链段的热力学不相容特性，形成了聚氨酯独特的微相分离结构，这种微观结构决定了其宏观上具有耐低温、耐磨、耐脆化、拉伸强度高、韧性和弹性好等优点，因而成为中高档木器用涂料体系的原料首选。现有市场上的水性木器涂料多为单组份的水性聚氨酯的分散体，涂膜的丰满度低，光泽度、耐磨性、柔韧性都与常用的溶剂型涂膜存在较大的差距。而双组份的水性聚氨酯木器漆的研究起步比较晚，现有的双组份聚氨酯木器漆质量与溶剂型的相比还存在一定的差距，究其原因，一方面是受限于水性聚氨酯在低温条件下固化工艺不成熟，另一方面受限于涂料体系的配方和涂装工艺。

发明内容

木器漆主要用于包括木制家具、办公用具、乐器等木材制品以及一些竹器、藤器的涂装，一方面起到美化装饰的作用，另一方面也起到保护木质制品表面的作用。木器表面用漆的要求根据不同的产品略有差别，主要包括具有一定的硬度、足够的丰满度、足够的光泽度、防霉变防虫蛀、耐黄变性能力、具有一定的附着力和耐污性等。应用于家具上的木器漆，考量的最重要的性能就是硬度和外观光泽度，硬度决定了该漆层对木制家具的保护能力，外观光泽度决定了该漆层应用后所产生的外观效果，两者是决定消费者购买木质产品与否的重要参数。

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种利用水为分散介质的木器用高光环保漆，并提供了该环保漆的配方以及制备方法、涂装方法。本发明中的环保漆应用于木器中，漆层均匀硬度高、光泽饱满外观好，采用特殊的干燥工艺能够进一步提升其漆膜硬度，使漆层保护性能和外观效果更佳。

本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本发明中提供的一种木器用高光环保漆组分及质量份数为如下：

改性水性聚氨酯分散体 50-55份

水性丙烯酸聚氨酯分散体 20-25份

水性涂料分散剂 0.2-0.4份

水 12-15份

有机锡催化剂 0.04-0.06份

增稠剂 0.2-0.4份

表面活性剂 1-2份

乳液杀菌剂 0.04-0.06份

醋酸正丁酯 0.005-0.008份。

进一步地，所述有机锡催化剂为二丁烯二月桂酸酯或者二醋酸二丁基锡。

进一步地，所述增稠剂为黄原胶或者卡拉胶。

进一步地，所述改性水性聚氨酯分散体的制备方法包括如下步骤：

S01：将聚醚多元醇N210、环氧树脂E51和亚麻油以质量比（1.5-1.6）：1：（0.2-0.3）混合后在140-150℃、10^-1-1000Pa真空度条件下干燥脱水2-4h；

S02：将S01中的混合物与异佛尔酮二异氰酸酯以质量比（1.25-1.34）：1混合，在惰性气氛条件下搅拌反应3-4h；

S03：向S02中的反应物中加入1，4-丁二醇反应1.5-2h，然后加入三羟甲基丙烷在82-85℃条件下反应3-4h，然后降温至60-65℃，再加入2，2-二羟甲基丙酸以及N-甲基吡咯烷酮，反应2-3h，然后自然冷却至室温，得到改性水性聚氨酯预聚体；

S04：将S03中得到的聚氨酯预聚体用三乙胺中和至pH值为6.9-7.2，然后加去离子水高速乳化，减压蒸馏去除其中的残余有机物，得到改性水性聚氨酯分散体。

本发明中改性水性聚氨酯所采用的是自乳化法的合成工艺，在聚氨酯分子链中引入具有成盐性的亲水基团，或者是带有亲水基的扩链剂，借助亲水基团的自乳化作用，在高速剪切分散的作用下制得水性聚氨酯。聚醚多元醇构成聚氨酯的软段，故其分子量的大小对聚氨酯产品的力学性能具有一定的影响，软段主要提供涂膜弹性、耐低温能力和耐水解性能，在本发明中采用分子量略小的聚醚多元醇N210作为原料，其原料外观透明度高，相容性好，能够增加聚氨酯整体的亲水性，宏观上使得漆膜的饱和度以及光泽度有非常大的改善。

与形成的软段相适配的（本发明中软段分子量小，会带来漆膜拉伸强度低的问题），本发明中添加1，4-丁二醇作为一次扩链剂，然后再加入2，2-二羟甲基丙酸作为二次亲水扩链剂，同时控制上述扩链剂以及异佛尔酮二异氰酸酯的添加配比，利用控制环氧树脂加入量、反应体系中NCO/OH之比来控制聚氨酯预聚体分子量和黏度，从而获得较小粒径和良好外观的涂料体系。

进一步地，S02中，惰性气氛为氩气气氛或者氮气气氛。

进一步地，S03中，利用丙酮调节体系浓度使反应过程中固含量变化不超过5%。

进一步地，S03中，反应物、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷、2，2-二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮添加的质量比为1：（1.05-1.12）：（0.1-0.2）：（1.2-1.4）：（0.2-0.3）。

进一步地，S03中，反应装置内持续搅拌，且设有回流冷凝装置。

进一步地，S04中，乳化工艺为：将温度控制在35-38℃范围内，将聚氨酯预聚体在2000-3000r/min条件下分散30-40min，分散过程中控制温度不高于80℃。

进一步地，所述表面活性剂为水性涂料润湿剂、消泡剂、流平剂、附着力促进剂、抗划伤剂、分散剂、杀菌剂中的一种或者多种的组合物。

进一步地，所述环保漆的干燥方式为混合干燥，具体为：漆层均匀涂制于木器上以后，自然风干1-2min，然后在2000-2500W微波条件下干燥3-5min，然后放置于室温条件下使其自然干燥。

本发明具有以下优点：

1、本发明提供了一种水性聚氨酯木器漆，具有绿色环保的特点，使用过程中无毒性、无VOC产生，对使用者身体无任何影响，对环境不产生有害物质。

2、本发明中的木器用环保漆采用双组份聚氨酯构成主体成分，其中采用自制的改性水性聚氨酯分散体，提升了涂料体系整体的性能，使涂装后形成的漆膜硬度更高、涂膜丰满度和光泽度有非常大的改善。

3、本发明中的木器用环保漆能够采用特殊的干燥工艺，进一步提升其漆膜硬度，使漆层保护性能和外观效果更佳。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明。

1、改性水性聚氨酯分散体的制备

通过多次试验确认最合适的反应物添加比例，试验①步骤如下：

S01：将聚醚多元醇N210、环氧树脂E51和亚麻油以质量比1.52：1：0.24混合后在145℃、100-120Pa真空度条件下干燥脱水4h。

S02：将S01中的混合物与异佛尔酮二异氰酸酯以质量比1.3：1混合，在氮气气氛条件下搅拌反应3.4h。

S03：向S02中的反应物中加入1，4-丁二醇反应2h，然后加入三羟甲基丙烷在82-85℃条件下反应3.5h，然后降温至60℃，再加入2，2-二羟甲基丙酸以及N-甲基吡咯烷酮，反应3h，然后自然冷却至室温，得到改性水性聚氨酯预聚体；反应物、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷、2，2-二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮添加的质量比为1：1.05：0.12：1.3：0.24。

S04：将S03中得到的聚氨酯预聚体用三乙胺中和至pH值为7.0，然后加去离子水高速乳化，减压蒸馏去除其中的残余有机物，得到改性水性聚氨酯分散体。

试验①中制备得到的改性水性聚氨酯分散体透明度还可以进行改善，在试验①的基础上进行反应物添加比例的调整如试验②。

试验②步骤如下：

S01：将聚醚多元醇N210、环氧树脂E51和亚麻油以质量比1.55：1：0.27混合后在145℃、100-105Pa真空度条件下干燥脱水4h。

S02：将S01中的混合物与异佛尔酮二异氰酸酯以质量比1.33：1混合，在氮气气氛条件下搅拌反应4h.

S03：向S02中的反应物中加入1，4-丁二醇反应1.8h，然后加入三羟甲基丙烷在82-85℃条件下反应4h，然后降温至60℃，再加入2，2-二羟甲基丙酸以及N-甲基吡咯烷酮，反应2.5h，然后自然冷却至室温，得到改性水性聚氨酯预聚体；反应物、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷、2，2-二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮添加的质量比为1：1.1：0.12：1.22：0.21。

S04：将S03中得到的聚氨酯预聚体用三乙胺中和至pH值为7.1，然后加去离子水高速乳化，减压蒸馏去除其中的残余有机物，得到改性水性聚氨酯分散体。

进一步改善制备如试验③，步骤如下：

S01：将聚醚多元醇N210、环氧树脂E51和亚麻油以质量比1.53：1：0.27混合后在145℃、100-105Pa真空度条件下干燥脱水4h。

S02：将S01中的混合物与异佛尔酮二异氰酸酯以质量比1.33：1混合，在氮气气氛条件下搅拌反应4h，反应过程中滴加几滴有机锡催化剂促进反应发生。

S03：向S02中的反应物中加入1，4-丁二醇反应1.8h，然后加入三羟甲基丙烷在82-85℃条件下反应4h，然后降温至60℃，再加入2，2-二羟甲基丙酸以及N-甲基吡咯烷酮，反应2.5h，然后自然冷却至室温，得到改性水性聚氨酯预聚体；反应过程中，利用丙酮调节体系浓度使反应过程中固含量变化不超过5%，反应装置内持续搅拌，且设有回流冷凝装置。反应物、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷、2，2-二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮添加的质量比为1：1.1：0.12：1.22：0.21。

S04：将S03中得到的聚氨酯预聚体用三乙胺中和至pH值为7.1，将温度控制在35-38℃范围内，将聚氨酯预聚体在3000r/min条件下分散35min，分散过程中控制温度不高于80℃，然后减压蒸馏去除其中的残余有机物，得到改性水性聚氨酯分散体。

2、环保漆的制备

利用上面实施例中制备得到的改性水性聚氨酯分散体作为原料之一制备环保漆，其配方组分及组分质量份数如下表：

其中，水性丙烯酸聚氨酯分散体为市售产品（产地为广东佛山，型号为NeoPac E-129），水性涂料分散剂同样为市售产品，水采用的是自制的去离子水。

实施例1-8中采用的有机锡催化剂为二丁烯二月桂酸酯，增稠剂为卡拉胶；实施例9-15中采用的有机锡催化剂为二醋酸二丁基锡，增稠剂为黄原胶。

所有实施例中表面活性剂为润湿剂、消泡剂、抗划伤剂以质量比1:1:1进行混合的混合物，其中润湿剂、消泡剂、抗划伤剂均为适用于水性涂料体系的市售产品。所有实施例中采用的乳液杀菌剂同样为市售产品（DOW，产地为广东东莞）。

3、漆膜的制备以及测试

将上述制备得到的环保漆对尺寸为15cm×15cm的木质片材进行涂装（喷涂），涂装厚度为30μm。为进一步直观的进行比较，对比例采用市售溶剂型聚氨酯木器漆进行比较，涂装厚度同样为30μm。

实施例1-15木质片材涂装后干燥方式为混合干燥，具体为：

漆层均匀涂制于木器上以后，自然风干2min，然后在2500W微波条件下干燥3min。对比例漆层则利用40-45℃暖风干燥2h。实施例及对比例漆层干燥后均放置在室温条件下自然风干12h后进行测试。

对上述漆层分别进行附着力测试、漆膜硬度测试、漆膜耐酸碱测试，测试方法分别按照《GB/T 1720-1979漆膜附着力测定法》、《GB/T 6739-1996色漆和清漆 铅笔法测定漆膜硬度》、《GB/T 9247-1988 色漆和清漆 耐液体介质的测试》进行，测试结果如下：

由上述测试结果可以看出，本发明实施例中的环保漆应用于木器上不仅具有高光的效果，而且通过配方改善以及干燥工艺的改进，其漆膜硬度和耐酸碱性比起现有溶剂型漆膜也具有非常大的改善。本发明提供了一种水性聚氨酯木器漆，具有绿色环保的特点，使用过程中无毒性、无VOC产生，对使用者身体无任何影响，对环境不产生有害物质。本发明中的木器用环保漆采用双组份聚氨酯构成主体成分，其中采用自制的改性水性聚氨酯分散体，提升了涂料体系整体的性能，使涂装后形成的漆膜硬度更高、涂膜丰满度和光泽度有非常大的改善。本发明中的木器用环保漆能够采用特殊的干燥工艺，进一步提升其漆膜硬度，使漆层保护性能和外观效果更佳。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种木器用高光环保漆，其特征在于所述环保漆组分及质量份数为如下：

改性水性聚氨酯分散体 50-55份

水性丙烯酸聚氨酯分散体 20-25份

水性涂料分散剂 0.2-0.4份

水 12-15份

有机锡催化剂 0.04-0.06份

增稠剂 0.2-0.4份

表面活性剂 1-2份

乳液杀菌剂 0.04-0.06份

醋酸正丁酯 0.005-0.008份。

2.如权利要求1所述木器用高光环保漆，其特征在于：所述有机锡催化剂为二丁烯二月桂酸酯或者二醋酸二丁基锡；所述增稠剂为黄原胶或者卡拉胶。

3.如权利要求1所述木器用高光环保漆，其特征在于：所述改性水性聚氨酯分散体的制备方法包括如下步骤：

S01：将聚醚多元醇N210、环氧树脂E51和亚麻油以质量比（1.5-1.6）：1：（0.2-0.3）混合后在140-150℃、10^-1-1000Pa真空度条件下干燥脱水2-4h；

S02：将S01中的混合物与异佛尔酮二异氰酸酯以质量比（1.25-1.34）：1混合，在惰性气氛条件下搅拌反应3-4h；

S03：向S02中的反应物中加入1，4-丁二醇反应1.5-2h，然后加入三羟甲基丙烷在82-85℃条件下反应3-4h，然后降温至60-65℃，再加入2，2-二羟甲基丙酸以及N-甲基吡咯烷酮，反应2-3h，然后自然冷却至室温，得到改性水性聚氨酯预聚体；

S04：将S03中得到的聚氨酯预聚体用三乙胺中和至pH值为6.9-7.2，然后加去离子水高速乳化，减压蒸馏去除其中的残余有机物，得到改性水性聚氨酯分散体。

4.如权利要求3所述木器用高光环保漆，其特征在于：S02中，惰性气氛为氩气气氛或者氮气气氛。

5.如权利要求3所述木器用高光环保漆，其特征在于：S03中，利用丙酮调节体系浓度使反应过程中固含量变化不超过5%。

6.如权利要求3所述木器用高光环保漆，其特征在于：S03中，反应物、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷、2，2-二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮添加的质量比为1：（1.05-1.12）：（0.1-0.2）：（1.2-1.4）：（0.2-0.3）。

7.如权利要求3所述木器用高光环保漆，其特征在于：S03中，反应装置内持续搅拌，且设有回流冷凝装置。

8.如权利要求3所述木器用高光环保漆，其特征在于：S04中，乳化工艺为：将温度控制在35-38℃范围内，将聚氨酯预聚体在2000-3000r/min条件下分散30-40min，分散过程中控制温度不高于80℃。

9.如权利要求1所述木器用高光环保漆，其特征在于：所述表面活性剂为水性涂料润湿剂、消泡剂、流平剂、附着力促进剂、抗划伤剂、分散剂、杀菌剂中的一种或者多种的组合物。

10.如权利要求1所述木器用高光环保漆，其特征在于：所述环保漆的干燥方式为混合干燥，具体为：漆层均匀涂制于木器上以后，自然风干1-2min，然后在2000-2500W微波条件下干燥3-5min，然后放置于室温条件下使其自然干燥。