CN109852224B - 一种集装箱用水性快干耐磨木地板涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集装箱用水性快干耐磨木地板涂料及其制备方法。所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料由如下质量分数的组分组成：水10~25.1%，水性自交联核壳聚氨酯分散体70～85%，耐磨浆料2～5%，水性润湿剂0.1～0.4%，水性稳定剂0.2～0.8%，pH调节剂0.1～0.3%，成膜助剂3～5%，水性消泡剂0.1～0.3%，水性防霉杀菌剂0.2～0.5%，水性増稠剂0.2～0.5%。本发明提供的集装箱用水性快干耐磨木地板涂料为单组分涂料，施工方便，安全环保，成本低，可在低温环境（‑5℃以上）下施工，其综合性能优异。

Description

一种集装箱用水性快干耐磨木地板涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，更具体地，涉及一种集装箱用水性快干耐磨木地板涂料及其制备方法。

背景技术

水性涂料不燃不爆、安全环保，使集装箱用涂料的水性化成为发展的必然趋势。近年，国内各大集装箱厂都积极配合发展，已对集装箱生产线的涂装设备和工艺等进行技术改造，全力推广集装箱用水性涂料。目前，国内集装箱行业和广东省针对集装箱水性涂料，分别已制定和实施集装箱行规JH/T E06-2015《集装箱用水性涂料》和广东省地方标准DB44/T 1599-2015《水性集装箱涂料》。其中，JH/T E06-2015规定了钢质通用集装箱用水性涂料，适用于保护和装饰集装箱钢结构表面的水性涂料及其配套系统，但没对水性木地板涂料做规定要求；DB44/T1599-2015除了适用于保护和装饰通用集装箱钢结构表面的水性涂料及其涂料配套体系外，还包含箱内地板底漆和面漆(应符合相关物化性能和有害物质限量要求)。

各大集装箱厂已限制使用溶剂型木地板涂料，目前使用木地板涂料均为水性木地板涂料，主要分为单组分聚氨酯涂料、丙烯酸酯涂料及其聚氨酯改性丙烯酸酯(含混拼)涂料等为主，还有双组分聚氨酯木地板涂料。其中，单组分聚氨酯涂料和单组分聚氨酯改性丙烯酸酯涂料因其硬度、丰满度、光泽、耐磨性、耐化学介质等综合性能好，施工便捷、性价比高，箱厂使用最多。水性双组分(2K)聚氨酯木地板涂料由含羟基水性树脂和含NCO基的异氰酸酯水性固化剂组成，具有硬度高、光泽高、耐候性好、附着力强、耐化学品性好等优点，但其要求即配即用，对使用配比和使用期有要求，施工相对困难，而且产品价格相对较高，市场占有率低。

国内现有水性木地板涂料所采用的水性树脂基本以乳液型为主，基本均在环境/表面温度≥5℃，环境相对湿度≤85％条件下，按施工规范进行施工，才能保证正常成膜干燥。各大箱厂分布在国内不同地域，南方箱厂基本在5℃以上环境，基本影响不大；但北方箱厂到了冬季时，在低温环境(-5℃以上)施工使用，容易出现成膜开裂现象，只能在每天相对高温时段(施工窗口期)甚至不能施工使用，制约了产品的市场开拓。同时，由于采用的乳液型技术工艺路线因素，其水性树脂呈现乳白或蓝白色半透明液态，制备产品的透明性和光泽度等方面，还有待提升。在湿度较高时，水性涂料成膜干燥变慢，干燥时间相对延长，箱厂也希望水性木地板涂料能更加快干，满足生产线工效要求。到目前为止，尚未见有集装箱用水性低温干燥型木地板涂料的相关报道。例如公开号为CN 102746777A的中国发明专利公开了集装箱用单组分耐磨水性聚氨酯木地板涂料，该专利制备样品必须在环境/表面温度≥5℃，环境相对湿度≤85％条件下，按施工规范进行施工，才能保证正常成膜干燥。因此，集装箱厂需要一种性能可靠的水性低温干燥型木地板涂料以取代目前水性木地板涂料，较好满足北方箱厂的冬季施工需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中集装箱用水性木地板涂料需要在较高温度下施工，无法满足北方箱厂的冬季施工需求的缺陷和不足，提供一种集装箱用水性快干耐磨木地板涂料。本发明提供的集装箱用水性快干耐磨木地板涂料为单组分涂料，施工方便，安全环保，成本低，可在低温环境(-5℃以上)下施工，耐磨性能优异，其综合性能均达到并超过DB44/T 1599-2015标准关于箱内地板底漆和面漆的要求，完全达到了集装箱用木质地板的表面防护更高要求。

本发明的另一目的在于提供上述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，由如下质量分数的组分组成：

所述耐磨浆料由如下质量分数的组分组成：氮化钛铝20～40％，尼龙基体TPSiV10～30％，溶剂40～60％。

水性自交联核壳聚氨酯分散体具有合成单体残留极低，优异高透明性，优异的高硬度、高光泽、耐黄变性能和抗磨损特性，以及优异的低温干燥性能、较强的层间附着力、耐各种化学介质浸泡的优点。

耐磨浆料中以氮化钛铝和尼龙基体TPSiV为功能性成分。其中，氮化钛铝TiAlN与氮化钛相比，因为有铝Al成份的加入，使涂层的纳米硬度、结合力、耐磨性及高温抗氧化性等性能都能得到显著提高。高温下Al离子向表面扩散，易形成一层致密的三氧化二铝(Al₂O₃)保护膜，使膜层的抗氧化温度由氮化钛(TiN)的600℃提升到氮化铝钛(TiAlN)的900℃左右，而且涂层硬度提高到近HV4000，此配方主要利用其硬度，但其会带来涂料脆性提高的问题。尼龙基体TPSiV不但具有较低的摩擦系数，还具备很强的强度和韧性。通过尼龙基体TPSiV和氮化钛铝的协同作用，可以减少氮化钛铝的损耗量，整个漆膜体系更加有韧性。在硬度，韧性以及摩擦系数都同步都到完善。

水性润湿剂可降低体系的表面张力，增强涂层对基材的润湿，提高附着力，同时改善体系抗冻融性，提高体系的流平效果。

水性稳定剂可使得耐磨浆料分散均匀，稳定存在于涂料体系中。

成膜助剂为水性聚合物的优良溶剂，在涂料中，成膜助剂吸附到水性树脂粒子(水性自交联核壳聚氨酯分散体)上，使得树脂粒子软化，从而降低涂料成膜温度，使得具有低温成膜温度和良好的表面效果。

水性増稠剂可赋予涂料体系良好的流平性和抗流挂性，从而使涂料具有良好的储存性能和施工性能。

本发明通过各功能性组分的协同配合，得到的集装箱用水性快干耐磨木地板涂料为单组分涂料，施工方便，安全环保，成本低，可在低温环境(-5℃以上)下施工，耐磨性能优异，其综合性能(硬度、附着力、耐冲击性、耐磨性、耐水性等)均达到并超过DB44/T 1599-2015标准关于箱内地板底漆和面漆的要求，完全达到了集装箱用木质地板的表面防护更高要求。

优选地，所述涂料由如下质量分数的组分组成：

优选地，所述耐磨浆料由如下质量分数的组分组成：氮化钛铝30％，尼龙基体TPSiV 20％溶剂50％。

优选地，所述溶剂为乙二醇丁醚BCS、二乙二醇丁醚BDG、丙二醇甲醚PM、二丙二醇甲醚DPM、丙二醇丁醚PNB或二丙二醇丁醚DPNB中的一种或几种。

优选地，所述耐磨浆料通过如下方法制备得到：将氮化钛铝、尼龙基体TPSiV和溶剂混合，搅拌，超声分散即得所述耐磨浆料。

本领域常规方法制备得到的氮化钛铝均可用于本发明中，如：

采用氨气氮化法将纳米TiO₂、Al₂O₃粉末放入管式气氛炉中的石英舟中，氨气作还原剂，在不同温度(600℃、800℃)下氮化2～5h，冷却至室温后，制得了最小粒径约为20nm的AlTiN粉体。该反应需要的温度低，在800℃就能开始转化成AlTiN，在800℃下氮化5h可以全部转化成ALTiN。

本领域常规的水性自交联核壳聚氨酯分散体、水性润湿剂、水性稳定剂、pH调节剂、成膜助剂、水性消泡剂、水性防霉杀菌剂和水性増稠剂均可用于本发明中。

优选地，所述水性自交联核壳聚氨酯分散体为HL-03(广东达尔新材公司)、3810(广东蓝德堡实业公司)或CUR99(德国欧宝迪公司)中的一种或几种。

优选地，所述阴离子型润湿剂为二烷基(辛基、已基、丁基)磺基琥珀酸盐、烷基萘磺酸钠、蓖麻油硫酸化物、十二烷基磺酸钠、硫酸月桂脂或油酸丁基酯硫酸化物中的一种或几种。

更为优选地，所述阴离子型润湿剂为Hydropalat 875(深圳海川化工有限公司)或Nopcowet50(深圳海川化工有限公司)中的一种或几种。

优选地，所述非离子型润湿剂为有机硅衍生物、二丙二醇单甲醚、烷基酚聚氧乙烯醚，烷基醇聚氧乙烯醚、乙二醇聚氧乙烯烷基酯、乙二醇聚氧乙烯烷基芳基醚或乙炔乙二醇中的一种或几种。

更为优选地，所述非离子型润湿剂为X-405(美国陶氏化学公司)、AP-560(深圳吉雅德实业有限公司)、PE-100(深圳海川化工有限公司)或Hydropalat 436(深圳海川化工有限公司)中的一种或几种。

优选地，所述水性稳定剂为多价羧酸盐类聚合物、嵌段高分子共聚物或合成高分子类聚合物中的一种或几种。

更为优选地，所述多价羧酸盐类聚合物为SN－5027(深圳海川化工有限公司)、SN－5034(深圳海川化工有限公司)、SN－5040(深圳海川化工有限公司)或Orotan 731A(美国罗门哈斯公司)中的一种或几种。

更为优选地，所述嵌段高分子共聚物为Disperbyk180(德国BYK化学公司)、Disperbyk181(德国BYK化学公司)、Disperbyk184(德国BYK化学公司)、Disperbyk190(德国BYK化学公司)、Disperbyk191(德国BYK化学公司)、Hydropalat 3275(深圳海川化工有限公司)或Hydropalat 1080(深圳海川化工有限公司)中的一种或几种。

更为优选地，所述高分子类聚合物为Orotan 1124(美国罗门哈斯公司)、Orotan1288(美国罗门哈斯公司)、Hydropalat 3204(深圳海川化工有限公司)、Hydropalat759(深圳海川化工有限公司)或Hydropalat 100(深圳海川化工有限公司)中的一种或几种。

优选地，所述pH调节剂为胺类化合物。

更为优选地，所述胺类化合物为AMP95(美国陶氏化学)、二甲基乙醇胺(上海雨田化工有限公司)或氨水中的一种或几种。

优选地，所述成膜助剂为2EHG乙二醇异锌醚、丙二醇甲醚PM、丙二醇丙醚PnP、丙二醇丁醚PnB、丙二醇苯醚PPh、288聚烷基苯基醚类助剂或醇酯—12中的一种或几种。

上述特定种类的成膜助剂为环保型成膜助剂。

如选用上述成膜助剂中的至少两种，可组合得到复合环保型成膜助剂，具有更为优异的低温成膜温度和更好的表面效果。

优选地，所述水性消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物溶液或具有疏水性活性物质混合物中的一种或几种。

更为优选地，所述水性消泡剂为Foamex 815N(赢创公司)、Foamex 8050(赢创公司)、Foamex K3(赢创公司)，Defom W-0505(徳谦化学)或4688(佛山昭景科技)中的一种或几种。

优选地，所述水性防霉杀菌剂为3-(3，4-二氯苯基)-1,1-二甲脲、多菌灵ISO、2-辛基-2-异噻唑-3-酮或异三葵醇乙氧基化物聚合物中的一种或几种。

更为优选地，所述水性防霉杀菌剂为EPW(托尔公司)、Nordes C15(诺德公司)或LXE(陶氏化学)中的一种或几种。

优选地，所述水性増稠剂为缔合丙烯酸类聚合物或非离子型疏水改性聚氨酯嵌段共聚物。

优选地，所述缔合丙烯酸类聚合物为碱溶胀丙烯酸类增稠剂。

更为优选地，所述碱溶胀丙烯酸类增稠剂为DR-72(美国罗门哈斯公司)。

Optiflo H 400(南方化学公司)、Optiflo H 600(南方化学公司)、DSX 3116(深圳海川化工有限公司)或DSX 3290(深圳海川化工有限公司)中的一种或几种。

上述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将成膜助剂和水混合得成膜助剂混合液，待用；

S2：将水性自交联核壳聚氨酯分散体、耐磨浆料、水性润湿剂、水性稳定剂、pH调节剂和部分消泡剂搅拌混合后，依次搅拌加入成膜助剂混合液、水性消泡剂、水性防霉杀菌剂、水性增稠剂和剩余消泡剂后，搅拌即得所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供集装箱用水性快干耐磨木地板涂料为单组分涂料，施工方便，安全环保，成本低，可在低温环境(-5℃以上)下施工，其综合性能(硬度、附着力、耐冲击性、耐磨性、耐水性等)均达到并超过DB44/T 1599-2015标准关于箱内地板底漆和面漆的要求，完全达到了集装箱用木质地板的表面防护更高要求。

具体实施方式

下面结合实施例和对照例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述，但本发明不限于此。下述实施例和对照例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法，所使用的原料，试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市购等商业途径得到的原料和试剂。

实施例1

本实施例提供一种集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，通过如下方法制备得到。

1)将如下质量分数(以在耐磨浆料中的质量分数计)的原料：氮化钛铝20％、尼龙基体TPSiV 30％和溶剂乙二醇丁醚50％加入到容器中，并在加入原料的同时进行机械搅拌(800r/min转速)；在原料加完之后，选用高速分散(2300r/min转速)10min后，再超声分散(25KHz频率)10min，即制得耐磨浆料，备用。

2)加入去离子水20％(以涂料中的质量分数计)，在600r/min转速搅拌条件下，加入复合成膜助剂(PnP，陶氏化学3％，Texanol，美国Eastman公司2.0％)搅拌8min；待溶液降至室温，即制得复合环保成膜助剂混合液，备用；

3)加入水性自交联核壳聚氨酯分散体(HL-03，达尔新材)70％，在400r/min转速搅拌条件下，加入步骤(1)制备的耐磨浆料2％、水性润湿剂(Disperbyk180，德国BYK化学公司)0.4％、水性稳定剂(X-405，美国陶氏化学)0.8％、pH调节剂(AMP-95，陶氏化学)0.3％、，并加入0.05％的消泡剂(TEGO公司，Foamex8050)后搅拌8min；在600r/min转速搅拌下，加入步骤(2)制备的复合环保成膜助剂混合液，搅拌13min；在400r/min转速搅拌条件下，将依次加入中Foamex8050消泡剂0.05％，搅拌8min；在600r/min转速搅拌下，再加入配方中的DR72增稠剂0.2％，水性防霉杀菌剂(Nordes C15(诺德公司)0.2％搅拌18min，制得集装箱用水性低温干燥型木地板涂料性能如表1所示。

步骤2)和步骤3)中各组分的用量以涂料中的质量分数计，其余实施例与此相同。

实施例2

本实施例提供一种集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，通过如下方法制备得到。

1)将如下质量分数的原料：氮化钛铝30％、尼龙基体TPSiV20％和溶剂50％加入到容器中，并在加入原料的同时进行机械搅拌(900r/min转速)；在原料加完之后，选用高速分散(2450r/min转速)12min后，再超声分散(23KHz频率)12H，即制得耐磨浆料，备用。

2)加入去离子水15％，在800r/min转速搅拌条件下，加入配方中的复合成膜助剂(PPh，陶氏化学3％，PnP，陶氏化学1％)搅拌12min；待溶液降至室温，即制得复合环保成膜助剂混合液备用；

3)加入水性自交联核壳聚氨酯分散体(蓝德堡3810)76％，在700r/min转速搅拌条件下，加入步骤(1)制备的耐磨浆料3％、水性润湿剂(SN－5027，深圳海川化工有限公司)0.2％、水性稳定剂(X-405，美国陶氏化学)0.4％、pH调节剂(二甲基乙醇胺，海雨田化工)0.2％、0.1％消泡剂(TEGO公司，Foamex815N)后搅拌12min；在800r/min转速搅拌下，加入步骤(2)制备的复合环保成膜助剂混合液，搅拌17min；在600r/min转速搅拌条件下，依次加入Foamex815N消泡剂0.1％，搅拌12min；在800r/min转速搅拌下，再加入8C-410增稠剂0.5％、水性防霉杀菌剂(Nordes C15(诺德公司)0.2％，搅拌22min，制得集装箱用水性低温干燥型木地板涂料性能如表1所示。

实施例3

本实施例提供一种集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，通过如下方法制备得到。

1)将如下质量分数的原料：氮化钛铝40％、尼龙基体TPSiV10％和溶剂50％加入到容器中，并在加入原料的同时进行机械搅拌(900r/min转速)；在原料加完之后，选用高速分散(2200r/min转速)10min后，再超声分散(50KHz频率)12min，即制得耐磨浆料，备用。

2)加入去离子水5.1％，在700r/min转速搅拌条件下，加入配方中的复合成膜助剂(丙二醇甲醚PM，陶氏化学1.5％、丙二醇丁醚PnB，陶氏化学1.5％)搅拌10min；待溶液降至室温，即制得复合环保成膜助剂混合液备用；

3)加入水性自交联核壳聚氨酯分散体(欧宝迪公司CUR99)80％，在600r/min转速搅拌条件下，加入步骤(1)制备的耐磨浆料5％、水性润湿剂(Hydropalat3275，深圳海川化工有限公司)0.1％、水性稳定剂(AP-560，深圳吉雅德实业有限公司)0.2％、pH调节剂(二甲基乙醇胺，海雨田化工)0.1％、并加入0.15％的消泡剂(佛山昭景科技4688)后搅拌10min；在700r/min转速搅拌下，加入步骤(2)制备的复合环保成膜助剂混合液，搅拌16min；在550r/min转速搅拌条件下，将依次加入Defom W-0505消泡剂0.15％，搅拌10min；在700r/min转速搅拌下，再加入Optiflo H 400，南方化学公司0.5％/、水性防霉杀菌剂(NordesC15(诺德公司)0.5％，搅拌19min，制得集装箱用水性低温干燥型木地板涂料性能如表1所示。

对比例1

本对比例中选用的耐磨浆料中未添加氮化钛铝，尼龙基体TPSiV的质量分数为100％。其余组分及制备方法均与实施例2相同。

对比例2

本对比例中选用的耐磨浆料中采用三氧化二铝替换氮化钛铝。其余组分及制备方法均与实施例2相同。

对比例3

本对比例中选用的耐磨浆料中未添加尼龙基体TPSiV，氮化钛铝的质量分数为2％。其余组分及制备方法均与实施例2相同。

表1实施例1～3所配置的集装箱用水性低温干燥型木地板涂料主要性能表

从表1可知，本发明各实施例提供的集装箱用水性低温干燥型木地板涂料硬度和附着力明显好于对比杨。而对比例1中仅选用尼龙基体TPSiV作为耐磨浆料的主成分，可以看出体系耐划伤性能良好，但是硬度缺乏。对比例2选用三氧化二铝和尼龙基体TPSiV作为耐磨浆料的主成分，硬度有所提高但是没有实施例高。对比例3仅选用氮化钛铝作为耐磨浆料的主成分，由于氮化钛铝的硬度过高造成韧性不足，附着力下降。

本发明提供的集装箱用水性快干耐磨木地板涂料为单组分涂料，施工方便，安全环保，成本低，可在低温环境(-5℃以上)下施工，其综合性能(硬度、附着力、耐冲击性、耐磨性、耐水性等)均达到并超过DB44/T 1599-2015标准关于箱内地板底漆和面漆的要求，完全达到了集装箱用木质地板的表面防护更高要求。

最后应当指出的是，以上实施例仅是本发明的具有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明内容直接导出或联想到所有变形，均应认为是本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，其特征在于，由如下质量分数的组分组成：

水10～20%，

水性自交联核壳聚氨酯分散体70～80%，

耐磨浆料2～5%，

水性润湿剂0.1～0.4%，

水性稳定剂0.2～0.8%，

pH调节剂0.1～0.3%，

成膜助剂3～5%，

水性消泡剂0.1～0.3%，

水性防霉杀菌剂0.2～0.5%，

水性増稠剂0.2～0.5%；

所述耐磨浆料由如下质量分数的组分组成：氮化钛铝20~40%，尼龙基体TPSiV 10~30%，溶剂40~60%。

2.根据权利要求1所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，其特征在于，所述涂料由如下质量分数的组分组成：

水15.5%，

水性自交联核壳聚氨酯分散体76%，

耐磨浆料3%，

水性润湿剂0.2%，

水性稳定剂0.4%，

pH调节剂0.2%，

成膜助剂4%，

水性消泡剂0.2%，

水性防霉杀菌剂0.2%，

水性増稠剂0.3%。

3.根据权利要求1所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，其特征在于，所述耐磨浆料由如下质量分数的组分组成：氮化钛铝20%，尼龙基体TPSiV30%，溶剂 50%。

4.根据权利要求1所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，其特征在于，所述耐磨浆料通过如下方法制备得到：将氮化钛铝、尼龙基体TPSiV和溶剂混合，搅拌，超声分散12小时即得所述耐磨浆料。

5.根据权利要求1所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，其特征在于，所述溶剂为乙二醇丁醚BCS、二乙二醇丁醚BDG、丙二醇甲醚PM、二丙二醇甲醚DPM、丙二醇丁醚PNB或二丙二醇丁醚DPNB中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，其特征在于，所述水性自交联核壳聚氨酯分散体为HL-03、3810或CUR99中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，其特征在于，所述水性润湿剂为阴离子型润湿剂或非离子型润湿剂中的一种或两种；

所述水性稳定剂为多价羧酸盐类聚合物或嵌段高分子共聚物中的一种或两种。

8.根据权利要求1所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，其特征在于，所述pH调节剂为胺类化合物。

9.根据权利要求1所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料，其特征在于，所述水性消泡剂为具有疏水性活性物质混合物；

所述水性防霉杀菌剂为3-（3，4-二氯苯基）-1,1-二甲脲、多菌灵ISO、2-辛基-2-异噻唑-3-酮或异三癸醇乙氧基化物聚合物中的一种或几种；

所述水性増稠剂为缔合丙烯酸类聚合物或非离子型疏水改性聚氨酯嵌段共聚物。

10.权利要求1~9任一所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将成膜助剂和水混合得成膜助剂混合液，待用；

S2：将水性自交联核壳聚氨酯分散体、耐磨浆料、水性润湿剂、水性稳定剂、pH调节剂和部分消泡剂搅拌混合后，依次搅拌加入成膜助剂混合液、水性消泡剂、水性防霉杀菌剂、水性增稠剂和剩余消泡剂后，搅拌即得所述集装箱用水性快干耐磨木地板涂料。