CN110760230A - 一种木质家具表面防水涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木质家具表面防水涂料，由如下重量份原料制成：改性丙苯乳液50‑60份、无机填料4‑6份、阻燃剂0.8‑1份、消泡剂1‑2份、流平剂0.5‑0.6份、润湿剂1‑1.5份、去离子水10‑14份；本发明还公开了该防水涂料的制备方法。本发明通过以改性苯丙乳液作为涂料的成膜物质，通过聚硅氧烷对苯丙乳液进行改性，使得成膜基质不仅具有优异的防水性能，还具备耐热性和抑菌性；通过在涂料中加入阻燃剂，阻燃剂为复配物，能够从气相稀释以及催化碳化等不同方面发挥阻燃性能，使得涂料具有良好的阻燃效果；再通过其余助剂的辅配，制得一种具有阻燃性能、抑菌性能的防水涂料，适用于木质家具，提高木质家具的使用寿命。

Description

一种木质家具表面防水涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于防水涂料技术领域，具体是涉及一种木质家具表面防水涂料及其制备方法。
背景技术
木质家具是采用实木制成的家具，具有美观大方、天然环保的优点，但是木质家具是以实木锯材或实木板材为基材制作的，在潮湿的环境下容易腐烂，因此，需要在其表面涂刷一层防护材料。从前多涂饰桐油及其它干性油、生漆和硝基漆等，现在已过渡到各种合成树脂，主要有溶剂型醇酸树脂涂料、聚氨酯涂料和硝基涂料，但这些涂料溶剂含量高，对环境的污染较大。随着对环保产品的要求，水性涂料得到迅速的发展。水性涂料以水作为溶剂，具有不燃、无毒、易清洗，从根本上降低了VOC的含量，减少对大气的污染。
专利号为CN201810363235.5的中国发明专利公开了一种木质橱柜用表面防水涂料，按重量份计由以下成分制成：有机硅乳液120-135、羟基聚二甲基硅氧烷2.6-3.5、糖基酰胺改性十三氟辛基三乙氧基硅烷5.5-5.8、油酸改性纳米氧化铝6-10、无机填料55-60、去离子水80-90，制得的涂料能够与木质材料相互紧密结合，显著提高涂膜表面疏水性能，降低木质橱柜本体与水接触的几率，避免木质橱柜出现发霉现象。但是有机硅乳液还存在防水性能不足，不具备抑菌性和阻燃性等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种木质家具表面防水涂料及其制备方法，通过以改性苯丙乳液作为涂料的成膜物质，通过聚硅氧烷对苯丙乳液进行改性，使得成膜基质不仅具有优异的防水性能，还具备耐热性和抑菌性；通过在涂料中加入阻燃剂，阻燃剂为复配物，能够从气相稀释以及催化碳化等不同方面发挥阻燃性能，使得涂料具有良好的阻燃效果；再通过其余助剂的辅配，制得一种具有阻燃性能、抑菌性能的防水涂料，适用于木质家具，能够有效防水、防菌和防火，对木质家具进行有效防护，提高木质家具的使用寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种木质家具表面防水涂料，由如下重量份原料制成：改性丙苯乳液50-60份、无机填料4-6份、阻燃剂0.8-1份、消泡剂1-2份、流平剂0.5-0.6份、润湿剂1-1.5份、去离子水10-14份；
该防水涂料由如下步骤制成：
第一步、在容器中加入去离子水，150-200r/min匀速搅拌状态下依次加入润湿剂、一半的消泡剂、阻燃剂和无机填料，转移至球磨机中以120r/min球磨60min；
第二步、球磨后的混合物重新转移至容器中，调整转速至700-800r/min，加入改性丙苯乳液，搅拌10-20min后加入剩余的消泡剂和流平剂，继续搅拌30-40min后用400目筛网过滤。
进一步地，所述无机填料为碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、高岭土、纳米二氧化硅、云母粉、硅灰石、膨润土中的至少一种。
进一步地，所述阻燃剂为磷酸脒基脲、季戊四醇磷酸酯按照物质的量之比为8:5混合得到的复配物。
进一步地，所述改性丙苯乳液由如下方法制备：
(1)称取13.5g甲基丙烯酸丁酯、12g苯乙烯、4.5g丙烯酸丁酯、1.5g丙烯酸混合均匀，得到混合单体，备用；
(2)氮气氛围下，在反应瓶中依次加入2.2g十二烷基硫酸钠和100mL去离子水，室温下搅拌均匀，加入0.2g对甲苯磺酸继续搅拌30min；
(3)称取1.5g四甲基二乙烯基二硅氧烷和0.3g壬基酚聚氧乙烯基醚并混合均匀，加入反应体系，升温至84℃反应3h，然后降温至58℃；
(4)缓慢滴加硅烷偶联剂KH-570，于60℃匀速搅拌30min，升温至84℃继续反应1h，降温至40℃；
(5)滴加0.1g过硫酸钾和一半的混合单体，滴加速度控制在30-35min，升温至50℃；
(6)继续滴加0.1g过硫酸钾和剩余的混合单体，滴加速度控制在55-60min，升温至84℃保温4h，降至室温，调节体系pH＝7-8，即得改性苯丙乳液。
一种木质家具表面防水涂料的制备方法，包括如下步骤：
第一步、在容器中加入去离子水，150-200r/min匀速搅拌状态下依次加入润湿剂、一半的消泡剂、阻燃剂和无机填料，转移至球磨机中以120r/min球磨60min；
第二步、球磨后的混合物重新转移至容器中，调整转速至700-800r/min，加入改性丙苯乳液，搅拌10-20min后加入剩余的消泡剂和流平剂，继续搅拌30-40min后用400目筛网过滤。
本发明的有益效果：
本发明的防水涂料采用改性苯丙乳液作为成膜物质，四甲基二乙烯基二硅氧烷与苯乙烯、丙烯酸酯单体进行自由基乳液共聚反应，得到聚硅氧烷改性的苯丙乳液，加入的硅烷偶联剂在聚硅氧烷反应时发生不完全水解，当与苯丙乳液共聚反应时发生进一步水解、自缩聚反应，形成交联体系，乳液粒径分布较均匀；改性苯丙乳液在形成涂层时，硅氧烷之间的交联作用在涂膜表面会形成致密疏水层，可以防止水分子穿透涂膜，同时，硅氧烷表面张力比丙烯酸酯低，分子运动能力较强，成膜后易迁移至涂膜表面，从而提高涂膜表面疏水性，提高涂料的防水性能；聚硅氧烷链段中Si-O-Si键能较大，容易迁移到聚合物表面起到屏蔽作用，改性苯丙乳液中还存在交联结构，使得链段活动能力下降，从而提高改性苯丙乳液的热稳定性；另外，聚硅氧烷的表面自由能低，可以有效阻止细菌与涂膜之间的作用，从而使涂膜具有一定的抑菌性能；
本发明在涂料原料中加入了阻燃剂，阻燃剂为磷酸脒基脲、季戊四醇磷酸酯的复配物，在涂层受热过程中，磷酸脒基脲首先进行热解，以热解气体产物CO2为主，此时，以气相稀释作用为主，这些不可燃气体可有效稀释氧气浓度，从而在一定程度延长基材(木质家具)的点燃时间；温度继续升高，季戊四醇磷酸酯的P-O-C键断裂，环状结构逐渐打开、凝结形成焦磷酸，此外，磷酸脒基脲分解产生的聚磷酸铵进一步脱水、脱NH3，形成多聚磷酸，这些酸性物质的形成促进季戊四醇、木材表面基体的脱水碳化，形成膨胀炭层；随着温度的进一步升高，热解气体产物仍然以CO2为主，膨胀炭层也已形成，能够有效抑制热量向基材的传递；磷酸脒基脲热解气态产物可作为气源发挥气相稀释的作用，季戊四醇磷酸酯及磷酸脒基脲同时作为酸源，催化脱水作用明显，促进季戊四醇以及木材表面基体的碳化，从而在木材表面形成致密的膨胀炭层，阻隔热量的传递，有效保护基材，起到良好的阻燃效果；
本发明通过以改性苯丙乳液作为涂料的成膜物质，通过聚硅氧烷对苯丙乳液进行改性，使得成膜基质不仅具有优异的防水性能，还具备耐热性和抑菌性；通过在涂料中加入阻燃剂，阻燃剂为复配物，能够从气相稀释以及催化碳化等不同方面发挥阻燃性能，使得涂料具有良好的阻燃效果；再通过其余助剂的辅配，制得一种具有阻燃性能、抑菌性能的防水涂料，适用于木质家具，能够有效防水、防菌和防火，对木质家具进行有效防护，提高木质家具的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种木质家具表面防水涂料，由如下重量份原料制成：改性丙苯乳液50-60份、无机填料4-6份、阻燃剂0.8-1份、消泡剂1-2份、流平剂0.5-0.6份、润湿剂1-1.5份、去离子水10-14份；
无机填料为碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、高岭土、纳米二氧化硅、云母粉、硅灰石、膨润土中的至少一种；
阻燃剂为磷酸脒基脲、季戊四醇磷酸酯按照物质的量之比为8:5混合得到的复配物；
在涂层受热过程中，磷酸脒基脲首先进行热解，以热解气体产物CO2为主，此时，以气相稀释作用为主，这些不可燃气体可有效稀释氧气浓度，从而在一定程度延长基材(木质家具)的点燃时间；温度继续升高，季戊四醇磷酸酯的P-O-C键断裂，环状结构逐渐打开、凝结形成焦磷酸，此外，磷酸脒基脲分解产生的聚磷酸铵进一步脱水、脱NH3，形成多聚磷酸，这些酸性物质的形成促进季戊四醇、木材表面基体的脱水碳化，形成膨胀炭层；随着温度的进一步升高，热解气体产物仍然以CO2为主，膨胀炭层也已形成，能够有效抑制热量向基材的传递；磷酸脒基脲热解气态产物可作为气源发挥气相稀释的作用，季戊四醇磷酸酯及磷酸脒基脲同时作为酸源，催化脱水作用明显，促进季戊四醇以及木材表面基体的碳化，从而在木材表面形成致密的膨胀炭层，阻隔热量的传递，有效保护基材，起到良好的阻燃效果；
改性丙苯乳液由如下方法制备：
(1)称取13.5g甲基丙烯酸丁酯、12g苯乙烯、4.5g丙烯酸丁酯、1.5g丙烯酸混合均匀，得到混合单体，备用；
(2)氮气氛围下，在反应瓶中依次加入2.2g十二烷基硫酸钠和100mL去离子水，室温下搅拌均匀，加入0.2g对甲苯磺酸继续搅拌30min；
(3)称取1.5g四甲基二乙烯基二硅氧烷和0.3g壬基酚聚氧乙烯基醚并混合均匀，加入反应体系，升温至84℃反应3h，然后降温至58℃；
(4)缓慢滴加硅烷偶联剂KH-570，于60℃匀速搅拌30min，升温至84℃继续反应1h，降温至40℃；
(5)滴加0.1g过硫酸钾和一半的混合单体，滴加速度控制在30-35min，升温至50℃；
(6)继续滴加0.1g过硫酸钾和剩余的混合单体，滴加速度控制在55-60min，升温至84℃保温4h，降至室温，调节体系pH＝7-8，即得改性苯丙乳液；
四甲基二乙烯基二硅氧烷与苯乙烯、丙烯酸酯单体进行自由基乳液共聚反应，得到聚硅氧烷改性的苯丙乳液，加入的硅烷偶联剂在聚硅氧烷反应时发生不完全水解，当与苯丙乳液共聚反应时发生进一步水解、自缩聚反应，形成交联体系，乳液粒径分布较均匀；改性苯丙乳液在形成涂层时，硅氧烷之间的交联作用在涂膜表面会形成致密疏水层，可以防止水分子穿透涂膜，同时，硅氧烷表面张力比丙烯酸酯低，分子运动能力较强，成膜后易迁移至涂膜表面，从而提高涂膜表面疏水性，提高涂料的防水性能；聚硅氧烷链段中Si-O-Si键能较大，容易迁移到聚合物表面起到屏蔽作用，改性苯丙乳液中还存在交联结构，使得链段活动能力下降，从而提高改性苯丙乳液的热稳定性；另外，聚硅氧烷的表面自由能低，可以有效阻止细菌与涂膜之间的作用，从而使涂膜具有一定的抑菌性能；
该防水涂料由如下方法制备：
第一步、在容器中加入去离子水，150-200r/min匀速搅拌状态下依次加入润湿剂、一半的消泡剂、阻燃剂和无机填料，转移至球磨机中以120r/min球磨60min；
第二步、球磨后的混合物重新转移至容器中，调整转速至700-800r/min，加入改性丙苯乳液，搅拌10-20min后加入剩余的消泡剂和流平剂，继续搅拌30-40min后用400目筛网过滤。
实施例1
一种木质家具表面防水涂料，由如下重量份原料制成：改性丙苯乳液50份、无机填料4份、阻燃剂0.8份、消泡剂1份、流平剂0.5份、润湿剂1份、去离子水10份；
该防水涂料由如下步骤制成：
第一步、在容器中加入去离子水，150r/min匀速搅拌状态下依次加入润湿剂、一半的消泡剂、阻燃剂和无机填料，转移至球磨机中以120r/min球磨60min；
第二步、球磨后的混合物重新转移至容器中，调整转速至700r/min，加入改性丙苯乳液，搅拌10min后加入剩余的消泡剂和流平剂，继续搅拌30-40min后用400目筛网过滤。
实施例2
一种木质家具表面防水涂料，由如下重量份原料制成：改性丙苯乳液55份、无机填料5份、阻燃剂0.9份、消泡剂1.5份、流平剂0.55份、润湿剂1.3份、去离子水12份；
该防水涂料由如下步骤制成：
第一步、在容器中加入去离子水，1700r/min匀速搅拌状态下依次加入润湿剂、一半的消泡剂、阻燃剂和无机填料，转移至球磨机中以120r/min球磨60min；
第二步、球磨后的混合物重新转移至容器中，调整转速至750r/min，加入改性丙苯乳液，搅拌15min后加入剩余的消泡剂和流平剂，继续搅拌35min后用400目筛网过滤。
实施例3
一种木质家具表面防水涂料，由如下重量份原料制成：改性丙苯乳液60份、无机填料6份、阻燃剂1份、消泡剂2份、流平剂0.6份、润湿剂1.5份、去离子水14份；
该防水涂料由如下步骤制成：
第一步、在容器中加入去离子水，200r/min匀速搅拌状态下依次加入润湿剂、一半的消泡剂、阻燃剂和无机填料，转移至球磨机中以120r/min球磨60min；
第二步、球磨后的混合物重新转移至容器中，调整转速至800r/min，加入改性丙苯乳液，搅拌20min后加入剩余的消泡剂和流平剂，继续搅拌30-40min后用400目筛网过滤。
对比例
将实施例1原料中改性苯丙乳液换成普通苯丙乳液，其余原料及制备过程不变。
对实施例1-3和对比例制得的防水涂料做如下性能测试：
将各涂料均涂布于基板上，待涂料成膜后测试铅笔硬度、附着力(级)、水接触角、耐水性(h)、测试极限氧指数；测试涂料对枯草芽孢杆菌的抑菌圈直径；测试结果如下表：
Figure BDA0002266306880000091
可知，实施例1-3制得的涂料的铅笔硬度均达到了HB，附着力均为0级，说明本发明制得的涂料的基本物理性能较好，能够满足使用要求；实施例1-3制得的涂料涂层的水接触角为115-120°，耐水性达到了72-75h，说明本发明制得的涂料具有良好的耐水和疏水性能；实施例1-3制得的涂料的抑菌圈直径为18.9-21.2mm，说明本发明制得的涂料具有一定的抑菌性能；实施例1-3制得的涂料的极限氧指数为55-59％，说明本发明制得的涂料具有良好的阻燃性能；相较于对比例，说明苯丙乳液经过改性后，能够显著提高防水性、抑菌性和基本物理性能，进而提高涂料的各项性能。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所述本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种木质家具表面防水涂料，其特征在于，由如下重量份原料制成：改性丙苯乳液50-60份、无机填料4-6份、阻燃剂0.8-1份、消泡剂1-2份、流平剂0.5-0.6份、润湿剂1-1.5份、去离子水10-14份；
该防水涂料由如下步骤制成：
第一步、在容器中加入去离子水，150-200r/min匀速搅拌状态下依次加入润湿剂、一半的消泡剂、阻燃剂和无机填料，转移至球磨机中以120r/min球磨60min；
第二步、球磨后的混合物重新转移至容器中，调整转速至700-800r/min，加入改性丙苯乳液，搅拌10-20min后加入剩余的消泡剂和流平剂，继续搅拌30-40min后用400目筛网过滤。
2.根据权利要求1所述的一种木质家具表面防水涂料，其特征在于，所述无机填料为碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、高岭土、纳米二氧化硅、云母粉、硅灰石、膨润土中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种木质家具表面防水涂料，其特征在于，所述阻燃剂为磷酸脒基脲、季戊四醇磷酸酯按照物质的量之比为8:5混合得到的复配物。
4.根据权利要求1所述的一种木质家具表面防水涂料，其特征在于，所述改性丙苯乳液由如下方法制备：
(1)称取13.5g甲基丙烯酸丁酯、12g苯乙烯、4.5g丙烯酸丁酯、1.5g丙烯酸混合均匀，得到混合单体，备用；
(2)氮气氛围下，在反应瓶中依次加入2.2g十二烷基硫酸钠和100mL去离子水，室温下搅拌均匀，加入0.2g对甲苯磺酸继续搅拌30min；
(3)称取1.5g四甲基二乙烯基二硅氧烷和0.3g壬基酚聚氧乙烯基醚并混合均匀，加入反应体系，升温至84℃反应3h，然后降温至58℃；
(4)缓慢滴加硅烷偶联剂KH-570，于60℃匀速搅拌30min，升温至84℃继续反应1h，降温至40℃；
(5)滴加0.1g过硫酸钾和一半的混合单体，滴加速度控制在30-35min，升温至50℃；
(6)继续滴加0.1g过硫酸钾和剩余的混合单体，滴加速度控制在55-60min，升温至84℃保温4h，降至室温，调节体系pH＝7-8，即得改性苯丙乳液。
5.一种木质家具表面防水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、在容器中加入去离子水，150-200r/min匀速搅拌状态下依次加入润湿剂、一半的消泡剂、阻燃剂和无机填料，转移至球磨机中以120r/min球磨60min；
第二步、球磨后的混合物重新转移至容器中，调整转速至700-800r/min，加入改性丙苯乳液，搅拌10-20min后加入剩余的消泡剂和流平剂，继续搅拌30-40min后用400目筛网过滤。
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