CN111440500A - 一种链状硅溶胶改性水性木器漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种链状硅溶胶改性水性木器漆的方法，目的是提高水性木器漆的硬度。具体包括以下步骤：将粒子形状为长链状的硅溶胶（后面称为链状硅溶胶）与水性聚丙烯酸酯或水性聚氨酯改性聚丙烯酸酯木器漆直接进行掺混，经搅拌均匀后，获得一种含有链状硅溶胶成分的新型水性木器漆，链状硅溶胶的添加量可根据水性木器的固含量进行计算，添加量一般控制在10‑30%。与球形硅溶胶相比，在水性木器漆中掺混一定量的链状硅溶胶，可以显著提高其涂层的硬度（可提高2H）。该发明操作简单方便，具有很高的实际应用价值。

Description

一种链状硅溶胶改性水性木器漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及水性木器漆领域，具体涉及一种链状硅溶胶改性水性木器漆及其制备方法，更提供了提高水性木器漆硬度的方法。
背景技术
水性木器漆是指应用于木质品（如家具、木地板）的漆，主要起到保护木材和增加木制品美观的作用。水性木器漆与溶剂型木器漆相比在节约能源和保护环境方面具有无可比拟的优越性，但是前者的漆膜综合性能与后者还存在较大差距，尤其表现在漆膜固化后硬度较低，偏软，不耐磨和不耐刮擦等方面，这极大地限制了水性木器漆在家具行业的使用。
现阶段市面销售水性木器漆主要有水性聚丙烯酸酯木器漆、水性聚氨酯改性聚丙烯酸酯木器漆及水性聚氨酯木器漆。目前的水性丙烯酸木器漆主要优点是环保，但漆膜硬度较软，铅笔法测试的漆膜硬度仅为 HB，耐磨及抗化学性较差，综合性能比不上传统油漆；水性聚氨酯改性聚丙烯酸酯木器漆主要特点是相较于水性聚丙烯酸酯木器漆，其耐磨性及耐腐蚀性有所增强，丰满度较好，但漆膜硬度铅笔法测试仅为1H；水性聚氨酯木器漆的主要特点为是漆膜丰满度较好，色彩调配、使用寿命方面等存在明显优势，但漆膜最终硬度也仅达到1-1.5H，目前水性聚氨酯木器漆仅有少数厂家能生产，生产难度大，而且生产成本较高。
为了提高水性木器漆漆膜性能，目前的解决方案主要涉及两方面内容：①着重对水性木器漆用树脂原料进行开发；②着重对水性木器漆的配方进行优化。由于受限于水性树脂原料的本质性能和水性树脂合成技术的发展，短期内开发出新的树脂原料还存在相当大的难度，因此，很多技术人员将研究重点转向了配方设计，通过优化配方，例如向水性木器漆中加入无机材料（颗粒、纤维、粉体等），来提高水性木器漆的漆膜综合性能。上海新安纳电子科技有限公司在2004年申请的专利CN104559336（一种改性硅溶胶及其制备方法）提到将制备的改性球形硅溶胶加入到水性漆中，改性后的球形硅溶胶提高了与高分子树脂的相容性，经测试漆膜性能提高，但硬度提高不明显。广东华兹卜新材料科技有限公司在2017年申请的专利CN107903797A（一种添加改性二氧化硅的水性木器漆及其制备方法）提到用硅酸乙酯水解反应得到硅溶胶，再用KH-550硅烷偶联剂对硅溶胶颗粒表面进行改性，最后将改性硅溶胶加入到水性漆中，经测试漆膜的耐干湿性、抗冲击性、柔韧性都有提高，但漆膜硬度指标未说明。国外阿克苏诺贝尔公司也介绍了一种成熟的改性硅溶胶产品（表面改性7nm球形硅溶胶）可应用于水性漆提高漆膜的性能，但是漆膜的硬度测试结果也不是很理想。
在上述公开的发明专利和产品介绍中，涉及使用的改性硅溶胶有一个共同点：都是使用球形硅溶胶，经表面改性后添加到水性漆体系，以达到改善漆膜性能的目的，但漆膜硬度性能提升效果不明显。
硅溶胶作为应用于水性木器漆中的一种新颖成分，是绿色环保的无机材料。硅溶胶是纳米二氧化硅颗粒在水中的分散液，根据形貌可分为球形硅溶胶和非球形硅溶胶（如土豆状、长链状），其中很多专利和文献资料介绍了土豆状硅溶胶在化学机械抛光等领域的应用，而有关链状硅溶胶在涂料中的使用还未曾有相关专利和文献报道。本发明对水性木器漆的配方设计进行了优化，使水性木器漆在实际应用中表现出更优异的性能。
发明内容
鉴于上述球形硅溶胶的技术缺点，本发明的目的在于提供一种链状硅溶胶改性水性木器漆及其制备方法，更提供了提高水性木器漆硬度的方法，此方法可明显提高水性木器漆漆膜的硬度，该方法操作方便简单，绿色环保，具有很好的实际应用价值。
为实现上述目的，本发明是采取以下技术方案来实现的：
一种链状硅溶胶改性水性木器漆，包括以下重量份的原料：链状硅溶胶14~30份和水性木器漆100份。
进一步地，所述的链状硅溶胶的粒子长径比为3-10, 固含量为10-40%，pH为2-11。
进一步地，所述的水性木器漆为水性聚丙烯酸酯或水性聚氨酯改性聚丙烯酸酯木器漆，固含量为40-50%。
进一步地，所述的链状硅溶胶固体添加量根据水性木器漆的固含量进行计算，添加量为水性木器漆固体含量的10-30%。
本发明中，所述的链状硅溶胶改性水性木器漆的制备方法为：将链状硅溶胶与水性木器漆进行掺混，搅拌分散均匀，获得硅溶胶改性水性木器漆。
进一步地，所述的搅拌速度为100-1000r/min，搅拌时间为10-30min。
此发明的关键点在于采用链状硅溶胶与水性木器漆进行掺混，与球形硅溶胶相比，其具有以下优点：
水性木器漆的漆膜在干燥过程中，随着溶剂的挥发在微观上聚合物分子链会相互聚集而形成宏观上的膜状结构，如果其中添加的是普通球形硅溶胶，在涂层干燥成膜后会得到纳米二氧化硅粒子分散于聚合物中的“海岛结构”（纳米二氧化硅粒子似海岛，聚合物似海洋）。尽管纳米二氧化硅粒子是高硬度的无机物质，但是在这种结构中的纳米二氧化硅粒子呈分散状态，相互之间有一定的距离，无法形成无机网络结构，所以最终得到的干燥漆膜硬度提高有限。
而链状硅溶胶的纳米二氧化硅粒子为长链状，随着溶剂的挥发，链状硅溶胶的长链状粒子会穿插于聚合物结构中，形成无机网络结构（类似于混凝土中的钢筋），这种刚性的无机网络结构穿插于柔性的聚合物结构中形成了有机-无机杂化涂层，因此漆膜的硬度得到了显著提高。
有益效果
（1）本发明所述的方法可明显提高水性木器漆的硬度，漆膜硬度可达到2H；
（2）此发明操作工艺简单，实用性强。
附图说明
图1为球形硅溶胶的透射电镜（TEM）照片；
图2为链状硅溶胶的透射电镜（TEM）照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
本发明实施例中制备链状硅溶胶改性水性木器漆或提高水性木器漆硬度的具体方法如下:
（1）取100份质量份的水性木器漆于搅拌器中，加入适量的链状硅溶胶，使体系中链状硅溶胶固体含量为水性木器漆固体总量的10-30%；
（2）利用搅拌器将链状硅溶胶和水性木器漆搅拌均匀，搅拌转速为500r/min，搅拌时间为15min；
（3）搅拌结束后，获得一种含有链状硅溶胶改性的水性木器漆，水性木器漆的硬度改善显著。
本发明实施例中使用的市售水性木器漆、硅溶胶型号及参数如表1、表2所示，所述的球形硅溶胶和链状硅溶胶如图1和图2所示：
表1硅溶胶参数指标
Figure 374722DEST_PATH_IMAGE001
表2水性木器漆型号及参数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
采用不同种类的硅溶胶（链状或球状）对水性木器漆进行改性，并探索硅溶胶的加入量，制备方法与上述制备方法相同，得到硅溶胶改性的水性木器漆，具体如实施例1~12所示。
下列实施例中的份数为重量份。
实施例1
晨阳CYSQ102水性木器漆100份，未加入硅溶胶，水性木器漆未经改性。
实施例2
嘉宝莉FH-BBW520LB水性木器漆100份，未加入硅溶胶，水性木器漆未经改性。
实施例3
在100份晨阳CYSQ102水性木器漆中加入7份球形硅溶胶，得球形硅溶胶改性水性木器漆，球形硅溶胶固体添加量为水性木器漆固体总量的5.25%。
实施例4
在100份晨阳CYSQ102水性木器漆中加入7份链状硅溶胶，得链状硅溶胶改性水性木器漆，链状硅溶胶固体添加量为水性木器漆固体总量的5.25%。
实施例5
在100份晨阳CYSQ102水性木器漆中加入20份球形硅溶胶，得球形硅溶胶改性水性木器漆，球形硅溶胶固体添加量为水性木器漆固体总量的15%。
实施例6
在100份晨阳CYSQ102水性木器漆中加入20份链状硅溶胶，得链状硅溶胶改性水性木器漆，链状硅溶胶固体添加量为水性木器漆固体总量的15%。
实施例7
在100份晨阳CYSQ102水性木器漆中加入40份球形硅溶胶，得球形硅溶胶改性水性木器漆，球形硅溶胶固体添加量为水性木器漆固体总量的30%。
实施例8
在100份晨阳CYSQ102水性木器漆中加入40份链状硅溶胶，得链状硅溶胶改性水性木器漆，链状硅溶胶固体添加量为水性木器漆固体总量的30%。
实施例9
在100份嘉宝莉FH-BBW520LB水性木器漆中加入14份球形硅溶胶，得球形硅溶胶改性水性木器漆，球形硅溶胶固体添加量为水性木器漆固体总量的10%。
实施例10
在100份嘉宝莉FH-BBW520LB水性木器漆中加入14份链状硅溶胶，得链状硅溶胶改性水性木器漆，球形硅溶胶固体添加量是水性木器漆固体总量的10%。
实施例11
在100份嘉宝莉FH-BBW520LB水性木器漆中加入27份球形硅溶胶，得球形硅溶胶改性水性木器漆，球形硅溶胶固体添加量为水性木器漆固体总量的20%。
实施例12
在100份嘉宝莉FH-BBW520LB水性木器漆中加入27份链状硅溶胶，得链状硅溶胶改性水性木器漆，球形硅溶胶固体添加量是水性木器漆固体总量的20%。
将上述各实施例制备的改性水性木器漆依据GB/T23999-2009对其漆膜进行铅笔硬度测试，测试结果如下表3所示：
表3 改性水性木器漆漆膜铅笔硬度测试结果
Figure 481743DEST_PATH_IMAGE003
从漆膜硬度的测试结果可以看出，采用链状硅溶胶改性的水性木器漆（实施例2、4、6、8、10、12）的漆膜硬度明显提高，链状硅溶胶最佳掺混量为水性木器漆固含量的10-30%，链状硅溶胶的掺混量太少会导致链状二氧化硅颗粒的无机纳米短纤维不能均匀分散于高分子树脂网状结构中，起不到增强效果；掺混量太多会造成二氧化硅无机纳米短纤维富余，固化涂层会变现出二氧化硅无机材料性质，漆膜呈现出龟裂、发白、附着力差等现象。
上述实施例仅象征性的说明本发明的原理及效果，而非限制用于本发明。任何熟悉此技术的人员皆可在不违背本发明的涉及范畴内，对上述实施例进行改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所涉及的技术思想所完成的一切等效改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种链状硅溶胶改性水性木器漆，其特征在于，包括以下重量份的原料：链状硅溶胶14~30份和水性木器漆100份。
2.根据权利要求1所述的水性木器漆，其特征在于，所述的链状硅溶胶的粒子长径比为3-10, 固含量为10-40%，pH为2-11。
3.根据权利要求1所述的水性木器漆，其特征在于，所述的水性木器漆为水性聚丙烯酸酯或水性聚氨酯改性聚丙烯酸酯木器漆，固含量为40-50%。
4.根据权利要求1所述的水性木器漆，其特征在于，所述的链状硅溶胶固体添加量根据水性木器漆的固含量进行计算，添加量为水性木器漆固体含量的10-30%。
5.一种权利要求1-4任一项所述的链状硅溶胶改性水性木器漆的制备方法，其特征在于，将链状硅溶胶与水性木器漆进行掺混，搅拌分散均匀，获得硅溶胶改性水性木器漆。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的搅拌速度为100-1000r/min，搅拌时间为10-30min。
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