CN112143310A - 一种生物基水性木器涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生物基水性木器涂料及其制备方法，该生物基水性木器涂料由以下质量分数的组分制成：水性生物基成膜物质：55％～85％；消泡剂：0.2％～1％；底材润湿剂：0.2％～1％；润湿分散剂：0.5％～3％；颜料：0～25％；消光助剂：0～3％；手感助剂：0.2％～1%；抗流挂助剂：0.1％～0.5%；增稠剂：0.2％～1.0％；生物基成膜助剂：3％～6％；抗划伤助剂：1％～5%；流平剂：0.2％～1%；去离子水：2％～10％。本发明的生物基含量大于20%，符合GB18581‑2020要求，可兼顾产品硬度、附着力、抗粘连、抗划伤、耐化学品性等性能符合GB23999‑2009的要求。

Description

一种生物基水性木器涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于水性木器涂料领域，具体涉及一种生物基水性木器涂料及其制备方法。
技术背景
随着气候的变化和资源的短缺等问题日益严峻，人类逐渐意识到循环经济的重要性。近来，生物基涂料作为一种环保概念和循环经济已逐渐被人们所熟知，国内一些涂料企业已在建筑涂料方面推出了一些生物基涂料，取得了很好的社会效应和经济效益，但水性木器涂料方面暂未见有这方面的产品出现。
生物基产品来自植物和其他可再生农业、海洋和林业材料，是传统石油衍生产品的替代品。生物基含量是指产品中生物质来源的碳占产品中总碳或总有机碳的百分比。按照美国农业部的标准，对于水性涂料，生物基含量需大于20％，才可称为生物基涂料。
已有企业对生物基涂料进行研究，例如中国专利申请CN201610700072.6公开了一种生物基水性涂料及其制备方法和流程，其水性涂料属于建筑涂料范畴；中国专利CN109439169A公开了一种具有荷叶效应的生物基亮光水性清面漆，在该专利中，只笼统地提到了生物基概念，未提供其产品中生物基的来源及其含量。根据国际标准，如美国农业部生物优先计划产品类别中要求，只有生物基含量大于20％的水性涂料才可称为生物基涂料，故该专利中提到的生物基亮光清漆严格意义上不能称为生物基涂料。
水性木器涂料在近年来得到长足进步，其有非常高的性能要求：高硬度、高抗划伤性和抗压粘性、光泽和手感要求、耐化学品性要求、油性底上的附着力等。目前的水性生物基材料在生物基含量、硬度等方面存在很大缺点。因此，研发一种生物基水性木器涂料，解决水性生物基木器涂料的缺点，对水性木器涂料的技术进步、对国民经济可持续发展、对人类和环境更加友好等方面可作出积极的贡献。
发明内容
本发明的目的在于提供种一种生物基含量>20％、符合水性木器涂料GB23999-2009及GB18581-2020性能要求的生物基水性木器涂料及其制备方法。目前的水性木器涂料基本基于石油基产品，其具有不可再生性、难降解、污染大等缺点。而生物基涂料具有绿色、环境友好、资源节约等优势，故有助于解决全球经济社会发展所面临的资源和能源短缺以及环境污染等问题。
本发明采用的技术方案为：
一种生物基水性木器涂料，其特征在于，由以下质量分数的组分制成：
水性生物基成膜物质：55％～85％；消泡剂：0.2％～1％；底材润湿剂：0.2％～1％；润湿分散剂：0.5％～3％；颜料：0～25％；消光助剂：0～3％；手感助剂：0.2％～1％；抗流挂助剂：0.1％～0.5％；增稠剂：0.2％～1.0％；生物基成膜助剂：3％～6％；抗划伤助剂：1％～5％；流平剂：0.2％～1％；去离子水：2％～10％；
所述水性生物基成膜物质为生物基自交联丙烯酸乳液(例如：帝斯曼DecoverySP7450XP、帝斯曼Decovery SP7460XP)、生物基聚氨酯丙烯酸分散体(例如：帝斯曼DecoverySP7000XP)、生物基油改性聚氨酯分散体(例如：欧宝迪Alberdingk LUR 10VP、湛新SETAQUA PU F106)中的至少两种的混合物；由于不同生物基乳液的生物基含量、硬度、抗粘连性、附着力及耐化学品性不同，单个生物基成膜物质在性能上难以平衡，难以满足木器涂料对家具表面性能的高要求，因此选择至少两种生物基乳液作为成膜物质，来平衡木器涂料的性能是必要的；
所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物消泡剂中的一种或两种，例如：赢创特种化学TEGO Foamex 810、TEGO Airex 902W；
所述底材润湿剂为聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液或/和有机硅双生结构表面活性剂，例如：毕克化学BYK346、赢创特种化学TEGO Twin 4100；
所述润湿分散剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚体溶液或/和含颜料吸附基团共聚物水溶液，例如：毕克化学BYK Disperbyk190、赢创特种化学TEGO Dispers 755W；
所述颜料为金红石型钛白粉，例如：锦州钛业CR510的钛白粉；
所述消光助剂为生物基消光粉或者生物基消光粉与二氧化硅消光粉的混合物，例如：美国格雷斯SYLOID 7000(二氧化硅消光粉)和科莱恩Ceridust 8091TP(生物基消光粉)；采用了生物基型消光剂取代或部分取代二氧化硅型消光剂，在手感及生物基含量上会有较大提高，并对产品的耐水性等性能有极大提高；
所述手感助剂剂为高分子量聚二甲基硅氧烷乳液，例如：TEGO GLIDE482、陶氏Dowsil 210S；
所述抗流挂助剂为改性脲溶液或/和特殊改性聚酰胺溶液，例如：BYK 7420ES(改性脲溶液)、帝司巴隆DISPARLON AQH800(特殊改性聚酰胺)；
所述增稠剂为非离子聚氨酯增稠剂或/和水性聚氨酯增稠剂，例如：德国明凌TAFIGEL PUR 44(非离子聚氨酯增稠剂)、德谦海明斯RHEOLATE 212(水性聚氨酯增稠剂)、德谦海明斯RHEOLATE 299(水性聚氨酯增稠剂)；
所述生物基成膜助剂为罗地亚生物基高沸点溶剂Augco SL191与二丙二醇单甲醚或二丙二醇丁醚的混合物，其中Augco SL191占比至少60％，有效提高产品的生物基含量和环保性；
所述抗划伤助剂为水性聚丙烯蜡乳液，例如：毕克Aquacer 513、晶之杰W146；
所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液，例如：毕克化学BYK333、赢创特种化学TEGO 450。
本发明所述的一种生物基水性木器涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将所述水性生物基成膜物质投入分散缸中，按顺序加入所述消泡剂、底材润湿剂和润湿分散剂，在600～800r/min的转速下搅拌分散10～30min；(2)再缓慢加入所述颜料、消光助剂、手感助剂和抗流挂助剂；再加入增稠剂增加粘度，在1000～1500r/min的转速下搅拌分散20～60min，使细度≤25um且无缩孔；(3)将所述生物基成膜助剂和去离子水混合后，在600～800r/min的转速下搅拌状态下缓慢加入分散缸中，再按顺序加入所述抗划伤助剂和流平剂，使用所述增稠剂将粘度调整到合适状态并搅拌均匀，即可得到本发明的生物基水性木器涂料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用生物基乳液和生物基消光剂及生物基成膜助剂等来提供不同光泽和性能、生物基含量大于20％，是真正的用于木质家具涂装的生物基涂料，在VOC含量、甲醛含量、总铅及可溶性重金属、乙二醇醚或醚酯总和含量、苯系物总和含量、APEO含量要求等方面符合GB18581-2020要求，使用过程中不会对作业人员或消费者的健康造成影响，是真正意义的可持续发展和原生态的环保型涂料；通过不同硬度和柔韧性的水性生物基成膜物质的搭配，可兼顾产品硬度、附着力、抗粘连、抗划伤、耐化学品性等性能符合GB23999-2009的要求。
具体施工方式：
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，应注意本发明的实施例只是对本发明的内容予以解释说明，并不构成对本发明技术方案的限制。
实施例1～6
实施例1～6的一种生物基水性木器涂料的原料组分及其质量分数，分别列于表1～6中，该生物基水性木器涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述水性生物基成膜物质投入分散缸中，按顺序加入所述消泡剂、底材润湿剂和润湿分散剂，在600～800r/min的转速下搅拌分散15min；(2)再缓慢加入所述颜料、消光助剂、手感助剂和抗流挂助剂；再加入增稠剂增加粘度，在1000～1500r/min的转速下搅拌分散25～35min，使细度≤25um且无缩孔；(3)将所述生物基成膜助剂和去离子水混合后，在600～800r/min的转速下搅拌状态下缓慢加入分散缸中，再按顺序加入所述抗划伤助剂和流平剂，使用所述增稠剂将粘度调整到合适状态，即可得到本发明的生物基水性木器涂料。
表1实施例1(水性生物基哑光白面)的组份及配比
原料 质量分数/％
水性生物基成膜物质：帝斯曼Decovery SP7450XP 40
水性生物基成膜物质：帝斯曼Decovery SP7000XP 15
消泡剂：TEGO Foamex 810 0.3
消泡剂：TEGO Airex 902W 0.2
底材润湿剂：TEGO Twin 4100 0.5
润湿分散剂：BYK Disperbyk190 2.5
颜料：金红石型钛白粉CR510 25
生物基消光助剂：Ceridust 8091TP 2
手感助剂：陶氏Dowsil 210S 0.3
抗流挂助剂：BYK7420 0.1
增稠剂：德谦海明斯RHEOLATE 299 0.2
增稠剂：德谦海明斯RHEOLATE 212 0.5
成膜助剂：Augco SL191 3
成膜助剂：二丙二醇丁醚 2
去离子水 4.7
抗划伤助剂：Aquacer 513 3
流平剂：BYK333 0.5
增稠剂：德国明凌TAFIGEL PUR 44 0.2
表2实施例2(水性生物基半哑白面)的组份及配比
Figure BDA0002688169340000061
Figure BDA0002688169340000071
表3实施例3(水性生物基亮光白面)的组份及配比
Figure BDA0002688169340000072
Figure BDA0002688169340000081
表4实施例4(水性生物基哑光清面)的组份及配比
Figure BDA0002688169340000082
Figure BDA0002688169340000091
表5实施例5(水性生物基半哑光清面)的组份及配比
Figure BDA0002688169340000092
Figure BDA0002688169340000101
表6实施例6(水性生物基亮光清面)的组份及配比
Figure BDA0002688169340000102
Figure BDA0002688169340000111
表7对比例1(水性木器哑光白面)的组份及配比
Figure BDA0002688169340000112
Figure BDA0002688169340000121
按照实施例1的方法，采用表8和表9中所列的原料组分及其质量分数制备对比例1和对比例2的水性涂料。
表8对比例2(水性木器哑光清面涂料)的组份及配比
Figure BDA0002688169340000122
Figure BDA0002688169340000131
将实施例1～6的水性生物基木器涂料采用GB/T23999-2009、GB18581-2020、ASTMD6866标准进行测试，测试结果见表9和表10。
表9实施例1～3白色水性生物基木器涂料的测试结果
Figure BDA0002688169340000132
Figure BDA0002688169340000141
表10实施例4～6透明水性生物基木器涂料的测试结果
Figure BDA0002688169340000142
Figure BDA0002688169340000151
从表9和表10可以看出，本发明提供的水性生物基木器涂料，产品性能符合GB18581-2020木器涂料中有害物质限量、GB/T23999-2009室内装修装饰用水性木器涂料两个标准要求。而生物基含量(按ASTM D6866测试)符合美国农业部关于水性涂料生物基含量需≥20％的要求；
实施例1～3是不同光泽水性生物基白色涂料，通过不同树脂用量、颜料用量和生物基消光剂用量来调整光泽，光泽提高后，生物基消光剂用量降低，从而产品的生物基含量降低；实施例4～6是不同光泽水性生物基透明木器涂料，通过不同树脂用量和生物基消光剂用量来调整光泽，光泽提高后，生物基消光剂用量降低，从而产品的生物基含量降低。
对比例1和对比例2是常规水性木器白面涂料和透明涂料，从表1和表2可知，实施例1～6除生物基含量完全符合要求外，其他的性能如硬度、抗划伤、附着力、耐化学品性等也完全达到通用水性木器涂料的要求。
综上所述，本发明提供的水性生物基木器涂料，可适用于木质家具涂装，首先，选择了生物基含量较高有水性树脂，确保VOC含量、甲醛含量、总铅及可溶性重金属、乙二醇醚或醚酯总和含量、苯系物总和含量、APEO含量要求等方面符合GB18581-2020要求，使用过程中不会对作业人员或消费者的健康造成影响；其次，开创性地在水性木器涂料中使用生物基型溶剂作为成膜助剂、使用生物基型材料取代通用的二氧化硅消光剂，使的产品的生物基含量有较大提高，完全满足美国农业部对水性生物基涂料的生物基含量要求。再次，通过不同生物基成膜物质的搭配，成功解决了水性生物基木器涂料硬度和柔韧性的协调，在耐化学品性、耐划伤、抗粘连性、附着力等性能完全符合GB/T23999-2009要求，和通用型水性木器涂料性能一致。

Claims (10)

1.一种生物基水性木器涂料，其特征在于，由以下质量分数的组分制成：
水性生物基成膜物质：55％～85％；消泡剂：0.2％～1％；底材润湿剂：0.2％～1％；润湿分散剂：0.5％～3％；颜料：0～25％；消光助剂：0～3％；手感助剂：0.2％～1%；抗流挂助剂：0.1％～0.5%；增稠剂：0.2％～1.0％；生物基成膜助剂：3％～6％；抗划伤助剂：1％～5%；流平剂：0.2％～1%；去离子水：2％～10％。
2.根据权利要求1所述的生物基水性木器涂料，其特征在于，所述水性生物基成膜物质为生物基自交联丙烯酸乳液、生物基聚氨酯丙烯酸分散体、生物基油改性聚氨酯分散体中的至少两种的混合物。
3.根据权利要求1所述的生物基水性木器涂料，其特征在于，所述消泡剂为聚醚硅氧烷共聚物消泡剂中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的生物基水性木器涂料，其特征在于，所述底材润湿剂为聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液或/和有机硅双生结构表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的生物基水性木器涂料，其特征在于，所述润湿分散剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚体溶液或/和含颜料吸附基团共聚物水溶液。
6.根据权利要求1所述的生物基水性木器涂料，其特征在于，所述颜料为金红石型钛白粉；所述消光助剂为生物基消光粉或者生物基消光粉与二氧化硅消光粉的混合物；所述手感助剂剂为高分子量聚二甲基硅氧烷乳液。
7.根据权利要求1所述的生物基水性木器涂料，其特征在于，所述抗流挂助剂为改性脲溶液或/和特殊改性聚酰胺溶液；所述增稠剂为非离子聚氨酯增稠剂或/和水性聚氨酯增稠剂。
8. 根据权利要求1所述的生物基水性木器涂料，其特征在于，所述生物基成膜助剂为生物基高沸点溶剂Augco SL191与二丙二醇单甲醚或二丙二醇丁醚的混合物，其中AugcoSL191占比至少60%。
9.根据权利要求1所述的生物基水性木器涂料，其特征在于，所述抗划伤助剂为水性聚丙烯蜡乳液；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷溶液。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的生物基水性木器涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将所述水性生物基成膜物质投入分散缸中，按顺序加入所述消泡剂、底材润湿剂和润湿分散剂，在600～800r/min的转速下搅拌分散10～30min；（2）再缓慢加入所述颜料、生物基消光助剂、手感助剂和抗流挂助剂；再加入增稠剂增加粘度，在1000～1500r/min的转速下搅拌分散20～60min，使细度≤25um且无缩孔；（3）将所述生物基成膜助剂和去离子水混合后，在600～800r/min的转速下搅拌状态下缓慢加入分散缸中，再按顺序加入所述抗划伤助剂和流平剂，使用所述增稠剂将粘度调整到合适状态并搅拌均匀，即可得到本发明的生物基水性木器涂料。
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