CN114539837A

CN114539837A - 一种染色木材用防晒漆及其涂装方法

Info

Publication number: CN114539837A
Application number: CN202210377753.9A
Authority: CN
Inventors: 刘志初
Original assignee: Zhejiang Yuhao New Materials Co ltd
Current assignee: Zhejiang Mageshi New Material Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2022-04-12
Filing date: 2022-04-12
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2042-04-12
Also published as: CN114539837B

Abstract

本发明公开了一种染色木材用防晒漆及其涂装方法，染色木材用防晒漆包括底漆和面漆，所述底漆包括如下百分比的组分：甲基异丁基酮：20～35%；丙酮：5～15%；乙醇：10～20%；醋酸乙酯：10～30%；紫外光吸收剂：3～12%；光稳定剂：5～15%；所述面漆为耐黄变涂料。本申请的防晒漆可在保障染色木皮外观性能的前提下，有效提高其耐光照抗紫外性能，减缓染色木皮褪色变色的问题。

Description

一种染色木材用防晒漆及其涂装方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，尤其是涉及一种染色木材用防晒漆及其涂装方法。

背景技术

目前市面上流行的染色木皮是由天然木材进行漂白再染色，从而将木皮缺陷处理形成外观精致的新型木皮。染色既有天然木皮的纹理，又弥补了天然木皮的部分缺陷，但是染色木皮对光照即极为敏感，其在日照、室内节能灯(大多为LED灯，具有长波紫外线)的照射下，容易出现变色、变黄等现象。

当前市场同类产品通常采用耐黄变较好的涂料对木材进行表面涂装，依靠涂料的耐黄变性能以减缓木皮的变色、褪色现象。然而，当前涂料产品的耐黄变性能有限，紫外光依然容易穿过透明涂层，造成染色木皮褪色或变色。

发明内容

本申请提供一种染色木材用防晒漆及其涂装方法，通过在染色木皮表面形成透明且抗紫外耐黄变的涂层，从而有效的减缓木皮褪色或变色的问题。

第一方面，本申请提供一种染色木材用防晒漆，其包括底漆和面漆，所述底漆包括如下百分比的组分：

甲基异丁基酮：20～35％；

丙酮：5～15％；

乙醇：10～20％；

醋酸乙酯：10～30％；

紫外线吸收剂：3～12％；

光稳定剂：5～15％；

所述面漆为耐黄变涂料。

上述技术方案中采用的醇类和酮类溶剂，其具有较高的亲水性，对木材亲和性高，易于带动紫外线吸收剂与光稳定剂向木材内部进行渗透，形成对染色木皮的内保护层；同时，乙酸乙酯在紫外光辐照下容易分解产生气体，从而起到一定的代偿作用，减缓染色木皮的变色现象。进一步的，本申请通过采用耐黄变涂料，形成染色木皮的外保护层，与内保护层一同配合，起到减缓染色木皮变色褪色的现象。

需要说明的是，染色木皮是带有天然木纹的特殊染色层，并非常规色漆层，因而渗入木材内部的底漆对染色木皮依然具有较好的保护作用。而面漆形成的外保护层通常较厚且透明，以保障染色木皮的外观性能。

相比于常规产品，本申请通过内外双层对染色木皮形成深度防护，显著地缓解了紫外光照对染色木皮外观的破坏。

优选的，所述底漆还包括10～15％的六氟异丙醇。

上述技术方案中，六氟异丙醇不仅对木材具有极好的亲和性与相容性，同时因其具有极低的表面能，有利于降低底漆的表面张力，提高其流平性和渗透性，从而有利于发挥内保护层的抗紫外性能，减缓染色木皮的变色褪色现象。

优选的，所述底漆中还包括有3～8％氨基硅烷低聚物，所述氨基硅烷低聚物按照如下步骤制得：

步骤1：取氨基硅烷偶联剂与醇溶剂混合，加入质量比为(10～25):(70～90):(10～16):(0.3～1)的水、醇溶剂、羟基硅油和乳化剂的混合溶液，分散混合，得到氨基硅烷偶联剂的水解液；

步骤2：将水解液加热至90～100℃，进行聚合反应，然后减压蒸馏回收甲醇，得到初聚物；将初聚物加热至110～130℃，继续聚合，得到氨基硅烷低聚物。

上述技术方案中，通过采用氨基硅烷低聚物，能够显著的提高底漆与木材的亲和性，并保障内底漆与木材形成牢固的连接。从而保障防晒漆整体的附着力，提高防晒漆的长效性。

制备过程中，氨基硅烷偶联剂首先在含水溶剂中进行水解，然后在适当反应条件下进行聚合反应，得到具有较低聚合度的低聚物。所得氨基硅烷低聚物一方面分子链中含有较多的亲水性氨基基团，能够与木材表面的羟基等极性基团键合形成氢键，从而提高底漆与木材的粘接强度；另一方面，氨基基团与耐黄变涂料中的树脂原料也能够形成化学键合，从而保障防晒漆与木材整体的附着力。

另外，氨基硅烷低聚物的在较低聚合度及分子量条件下，对木材具有较好的渗透性，当其聚合度较高时，其渗透性以及粘接强度将下降。由于氨基硅烷偶联剂的硅氧烷基团水解形成硅醇基团后，硅醇基团间极易发生自聚合，从而导致氨基硅烷聚合物的聚合度上升，不利于提高防晒性能。因此，本申请在步骤S1的水解溶剂中，加入有羟基硅油和乳化剂，利用羟基硅油与硅醇基团反应，从而将使部分水解氨基硅烷上引入羟基硅油，形成空间位阻，减少氨基硅烷的自聚合现象，从而保障最终聚合物具有较低的分子量。在本申请中，氨基硅烷低聚物的聚合度以4～12较为恰当。

优选的，所述氨基硅烷偶联剂采用γ―氨丙基三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(哌嗪基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-二乙烯三胺基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

上述技术方案中，不仅包含有单氨基硅烷偶联剂，还含有双氨基、三氨基等多氨基硅烷偶联剂，有利于提高所得防晒漆与木材的粘接性能。

优选的，所述醇溶剂采用甲醇、乙醇与异丙醇中的至少一种。

上述技术方案中，采用醇溶剂的目的在于抑制硅烷偶联剂的水解速度,减少自聚反应,保障低聚物的具有合适的分子量。

优选的，25℃下，所述羟基硅油的粘度为15～60mm²/s。

上述技术方案中，粘度为15～60mm²/s的具有较为适当的分子量，从而形成较为合适的空间位阻作用，保障氨基硅烷聚合物的聚合度。

优选的，所述耐黄变涂料由包含如下重量份的原料制得：

丙烯酸树脂：40～50％；

TMPTA：3～10％；

DPGDA：5～10％；

HDDA：1～5％；

光引发剂：5～7％；

防沉剂：0.2～0.4％；

消泡剂：0.6％～2％；

分散剂：0.6％～2％；

紫外线吸收剂：1～2％；

光稳定剂：0.5～1％。

上述技术方案中的耐黄变涂料具有较好的透明度和抗紫外性能，在确保染色木皮外观质量的前提下，能够充分的发挥防晒漆整体的抗紫外性能，减缓木皮褪色变色的现象。

优选的，所述耐黄变涂料的原料还包括有4～6％的硅溶胶。

上述技术方案中，硅溶胶的加入有利于实现面漆与底漆的牢固连接,抑制涂膜的脱落，从而提高防晒漆的长效性。其原理可能在于，硅溶胶中含有大量的纳米二氧化硅，而纳米二氧化硅表面含有较多的羟基，从而提供与底漆中氨基硅烷低聚物键合的连接物，有利于提高防晒漆整体的附着力。同时，纳米二氧化硅具有较好的紫外反射性能，有利于提高耐黄变涂料的防护性。

第二方面，本申请提供一种染色木材用防晒漆的涂装方法，其包括如下步骤：

S1：按配比将原料混合制得底漆，将底漆涂覆于染色木材上，静置干燥，得到底涂层；

S2：按配比将原料混合制得面漆，将面漆涂覆于内保护层上，烘干后得到面层。

上述技术方案中，通过将底漆与面漆依次涂覆在染色木皮上，从表面和内部同时对木皮形成保护，减缓木皮的褪色、变色现象。

综上所述，本申请具有如下有益效果：

1、本申请中通过采用醇类、酮类溶剂的底漆，促使底漆渗入木材内部，从而自木材内部对染色木皮形成防护；同时配合以表层的耐黄变涂料，形成表面和内部的共同防护，从而有效减少紫外光对染色木皮的破坏，缓解木皮褪色、变色现象。

2、本申请通过在底漆中加入氨基硅烷低聚物，在保障底漆对木材渗透性和相容性的前提下，提高了底漆以及防晒漆整体的附着力，提高了防晒漆的长效性能。

具体实施方式

氨基硅烷低聚物制备例

制备例1，一种氨基硅烷低聚物，按照如下方法制备得到：

步骤1：取1000g N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(氨基硅烷偶联剂)与200g乙醇混合，搅拌均匀后，升温至50℃，然后滴加50g水、200g乙醇溶剂、30g羟基硅油和1.5g乳化剂的混合溶液，继续搅拌混合30min，得到氨基硅烷偶联剂的水解液；

步骤2：将步骤1所得水解液加热升温至100℃，进行聚合反应，2h后进行减压蒸馏,回收甲醇溶剂，得到初聚物；将初聚物加热升温至120℃，继续聚合3h，降温至25℃出料，得到氨基硅烷低聚物；经测试，该氨基硅烷低聚物的平均聚合度为9；

上述步骤1中的羟基硅油，其分子量为500～600，粘度为20～40mm²/s(25℃)，羟基含量为6～12％。

制备例2，一种氨基硅烷低聚物，按照如下方法制备得到：

步骤1：取1500g3-二乙烯三胺基丙基甲基二甲氧基硅烷(氨基硅烷偶联剂)与350g乙醇混合，搅拌均匀后，升温至60℃，然后滴加45g水、300g乙醇溶剂、65g羟基硅油和3g乳化剂的混合溶液，继续搅拌混合1h，得到氨基硅烷偶联剂的水解液；

步骤2：将步骤1所得水解液加热升温至95℃，进行聚合反应，2h后进行减压蒸馏,回收甲醇溶剂，得到初聚物；将初聚物加热升温至130℃，继续聚合3h，降温至25℃出料，得到氨基硅烷低聚物；经测试，该氨基硅烷低聚物的平均聚合度为5。

上述步骤1中的羟基硅油，其分子量为800～1000，粘度为50～60mm²/s(25℃)，羟基含量为5～8％。

制备例3，一种氨基硅烷低聚物，按照如下方法制备得到：

步骤1：取1000g N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(氨基硅烷偶联剂)与200g乙醇混合，搅拌均匀后，升温至50℃，然后滴加25g水、160g乙醇溶剂、30g羟基硅油和2g乳化剂的混合溶液，继续搅拌混合30min，得到氨基硅烷偶联剂的水解液；

步骤2：将步骤1所得水解液加热升温至95℃，进行聚合反应，2h后进行减压蒸馏,回收甲醇溶剂，得到初聚物；将初聚物加热升温至110℃，继续聚合2h，降温至25℃出料，得到氨基硅烷低聚物；经测试，该氨基硅烷低聚物的平均聚合度为3；

制备例4，一种氨基硅烷低聚物，与制备例1的区别在于，步骤1中，未加入羟基硅油；经测试所得氨基硅烷低聚物的平均聚合度为18。

实施例

实施例1～5，一种染色木材用防晒漆，包括底漆和面漆，其具体配比如表1所示。

表1、实施例1～5中染色木材用防晒漆的原料配比

表1中，紫外线吸收剂为UV-329；光稳定剂为BASF TINUVIN 400；氨基硅烷低聚物为制备例1所得氨基硅烷低聚物；丙烯酸树脂为FX-9230热固性丙烯酸树脂；光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO光引发剂)；防沉剂为RC-800聚酰胺蜡粉；消泡剂为BYK088；分散剂为BASF EFKA PX4310。

实施例7，一种染色木材用防晒漆，与实施例1的区别在于，采用等量制备例2制得的氨基硅烷低聚物替代制备例1制得的氨基硅烷低聚物。

实施例8，一种染色木材用防晒漆，与实施例1的区别在于，采用等量制备例3制得的氨基硅烷低聚物替代制备例1制得的氨基硅烷低聚物。

实施例9，一种染色木材用防晒漆，与实施例1的区别在于，采用等量制备例4制得的氨基硅烷低聚物替代制备例1制得的氨基硅烷低聚物。

实施例10，一种染色木材用防晒漆，与实施例1的区别在于，面漆中采用等量丙烯酸树脂替代硅溶胶。

实施例11，一种染色木材用防晒漆，与实施例1的区别在于，面漆中的耐黄变涂料采用如下配比的组分：

环氧树脂：52％；

固化剂：40％；

防沉剂：0.5％；

消泡剂：1％；

分散剂：2％；

紫外线吸收剂：2.5％；

光稳定剂：2％。

对比例

对比例1，一种染色木材用防晒漆，与实施例1的区别在于，采用等量的面漆替代底漆；相应的，在涂装过程中涂覆两层面漆。

对比例2，一种染色木材用防晒漆，与实施例1的区别在于，该防晒漆仅含有面漆，不包含底漆；相应的，在涂装过程中仅涂覆一层面漆。

对比例3，一种染色木材用防晒漆，与实施例1的区别在于，采用等量的乙醇替代醋酸乙酯。

性能检测试验

试验1：涂膜厚度测试试验方法：参照ASTM D1005中的规定，采用超声波复合涂层测厚仪对涂膜厚度进行测试；测试单位:密耳(1密耳＝25.4微米)；

试验2：涂膜附着力测试试验方法：参照参照ASTM D3359中的规定，采用2mm划格刀在涂装完成后72小时的涂装表面划25格,用3M胶带测试等级:5B最好,0B最差；5B为涂膜完好。评级标准：4B＜5％涂膜被损；3B为5～15％涂膜被损；2B为15～35％涂膜被损；1B为35％～55％涂膜被损；0B＞55％涂膜被损。

试验3：涂膜耐黄变性能测试(QUV测试)

试样制备：取带有染色木皮的试板，在试板表面涂覆底漆，于50±5℃下干燥2h,形成内保护层；再将面漆涂覆在内保护层上，并于90±10℃下干燥1.5h,形成外保护层，制得试板。

试验方法：参照GB/T23987-2009中的方法进行试验,使用UVA340灯作为光源,将试板置于试验条件能满足黑板温度为(60±3℃),辐照度为0.89W/m²(340nm),置于干相(无凝露)的荧光紫外老化机中,全过程保持连续光照168h,试验结束后取出,于未经光照的试板对照,用色差仪测试颜色变化(Ae)。

表2、试验结果

(1)结合实施例1～11和对比例1～2并结合表2可以看出，实施例1～11的防晒漆中采用常规耐黄变涂料作为面漆，并以含有大量酮、醇溶剂的原料为底漆；而对比例1中采用常规面漆作为底漆，对比例2的防晒漆中未包含有底漆。试验结果表明，实施例1～11所得漆膜的耐黄变、抗紫外性能远高于对比例1～2。

上述现象的原因可能在于，醇类和酮类溶剂具有较高的亲水性，对木材的亲和性高，易于带动紫外光吸收剂与光稳定剂向木材内部进行渗透，形成染色木皮的内保护层。而面漆所用耐黄变涂料，形成染色木皮的外保护层，起到减缓染色木皮变色褪色的现象。

(2)结合实施例1和实施例5、6并结合表2可以看出，相比而实施例5、6，实施例1的底漆中添加有氨基硅烷低聚物；试验结果表明，实施例1所得漆膜相比实施例4具有更高的附着力。其原因可能在于，氨基硅烷低聚物为氨基硅烷偶联剂经水解聚合所得，其分子量不高，但含有较多的氨基基团。其在底漆中能够随醇、酮溶剂渗入木材内部，并与木材和面漆均形成较为牢固的粘接，从而提高漆膜整体的附着力。

(3)结合实施例1和实施例4并结合表2可以看出，相比实施例4，实施例1的底漆中添加有六氟异丙醇；试验结果表明，实施例1所得染色木皮相比实施例4具有更高的耐黄变性能。其原因可能在于，六氟异丙醇一方面与木材具有较强的相容性，另一方面具有较低的表面能，有利于降低底漆的表面张力，从而提高底漆的流平性、渗透性，促进内保护层的充分形成，达到较好的紫外防护性能。

(4)结合实施例1和实施例8、9并结合表2可以看出，实施例8、9中氨基硅烷低聚物的平均聚合度分别为3、18；而实施例1中采用的氨基硅烷低聚物，其平均聚合度在4～12之间，且本申请在氨基硅烷偶联剂水解过程中加入有羟基硅油，以保障最终聚合度不会过高。试验结果表明，实施例1相比实施例8、9具有较为优异的附着力。

上述原因可能在于，氨基硅烷低聚物的在较低聚合度及分子量条件下，对木材具有较好的渗透性，当其聚合度较高时，其渗透性以及粘接强度将下降。由于氨基硅烷偶联剂的硅氧烷基团水解形成硅醇基团后，硅醇基团间极易发生自聚合，从而导致氨基硅烷聚合物的聚合度上升，不利于提高防晒性能。因此，本申请在步骤S1的水解溶剂中，加入有羟基硅油和乳化剂，利用羟基硅油与硅醇基团反应，从而将使部分水解氨基硅烷上引入羟基硅油，形成空间位阻，减少氨基硅烷的自聚合现象，从而保障最终聚合物具有较低的分子量。

(5)结合实施例1和实施例10并结合表2可以看出，相比实施例10，实施例1的面漆中添加有硅溶胶；且试验结果表明，实施例1所得漆膜相比实施例10具有较高的附着力。其原因可能在于，硅溶胶中纳米二氧化硅表面的大量羟基能够与氨基硅烷低聚物形成良好的化学连接，从而为面漆与底漆牢固连接提供反应位点，进而提高漆膜整体的附着力。

综上所述，底漆中氨基硅烷低聚物与面漆中硅溶胶具有协同效果，其能够克服底漆粘接性能不高的缺陷，并显著改善漆膜整体在木材上的附着力。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种染色木材用防晒漆，其特征在于，包括底漆和面漆，所述底漆包括如下百分比的组分：

甲基异丁基酮：20～35%；

丙酮：5～15%；

乙醇：10～20%；

醋酸乙酯：10～30%；

紫外线吸收剂：3～12%；

光稳定剂：5～15%；

所述面漆为耐黄变涂料。

2.根据权利要求1所述的一种染色木材用防晒漆，其特征在于，所述底漆还包括10～15%的六氟异丙醇。

3.根据权利要求1所述的一种染色木材用防晒漆，其特征在于，所述底漆中还包括有3～8%氨基硅烷低聚物，所述氨基硅烷低聚物按照如下步骤制得：

4.根据权利要求3所述的一种染色木材用防晒漆，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂采用γ―氨丙基三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-（哌嗪基乙基）-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-二乙烯三胺基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的一种染色木材用防晒漆，其特征在于，所述醇溶剂采用甲醇、乙醇与异丙醇中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的一种染色木材用防晒漆，其特征在于，25℃下，所述羟基硅油的粘度为15～60mm²/s。

7.根据权利要求1所述的一种染色木材用防晒漆，其特征在于，所述耐黄变涂料由包含如下重量份的原料制得：

丙烯酸树脂：50～65%；

TMPTA：5～15%；

DPGDA：5～15%；

HDDA：3～10%；

光引发剂：5～10%；

防沉剂：0.3～0.6%；

消泡剂：1～2%；

分散剂：1～3%；

紫外线吸收剂：2～3%；

光稳定剂：1～2%。

8.根据权利要求1所述的一种染色木材用防晒漆，其特征在于，所述耐黄变涂料的原料还包括有4～6%的硅溶胶。

9.一种应用权利要求1～8任一项染色木材用防晒漆的涂装方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：按配比将原料混合制得底漆，将底漆涂覆于染色木材上，静置干燥，得到内保护层；

S2：按配比将原料混合制得面漆，将面漆涂覆于内保护层上，烘干后得到外保护层。