CN115011158B - 一种防腐环保木漆涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防腐环保木漆涂料，按照重量份数计算，其原料包括：水性聚氨酯‑丙烯酸酯复合乳液60～80份、石墨烯1～5份、填料10～30份、助剂2～15份，所述石墨烯经过5‑氨基‑1‑萘磺酸改性。本发明中的木漆涂料的基体树脂采用水性聚氨酯‑丙烯酸酯复合树脂，可同时兼具聚氨酯和丙烯酸酯的性能，是一种综合性能较佳的树脂涂料。进一步地，本发明利用石墨烯材料对水性聚氨酯‑丙烯酸酯树脂进行改性，制备得到的木漆涂料具备优异的防腐性能和机械性能。
Description
技术领域
本发明属于木漆涂料领域，具体涉及一种防腐环保木漆涂料及其制备方法。
背景技术
溶剂型涂料中含有大量的可挥发有机化合物，不仅对环境污染严重，而且会对人体身体健康造成很大的伤害。随着环保意识和人们健康意识的提高，环保型水性涂料得到了很大的发展。另外，随着人们生活水平和审美需求的不断提高，对家具的需求和质量要求越来越高，制备一种防腐环保型木漆涂料以提升家具等木制品的使用寿命越来越显得尤为重要。
水性聚氨酯-丙烯酸酯树脂同时具备聚氨酯和丙烯酸酯所具备的性能，是一种综合性能优异的树脂，近年来被广泛应用于各种领域中，但随着涂料的使用要求越来越高，聚氨酯-丙烯酸酯树脂所具备的防腐性能和机械性能越来越无法满足使用需要。
发明内容
本发明提供一种防腐环保木漆涂料，以进一步提高水性聚氨酯-丙烯酸酯涂料的防腐性能、机械性能等。
根据本发明的第一个方面，提供一种防腐环保木漆涂料，按照重量份数计算，其原料包括：水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液60～80份、石墨烯1～5份、填料10～30份、助剂2～15份，石墨烯经过5-氨基-1-萘磺酸改性。水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液中的聚氨酯-丙烯酸酯由聚氨酯预聚体和丙烯酸酯单体经乳液聚合而成。石墨烯具有的优异的机械性能和防腐性能，近些年来被广泛研究并应用于各个领域。然而，石墨烯在水中的分散稳定性较差，且和其他物质如树脂的结合性能较差，导致石墨烯在其他基体材料如树脂中的性能不能得到充分发挥。本方案利用5-氨基-1-萘磺酸对石墨烯进行改性，5-氨基-1-萘磺酸具有萘环结构，萘环结构可以与石墨烯的碳六元环结构以π-π作用力结合，使得5-氨基-1-萘磺酸可以在修饰在石墨烯表面，5-氨基-1-萘磺酸具有的氨基和羧基使石墨烯表面富含活性基团，提高石墨烯在水中的分散性，因此石墨烯更易在含活性基团如羟基和羧基的水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液中分散，使得石墨烯与水性聚氨酯-丙烯酸酯的结合更加紧密。
优选地，石墨烯的横向尺寸为0.5～5μm。
优选地，水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径为50～80nm。
聚氨酯-丙烯酸酯中含有大量的活性基团如羧基和羟基，其乳液的乳胶平均粒径越小，乳胶颗粒表面的活性基团越多，乳液的稳定性越好，且乳胶颗粒与其他改性物质的结合强度越高，得到的改性聚氨酯-丙烯酸酯树脂的综合性能越好。
优选地，水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的最低成膜温度为10～20℃。
优选地，石墨烯的改性的具体操作为：将石墨烯水溶液与5-氨基-1-萘磺酸混合均匀，然后将由此形成的混合液加热到80～90℃，搅拌回流0.5～1.5小时，得到5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯。
优选地，所述石墨烯水溶液与5-氨基-1-萘磺酸混合前还包括对石墨烯水溶液进行超声的操作。
优选地，石墨烯的改性的具体操作为：将石墨烯与水混合，将混合后的溶液进行超声分散以形成石墨烯分散液，接着向石墨烯分散液中加入5-氨基-1-萘磺酸混合均匀后加热到80～90℃搅拌回流0.5～1.5小时，得到5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯。
优选地，按照重量份数计算，原料还包括1～5份交联剂，交联剂为氮丙啶。
氮丙啶是一种含氮丙环基团的交联剂，氮丙环基团其常温下就可与羧基反应。
优选地，按照重量份数计算，填料包括钛白粉、石英粉、长石粉、云母粉中的至少一种。
优选地，钛白粉、石英粉、长石粉、云母粉的比例为10～30:0～5:0～6:0～5。
填料中的钛白粉具有极佳的白度，且其具有一定的抗菌性能，可增强水性聚氨酯-丙烯酸酯涂料的抗菌性能。
优选地，原料还包括量子点0.2～1份。
优选地，量子点为石墨烯量子点。
优选地，石墨烯量子点的横向尺寸不超过100nm。
石墨烯量子点具备石墨烯本身良好的耐腐蚀性能，石墨烯量子点颗粒较小，因此它较容易吸附在其他材料的表面，一方面，石墨烯量子点可以与石墨烯协同增强水性聚氨酯-丙烯酸酯涂料的防腐性能，另一方面，石墨烯量子点有较强的紫外线吸收性能，可以与钛白粉协同作用增强水性聚氨酯-丙烯酸酯涂料的耐老化性能和抗菌性能。
优选地，填料的粒径为200～800nm。
优选地，原料还包括成膜助剂、PH调节剂、流变助剂、分散剂、润湿剂、消泡剂。
优选地，成膜助剂、PH调节剂、流变助剂、分散剂、润湿剂、消泡剂的投料比为1～6:0.1～3:0.3～5:0.5～3:0.5～5:0.3～2。
优选地，成膜助剂为Coasol 290Plus高沸点成膜助剂。
优选地，PH调节剂包括氨水、AMP95中的至少一种。
优选地，流变助剂为丙烯酸酯类增稠剂。
优选地，分散剂为高分子聚合物分散剂。
优选地，润湿剂包括非离子烷基表面活性剂、阴离子表面活性剂中的至少一种。
优选地，消泡剂为有机硅类消泡剂。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1.本发明中的木漆涂料的基体树脂采用水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂，可同时兼具聚氨酯和丙烯酸酯的性能，是一种综合性能较佳的树脂涂料。进一步地，本发明利用石墨烯材料对水性聚氨酯-丙烯酸酯树脂进行改性，可增强树脂的防腐性能和机械性能。
2.利用5-氨基-1-萘磺酸对石墨烯进行表面改性，使得石墨烯表面含有更多的活性基团，增加石墨烯在水中的分散性，经过石墨烯经过5-氨基-1-萘磺酸改性能够在水性涂料中均匀地分散，由此能够充分地发挥石墨烯本身的性能优势，保证石墨烯对基体材料的改善能够稳定地发挥良好的效果。
3.在本发明中使用的交联剂为氮丙啶，氮丙啶是一种含有氮丙环基团的交联剂，氮丙环常温下就可与羧基发生反应，采用氮丙啶作为水性聚氨酯-丙烯酸酯的交联剂，一方面，可进一步消耗水性聚氨酯-丙烯酸酯的羧基，使水性聚氨酯-丙烯酸酯之间进一步发生扩链，增强树脂涂料的交联强度，进一步增强涂层的机械性能；另一方面，氮丙环也可以石墨烯表面的羧基发生反应，在树脂涂料中起到进一步的连接作用，从而进一步增强了石墨烯与基体树脂的连接强度，使得石墨烯可以更好的分散与基体树脂中并且石墨烯与基体树脂形成的胶膜更加致密，使得涂层的防腐性能和机械性能得到显著增强。
4.此外，本发明中的木漆涂料还具有优异的紫外线吸收性能和耐霉菌性能，是一种综合性能较佳的木漆涂料。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中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的实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
制备本实施例涂料所用到的涂料配方为：水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液70份，5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯3份、钛白粉20份、石英粉2份、成膜助剂3份、PH调节剂0.5份、流变助剂1.5份、分散剂0.8份、润湿剂1份、消泡剂0.5份、氮丙啶3份；其中，水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径为60nm。
制备本实施例涂料的具体工艺方法为：
步骤一，将石墨烯在水中超声分散1小时形成石墨烯分散液，接着向石墨烯分散液中加入5-氨基-1-萘磺酸溶液混合均匀后，将混合溶液加热到85℃左右进行搅拌回流1小时；
步骤二，将水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液、流变助剂、分散剂、润湿剂先搅拌混合15～20分钟，接着向其中加入钛白粉、石英粉、5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯继续搅拌混合20～30分钟，继续向其中加入成膜助剂、PH调节剂、消泡剂、交联剂继续搅拌混合10～15分钟，得到木漆涂料。
实施例2
制备本实施例涂料所用到的涂料配方为：水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液65份，5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯4份、钛白粉20份、长石粉2份、成膜助剂2.5份、PH调节剂0.5份、流变助剂1.5份、分散剂0.8份、润湿剂1份、消泡剂0.5份、氮丙啶3份；其中，水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径为75nm。
制备本实施例涂料的具体工艺方法为：
步骤一，将石墨烯在水中超声分散1小时形成石墨烯分散液，接着向石墨烯分散液中加入5-氨基-1-萘磺酸溶液混合均匀后，将混合溶液加热到85℃左右进行搅拌回流1小时；
步骤二，将水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液、流变助剂、分散剂、润湿剂先搅拌混合15～20分钟，接着向其中加入钛白粉、长石粉、5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯继续搅拌混合20～30分钟，继续向其中加入成膜助剂、PH调节剂、消泡剂、交联剂继续搅拌混合10～15分钟，得到木漆涂料。
实施例3
制备本实施例涂料所用到的涂料配方为：水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液70份，5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯3份、钛白粉20份、石英粉2份、成膜助剂3份、PH调节剂0.5份、流变助剂1.5份、分散剂0.8份、润湿剂1份、消泡剂0.5份、氮丙啶3份；其中，水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径为120nm。
制备本实施例涂料的具体工艺方法为：
步骤一，将石墨烯在水中超声分散1小时形成石墨烯分散液，接着向石墨烯分散液中加入5-氨基-1-萘磺酸溶液混合均匀后，将混合溶液加热到85℃左右进行搅拌回流1小时；
步骤二，将水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液、流变助剂、分散剂、润湿剂先搅拌混合15～20分钟，接着向其中加入钛白粉、石英粉、5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯继续搅拌混合20～30分钟，继续向其中加入成膜助剂、PH调节剂、消泡剂、交联剂继续搅拌混合10～15分钟，得到木漆涂料。
实施例4
制备本实施例涂料所用到的涂料配方为：水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液70份，5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯3份、钛白粉20份、石英粉2份、成膜助剂3份、PH调节剂0.5份、流变助剂1.5份、分散剂0.8份、润湿剂1份、消泡剂0.5份、氮丙啶3份；其中，水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径为60nm。
制备本实施例涂料的具体工艺方法为：
步骤一，将石墨烯、5-氨基-1-萘磺酸在水中混合均匀后，将混合溶液加热到85℃左右进行搅拌回流1小时；
步骤二，将水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液、流变助剂、分散剂、润湿剂先搅拌混合15～20分钟，接着向其中加入钛白粉、石英粉、5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯继续搅拌混合20～30分钟，继续向其中加入成膜助剂、PH调节剂、消泡剂、交联剂继续搅拌混合10～15分钟，得到木漆涂料。
实施例5
制备本实施例涂料所用到的涂料配方为：水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液70份，石墨烯3份、钛白粉20份、石英粉2份、成膜助剂3份、PH调节剂0.5份、流变助剂1.5份、分散剂0.8份、润湿剂1份、消泡剂0.5份、氮丙啶3份；其中，水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径为60nm。
制备本实施例涂料的具体工艺方法为：将水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液、流变助剂、分散剂、润湿剂先搅拌混合15～20分钟，接着向其中加入钛白粉、石英粉、石墨烯继续搅拌混合20～30分钟，继续向其中加入成膜助剂、PH调节剂、消泡剂、交联剂继续搅拌混合10～15分钟，得到木漆涂料。
实施例6
制备本实施例涂料所用到的涂料配方为：水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液70份，5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯3份、钛白粉20份、石英粉2份、石墨烯量子点0.5份、成膜助剂3份、PH调节剂0.5份、流变助剂1.5份、分散剂0.8份、润湿剂1份、消泡剂0.5份、氮丙啶3份；其中，水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径为60nm。
制备本实施例涂料的具体工艺方法为：
步骤一，将石墨烯在水中超声分散1小时形成石墨烯分散液，接着向石墨烯分散液中加入5-氨基-1-萘磺酸溶液混合均匀后，将混合溶液加热到85℃左右进行搅拌回流1小时；
步骤二，将水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液、流变助剂、分散剂、润湿剂先搅拌混合15～20分钟，接着向其中加入钛白粉、石英粉、5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯、石墨烯量子点继续搅拌混合20～30分钟，继续向其中加入成膜助剂、PH调节剂、消泡剂、交联剂继续搅拌混合10～15分钟，得到木漆涂料。
对比例1
制备本实施例涂料所用到的涂料配方为：水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液70份、5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯3份、钛白粉20份、石英粉2份、成膜助剂3份、PH调节剂0.5份、流变助剂1.5份、分散剂0.8份、润湿剂1份、消泡剂0.5份；其中，水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径为60nm。
制备本实施例涂料的具体工艺方法为：
步骤一，将石墨烯在水中超声分散1小时形成石墨烯分散液，接着向石墨烯分散液中加入5-氨基-1-萘磺酸溶液混合均匀后，将混合溶液加热到85℃左右进行搅拌回流1小时；
步骤二，将水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液、流变助剂、分散剂、润湿剂先搅拌混合15～20分钟，接着向其中加入钛白粉、石英粉、5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯继续搅拌混合20～30分钟，继续向其中加入成膜助剂、PH调节剂、消泡剂、继续搅拌混合10～15分钟，得到木漆涂料。
对比例2
制备本实施例涂料所用到的涂料配方为：水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液70份、钛白粉20份、石英粉2份、成膜助剂3份、PH调节剂0.5份、流变助剂1.5份、分散剂0.8份、润湿剂1份、消泡剂0.5份、氮丙啶3份；其中，水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径为60nm。
制备本实施例涂料的具体工艺方法为：将水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液、流变助剂、分散剂、润湿剂先搅拌混合15～20分钟，接着向其中加入钛白粉、石英粉继续搅拌混合20～30分钟，继续向其中加入成膜助剂、PH调节剂、消泡剂、交联剂继续搅拌混合10～15分钟，得到木漆涂料。
对比例3
制备本实施例涂料所用到的涂料配方为：水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液70份、钛白粉20份、石英粉2份、成膜助剂3份、PH调节剂0.5份、流变助剂1.5份、分散剂0.8份、润湿剂1份、消泡剂0.5份；其中，水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径为60nm。
制备本实施例涂料的具体工艺方法为：将水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液、流变助剂、分散剂、润湿剂先搅拌混合15～20分钟，接着向其中加入钛白粉、石英粉继续搅拌混合20～30分钟，继续向其中加入成膜助剂、PH调节剂、消泡剂、继续搅拌混合10～15分钟，得到木漆涂料。
测试例
1.实验构建方式
对实施例1～6和对比例1～3的涂料进行基本性能测试，其中，耐酸碱性按照GB/T9274-1988相关标准进行测试，耐人工气候老化性、拉伸强度、断裂伸长率按照JGT 172-2005相关标准进行测试，耐霉变性能按照GB/T 1741-2020相关标准进行测试。
2.实验结果
(1)对实施例1～6和对比例1～3进行涂料的耐酸碱性能、机械性能等基本性能测试结果如表1所示。
表1实施例1～6和对比例1～3的涂料基本性能测试结果
如上表1所示，实施例1～6和对比例1～3中的涂料都属于低VOC排放产品，都是环保友好型涂料。在实施例1～2中，其采用的水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径在50～80nm范围内，相对于实施例3中采用乳胶平均粒径为120nm的水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液，实施例1～2中的涂料具备的耐酸碱性能和机械性能更为优异些。其次，从实施例4～5中可以看出，对石墨烯进行超声或5-氨基-1-萘磺酸改性皆在一定程度上增加了涂料的综合性能。而从对比例1～3中可以看出，交联剂在聚氨酯-丙烯酸酯和5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯中起到了关键的桥梁作用，结合实施例1～2来看，交联剂氮丙啶与5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯的结合使用较为明显地增强了最终形成的涂层的耐酸碱性能和机械性能。
(2)对实施例1～6和对比例1～3进行涂料的耐人工气候老化性能、耐霉菌性能测试结果如表1所示。
表2实施例1～6和对比例1～3的涂料耐人工气候老化性能、耐霉菌性能测试结果
如上表2所示，实施例1～5中的涂料在28天的霉变面积在15％以下，具有较好的耐霉变性能，且实施例1～5中的涂料也具备较好的耐人工老化性能。另外，在实施例6中可以看到，添加了石墨烯量子点的涂料的耐老化性能和耐霉变性能更为优异。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但这些修改或替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种防腐环保木漆涂料，其特征在于，按照重量份数计算，其原料包括：水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液60～80份、石墨烯1～5份、填料10～30份、助剂2～15份、1～5份交联剂，所述石墨烯经过5-氨基-1-萘磺酸改性；
所述石墨烯的改性的具体操作为：将石墨烯水溶液与5-氨基-1-萘磺酸混合均匀，然后将由此形成的混合液加热到80～90℃，搅拌回流0.5～1.5小时，得到5-氨基-1-萘磺酸改性石墨烯；
所述交联剂为氮丙啶。
2.如权利要求1所述防腐环保木漆涂料，其特征在于：所述水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的乳胶平均粒径为50～80nm。
3.如权利要求1所述防腐环保木漆涂料，其特征在于：所述水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的最低成膜温度为10～20℃。
4.如权利要求1所述防腐环保木漆涂料，其特征在于：所述石墨烯水溶液与所述5-氨基-1-萘磺酸混合前还包括对所述石墨烯水溶液进行超声的操作。
5.如权利要求1所述防腐环保木漆涂料，其特征在于：所述填料包括钛白粉、石英粉、长石粉、云母粉中的至少一种。
6.如权利要求1所述防腐环保木漆涂料，其特征在于：所述原料由还包括量子点0.2～1份。
7.如权利要求1所述防腐环保木漆涂料，其特征在于：所述填料的粒径为200～800nm。
8.如权利要求1所述防腐环保木漆涂料，其特征在于：所述助剂包括成膜助剂、防冻剂、pH调节剂、流变助剂、分散剂、润湿剂、消泡剂。
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