CN115612363B - 一种木材表面水性涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及木材表面涂料技术领域，具体公开一种木材表面水性涂料及其制备方法。所述涂料包括如下组分：水性树脂乳液68~90份、改性阻燃剂23~28份、填料5~11份、防腐剂13~17份、增稠剂2.1~3.8份、抗老化剂2.5~4.3份。其中：所述改性阻燃剂的制备方法包括步骤：对石墨纤维进行表面氧化处理后加到碳酸氢钠溶液中，然后加入氢氧化铝，并始终溶液保持碱性。然后在加热条件下反应，完成后收集固体反应产物，将其与水性胶粉、铝离子源、硼酸锌加到水中形成胶液，然后将该胶液干燥，即得纤维型所述改性阻燃剂。本发明的上述水性涂料通过制备的新型阻燃剂同时提高了涂料的阻燃性和强度，使涂料具备更好的抗裂性能。

Description

一种木材表面水性涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及木材表面涂料技术领域，尤其涉及一种木材表面水性涂料及其制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
木材被广泛用于制作各种家具、乐器、建筑构件等，在国内外具有悠久的历史，但木材存在容易受潮腐烂、燃烧、虫蛀、磨损、开裂等方面的缺陷，因此，在木材制作的各种物品表面喷刷涂料是克服上述问题的常见措施，刷了涂料后的木材也更加美观、便于清洁、使用寿命更长。
目前，涂刷在木材表面的涂料主要包括水性涂料和溶剂型涂料，溶剂型涂料是以易挥发的有机物溶剂为分散剂，涂刷在木材表面后随着溶剂挥发，其余组分成膜形成保护层，而这些挥发的溶剂很多会产生刺激性气味，对人体有害。水性涂料则是以水为分散剂，其更加绿色环保，而且近年来随着人们对环保和健康意识快速提升，水性涂料受到了消费者的广泛欢迎。然而，传统的水性涂料普遍存在强度不足，使用一段时间后容易开裂的问题。另外，由于木材具有易燃导致火灾快速扩大的特点，针对木材的水性涂料也应该具有良好的阻燃功能，以提高木材的耐火性，缓解木材燃烧造成的火势快速蔓延的问题。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种木材表面水性涂料及其制备方法，其通过制备的新型改性阻燃剂同时提高了涂料的阻燃性和强度，使涂料具备更好的抗裂性能。为实现上述发明目的，本发明公开了以下技术方案：
在本发明的第一方面，公开一种木材表面水性涂料，以重量份数计，该涂料的原料组成包括如下组分：水性树脂乳液68~90份、改性阻燃剂23~28份、填料5~11份、防腐剂13~17份、增稠剂2.1~3.8份、抗老化剂2.5~4.3份。其中：所述改性阻燃剂采用如下的方法制备：
（1）对石墨纤维进行表面氧化处理，得到改性石墨纤维，备用。
（2）将所述改性石墨纤维加入到碳酸氢钠溶液中，然后加入氢氧化铝，然后在加热条件下反应，完成后收集固体反应产物，即得前驱体纤维，备用。
（3）将所述前驱体纤维、水性胶粉、铝离子源、硼酸锌加入到水中搅拌形成胶液，然后将该胶液干燥，即得纤维型所述改性阻燃剂。
进一步地，所述水性树脂乳液包括：水性丙烯酸树脂乳液、水性聚氨酯乳液、水性环氧树脂乳液、水性醇酸树脂乳液等中的任意一种。可选地，所述乳液的固含量为35~50%。
进一步地，所述填料包括碳酸钙粉、云母粉、滑石粉、二氧化钛粉等中的至少一种。
进一步地，所述防腐剂包括季铵铜（ACQ）、铜铬砷（CCA）、柠檬酸铜等中的至少一种，其主要作用是提高水性涂料的抗虫、抗霉抗菌能力，提高涂料的防腐能力。
进一步地，所述增稠剂包括羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素等中的任意一种。
进一步地，所述抗老化剂包括UV-531、UV-292、抗氧化剂1010等中的至少一种，其主要作用是增加涂料的抗紫外线能力、抗氧化等能力，提高涂料的耐候性。
进一步地，步骤（1）中，将微米级石墨纤维加入到浓硫酸中在室温下保持2~3小时，完成后取出所述石墨纤维清洗去除残留的酸液，即得改性石墨纤维。可选地，所述浓硫酸的质量分数为75~90%。通过上述处理后对石墨纤维进行氧化，可在石墨纤维表面形成有机官能团有助于在下一反应中诱导包覆。
进一步地，步骤（2）中，所述改性石墨纤维和碳酸氢钠溶液的料液比为1：5~8，所述碳酸氢钠溶液的质量分数为7~9%。
进一步地，步骤（2）中，所述氢氧化铝与碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠的摩尔比为1：1.2~1.35。所述氢氧化铝与碳酸氢钠反应形成碱式碳酸钠铝沉淀，其在受热时可分解释放水分和二氧化碳进行阻燃，并大量吸热降低涂层温度。
进一步地，步骤（2）中，所述加热温度为80~90℃，反应持续2.5~4小时。在加热条件下有助于促进所述反应的进行，提高反应效率。
进一步地，步骤（2）中，所述反应完成后收集反应固体产物，然后用清水洗涤即可。
进一步地，步骤（3）中，所述前驱体纤维与水的料液比为1：8~14，且所述水中胶粉的质量分数为16~24%，所述水中铝离子的浓度为0.3~0.5mol/L，所述水中硼酸锌的添加量为5.3~6.6g/L。
进一步地，步骤（3）中，所述水性胶粉包括聚乙烯醇粉、聚丙烯醇粉、聚丙烯酰胺粉等中的任意一种。这些胶粉溶于水后形成胶液，在所述铝离子作用下发生交联对所述前驱体纤维进行二次包覆。
进一步地，步骤（3）中，所述铝离子源包括氯化铝、硫酸铝、醋酸铝、硝酸铝等中的至少一种。
进一步地，步骤（3）中，所述干燥温度为80~90℃，时间为1~1.5小时。
在本发明的第二方面，公开所述木材表面水性涂料的制备方法，包括步骤：先将所述改性阻燃剂、填料、防腐剂、增稠剂、抗老化剂加到水性树脂乳液中混合均匀，即得水性涂料。使用时将该水性涂料均匀涂刷在木材或其他任意适合的基体表面，阴干后即可。
现有技术相比，本发明取得的有益效果包括：本发明制备的新型改性阻燃剂同时提高了涂料的阻燃性和抗裂性能。为此，本发明首先通过氧化处理在石墨纤维表面进行粗糙化处理并形成有机官能团，当将这种改性石墨纤维和氢氧化铝加入碳酸氢钠溶液中后，石墨纤维表面有机官能团有助于诱导碳酸氢钠与氢氧化铝反应生成的碱式碳酸钠铝包覆在石墨纤维表面，同时粗糙化的石墨纤维表面有助于和碱式碳酸钠铝的结合，得到的这种由碱式碳酸钠铝包覆的石墨纤维不仅具有石墨纤维良好的抗拉效果，提高涂料的抗裂性能，同时还具有良好的阻燃性能，在受热时所述碱式碳酸钠铝分解释放水分和二氧化碳，这两种物质作为惰性气体对涂层周围的氧气进行隔绝、稀释，可起到良好的阻燃作用，而且在吸热分解过程中还会降低涂层温度，减少热量向木材的传递，延缓木材达到可燃温度。
进一步地，本发明对上述的包覆后的石墨纤维（即前驱体纤维）进行二次改性，使其被点燃时能够进一步形成隔热层，进一步降低热量传递，延缓木材的燃烧。为此，本发明将所述前驱体纤维与水性胶粉、铝离子源、硼酸锌加入到水中反应形成改性阻燃剂。在这一过程中，所述水性胶粉溶解到水中形成胶液后，前驱体纤维表面的胶液在所述铝离子作用下发生交联进行二次包覆，使前驱体纤维表面形成二次包覆层。同时，所述硼酸锌也分布在所述二次包覆层中。得到的这种改性阻燃剂在受热时，所述二次包覆层中的水性胶粉受热脱水碳化形成隔热层，并且在所述碱式碳酸钠铝分解释放的水蒸汽和二氧化碳的作用下隔热层在形成过程中发生膨胀，使隔热层厚度显著增加，不仅有助于降低导热效率，而且有助于隔离木材基体与火焰、空气的接触。同时，所述硼酸锌受热分解形成的低熔点氧化硼处于熔化状态，从而对膨胀的所述隔热层进行填充，提高隔热层对氧气的隔绝能力，从而使所述隔热层兼具隔热与隔氧的能力，进而从木材燃烧所需的温度和氧气两大条件方面进行阻燃，有效提高了本发明木材水性涂料的阻燃性。另外，本发明的经过包覆后形成的纤维状的改性阻燃剂表面更加粗糙，固化后与涂料基体之间的结合力更好，从而更好地提高涂料基体的抗裂性能。另外，本发明在制备所述改性阻燃剂的过程中，还有部分产生的未能附着在石墨纤维表面的游离态的碱式碳酸钠，其在经过后续反应后形成被所述二次包覆层包覆的碱式碳酸钠，其在进入涂料中后同样能够起到良好的阻燃作用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为下列实施例1制备的改性阻燃剂的扫描电镜图。
图2为下列实施例1和实施例5分别制备的木材表面水性涂料的阻燃测试效果图，其中，左图对应实施例1，右图对应实施例5。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。另外，除非另行定义，本发明中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。现结合说明书附图和具体实施例对本发明木材表面水性涂料技术进一步举例说明。
下列实施例中，所述水性丙烯酸树脂乳液来自深圳市吉田化工有限公司，该乳液的固含量为50%，粘度为1200mPa·S。
下列实施例中，所述水性聚氨酯乳液来自深圳市吉田化工有限公司，该乳液的固含量为35%，粘度为800mPa·S。
实施例1
一种木材表面水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）准备以下重量份的原料：水性丙烯酸树脂乳液85份、改性阻燃剂25份、纳米碳酸钙7份、季铵铜16份、羧甲基纤维素3.0份、UV-531 1.8份、抗氧化剂1010 2.0份。所述改性阻燃剂采用如下的方法制备：
（i）将长度在20~70μm之间的石墨纤维浸入质量分数为80%的硫酸中保持2.5小时，完成后过滤出所述石墨纤维，用清水反复洗涤5次去除残留酸液，即得改性石墨纤维，备用。
（ii）将所述改性石墨纤维与碳酸氢钠溶液（质量分数8.5%）按照1：7的料液比混合后搅拌，然后按照Al(OH) 3：NaHCO3=1：1.25的摩尔比向所述碳酸氢钠溶液中加入氢氧化铝粉末，搅拌均匀后水浴加热至85℃反应3小时，反应完成后过滤收集固体产物，然后用清水洗涤该固体产物，即得前驱体纤维。
（iii）将所述前驱体纤维与水按照1：10的料液比混合，然后加入聚乙烯醇1788、氯化铝粉末、硼酸锌，所述水中：聚乙烯醇1788的质量分数为16%，铝离子浓度为0.45mol/L、硼酸锌的添加量为3.1g/L。然后搅拌3min形成胶液，然后将该胶液在85℃干燥1.5小时，即得纤维型所述改性阻燃剂（如图1所示）。
（2）将本实施例步骤（1）中的各原料加到所述水性丙烯酸树脂乳液中搅拌均匀，即得水性涂料。
性能测试：按照GB 12441-2005对本实施例制备的水性涂料的阻燃性能和耐冲击性进行测试。其中，所述阻燃性能包括耐燃时间、火焰传播比值、质量损失三个指标。测试结果为：耐燃时间142 min、火焰传播比值5.3、质量损失1.34g、耐冲击性67cm。
实施例2
一种木材表面水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）准备以下重量份的原料：水性丙烯酸树脂乳液90份、改性阻燃剂28份、滑石粉11份、季铵铜13份、羟甲基纤维素3.5份、UV-292 2.5份、抗氧化剂1010 1.8份。所述改性阻燃剂采用如下的方法制备：
（i）将长度在20~70μm之间的石墨纤维浸入质量分数为75%的硫酸中保持3小时，完成后过滤出所述石墨纤维，用清水反复洗涤5次去除残留酸液，即得改性石墨纤维，备用。
（ii）将所述改性石墨纤维与碳酸氢钠溶液（质量分数7%）按照1：5的料液比混合后搅拌，然后按照Al(OH) 3：NaHCO3=1：1.2的摩尔比向所述碳酸氢钠溶液中加入氢氧化铝粉末，搅拌均匀后水浴加热至90℃反应2.5小时，反应完成后过滤收集固体产物，然后用清水洗涤该固体产物，即得前驱体纤维。
（iii）将所述前驱体纤维与水按照1：14的料液比混合，然后加入聚乙烯醇2488、硫酸铝粉末、硼酸锌，所述水中：聚乙烯醇2488的质量分数为24%，铝离子浓度为0.5mol/L、硼酸锌的添加量为6.6g/L。然后搅拌5min形成胶液，然后将该胶液在90℃干燥1.5小时，即得纤维型所述改性阻燃剂。
（2）将本实施例步骤（1）中的各原料加到所述水性丙烯酸树脂乳液中搅拌均匀，即得水性涂料。
性能测试：按照GB 12441-2005对本实施例制备的水性涂料的阻燃性能和耐冲击性进行测试。其中，所述阻燃性能包括耐燃时间、火焰传播比值、质量损失三个指标。测试结果为：耐燃时间137min、火焰传播比值7.6、质量损失1.57g、耐冲击性61cm。
实施例3
一种木材表面水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）准备以下重量份的原料：水性聚氨酯乳液68份、改性阻燃剂23份、纳米二氧化钛5份、柠檬酸铜17份、羟甲基纤维素钠2.1份、UV-531 2.5份。所述改性阻燃剂采用如下的方法制备：
（i）将长度在20~70μm之间的石墨纤维浸入质量分数为90%的硫酸中保持2小时，完成后过滤出所述石墨纤维，用清水反复洗涤5次去除残留酸液，即得改性石墨纤维，备用。
（ii）将所述改性石墨纤维与碳酸氢钠溶液（质量分数9%）按照1：8的料液比混合后搅拌，然后按照Al(OH) 3：NaHCO3=1：1.35的摩尔比向所述碳酸氢钠溶液中加入氢氧化铝粉末，搅拌均匀后水浴加热至80℃反应4小时，反应完成后过滤收集固体产物，然后用清水洗涤该固体产物，即得前驱体纤维。
（iii）将所述前驱体纤维与水按照1：8的料液比混合，然后加入聚丙烯醇400、醋酸铝粉末、硼酸锌，所述水中：聚丙烯醇400的质量分数为24%，铝离子浓度为0.3mol/L、硼酸锌的添加量为5.3g/L。然后搅拌5min形成胶液，然后将该胶液在80℃干燥1.0小时，即得纤维型所述改性阻燃剂。
（2）将本实施例步骤（1）中的各原料加到所述水性聚氨酯乳液中搅拌均匀，即得水性涂料。
性能测试：按照GB 12441-2005对本实施例制备的水性涂料的阻燃性能和耐冲击性进行测试。其中，所述阻燃性能包括耐燃时间、火焰传播比值、质量损失三个指标。测试结果为：耐燃时间148min、火焰传播比值4.9、质量损失1.16g、耐冲击性64cm。
实施例4
一种木材表面水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）准备以下重量份的原料：水性聚氨酯乳液70份、改性阻燃剂25份、云母粉5.5份、柠檬酸铜14份、羟乙基纤维素3.8份、抗氧化剂1010 3.0份。所述改性阻燃剂采用如下的方法制备：
（i）将长度在20~70μm之间的石墨纤维浸入质量分数为80%的硫酸中保持2.5小时，完成后过滤出所述石墨纤维，用清水反复洗涤5次去除残留酸液，即得改性石墨纤维，备用。
（ii）将所述改性石墨纤维与碳酸氢钠溶液（质量分数8%）按照1：6的料液比混合后搅拌，然后按照Al(OH) 3：NaHCO3=1：1.3的摩尔比向所述碳酸氢钠溶液中加入氢氧化铝粉末，搅拌均匀后水浴加热至85℃反应3小时，反应完成后过滤收集固体产物，然后用清水洗涤该固体产物，即得前驱体纤维。
（iii）将所述前驱体纤维与水按照1：12的料液比混合，然后加入聚丙烯酰胺、硝酸铝粉末、硼酸锌，所述水中：聚丙烯酰胺的质量分数为16%，铝离子浓度为0.45mol/L、硼酸锌的添加量为3.0g/L。然后搅拌5min形成胶液，然后将该胶液在90℃干燥1.5小时，即得纤维型所述改性阻燃剂。
（2）将本实施例步骤（1）中的各原料加到所述水性聚氨酯乳液中搅拌均匀，即得水性涂料。
性能测试：按照GB 12441-2005对本实施例制备的水性涂料的阻燃性能和耐冲击性进行测试。其中，所述阻燃性能包括耐燃时间、火焰传播比值、质量损失三个指标。测试结果为：耐燃时间151min、火焰传播比值4.4、质量损失1.02g、耐冲击性58cm。
实施例5
一种木材表面水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）准备以下重量份的原料：水性丙烯酸树脂乳液85份、改性阻燃剂25份、纳米碳酸钙7份、季铵铜16份、羧甲基纤维素3.0份、UV-531 1.8份、抗氧化剂1010 2.0份。所述改性阻燃剂采用如下的方法制备：将长度在20~70μm之间的石墨纤维浸入质量分数为80%的硫酸中保持2.5小时，完成后过滤出所述石墨纤维，用清水反复洗涤5次去除残留酸液，即得改性阻燃剂。
（2）将本实施例步骤（1）中的各原料加到所述水性丙烯酸树脂乳液中搅拌均匀，即得水性涂料。
性能测试：按照GB 12441-2005对本实施例制备的水性涂料的阻燃性能和耐冲击性进行测试。其中，所述阻燃性能包括耐燃时间、火焰传播比值、质量损失三个指标。测试结果为：耐燃时间23min、火焰传播比值30.4、质量损失7.87g、耐冲击性42cm。
实施例6
一种木材表面水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）准备以下重量份的原料：水性丙烯酸树脂乳液90份、改性阻燃剂28份、滑石粉11份、季铵铜13份、羟甲基纤维素3.5份、UV-292 2.5份、抗氧化剂1010 1.8份。所述改性阻燃剂采用如下的方法制备：
（i）将长度在20~70μm之间的石墨纤维浸入质量分数为75%的硫酸中保持3小时，完成后过滤出所述石墨纤维，用清水反复洗涤5次去除残留酸液，即得改性石墨纤维，备用。
（ii）将所述改性石墨纤维与碳酸氢钠溶液（质量分数7%）按照1：5的料液比混合后搅拌，然后按照Al(OH) 3：NaHCO3=1：1.2的摩尔比向所述碳酸氢钠溶液中加入氢氧化铝粉末，搅拌均匀后水浴加热至90℃反应2.5小时，反应完成后过滤收集固体产物，然后用清水洗涤该固体产物，即得改性阻燃剂。
（2）将本实施例步骤（1）中的各原料加到所述水性丙烯酸树脂乳液中搅拌均匀，即得水性涂料。
性能测试：按照GB 12441-2005对本实施例制备的水性涂料的阻燃性能和耐冲击性进行测试。其中，所述阻燃性能包括耐燃时间、火焰传播比值、质量损失三个指标。测试结果为：耐燃时间64min、火焰传播比值22.6、质量损失6.41g、耐冲击性54cm。
实施例7
一种木材表面水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）准备以下重量份的原料：水性聚氨酯乳液68份、改性阻燃剂23份、纳米二氧化钛5份、柠檬酸铜17份、羟甲基纤维素钠2.1份、UV-531 2.5份。所述改性阻燃剂采用如下的方法制备：
（i）将长度在20~70μm之间的石墨纤维浸入质量分数为90%的硫酸中保持2小时，完成后过滤出所述石墨纤维，用清水反复洗涤5次去除残留酸液，即得改性石墨纤维，备用。
（ii）将所述改性石墨纤维与水按照1：8的料液比混合，然后加入聚丙烯醇400、醋酸铝粉末、硼酸锌，所述水中：聚丙烯醇400的质量分数为24%，铝离子浓度为0.3mol/L、硼酸锌的添加量为5.3g/L。然后搅拌5min形成胶液，然后将该胶液在80℃干燥1.0小时，即得纤维型所述改性阻燃剂。
（2）将本实施例步骤（1）中的各原料加到所述水性聚氨酯乳液中搅拌均匀，即得水性涂料。
性能测试：按照GB 12441-2005对本实施例制备的水性涂料的阻燃性能和耐冲击性进行测试。其中，所述阻燃性能包括耐燃时间、火焰传播比值、质量损失三个指标。测试结果为：耐燃时间65min、火焰传播比值25.4、质量损失6.83g、耐冲击性62cm。
实施例8
一种木材表面水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）准备以下重量份的原料：水性聚氨酯乳液70份、改性阻燃剂25份、云母粉5.5份、柠檬酸铜14份、羟乙基纤维素3.8份、抗氧化剂1010 3.0份。所述改性阻燃剂采用如下的方法制备：
（i）将长度在20~70μm之间的石墨纤维浸入质量分数为80%的硫酸中保持2.5小时，完成后过滤出所述石墨纤维，用清水反复洗涤5次去除残留酸液，即得改性石墨纤维，备用。
（ii）将所述改性石墨纤维与碳酸氢钠溶液（质量分数8%）按照1：6的料液比混合后搅拌，然后按照Al(OH) 3：NaHCO3=1：1.3的摩尔比向所述碳酸氢钠溶液中加入氢氧化铝粉末，搅拌均匀后水浴加热至85℃反应3小时，反应完成后过滤收集固体产物，然后用清水洗涤该固体产物，即得前驱体纤维。
（iii）将所述前驱体纤维与水按照1：12的料液比混合，然后加入聚丙烯酰胺、硼酸锌，所述水中：聚丙烯酰胺的质量分数为16%，硼酸锌的添加量为3.0g/L。然后搅拌5min后将得到的胶液在90℃干燥1.5小时，即得纤维型所述改性阻燃剂。
（2）将本实施例步骤（1）中的各原料加到所述水性聚氨酯乳液中搅拌均匀，即得水性涂料。
性能测试：按照GB 12441-2005对本实施例制备的水性涂料的阻燃性能和耐冲击性进行测试。其中，所述阻燃性能包括耐燃时间、火焰传播比值、质量损失三个指标。测试结果为：耐燃时间92min、火焰传播比值16.3、质量损失4.21g、耐冲击性56cm。
实施例9
一种木材表面水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）准备以下重量份的原料：水性聚氨酯乳液70份、改性阻燃剂25份、云母粉5.5份、柠檬酸铜14份、羟乙基纤维素3.8份、抗氧化剂1010 3.0份。所述改性阻燃剂采用如下的方法制备：
（i）将长度在20~70μm之间的石墨纤维浸入质量分数为80%的硫酸中保持2.5小时，完成后过滤出所述石墨纤维，用清水反复洗涤5次去除残留酸液，即得改性石墨纤维，备用。
（ii）将所述改性石墨纤维与碳酸氢钠溶液（质量分数8%）按照1：6的料液比混合后搅拌，然后按照Al(OH) 3：NaHCO3=1：1.3的摩尔比向所述碳酸氢钠溶液中加入氢氧化铝粉末，搅拌均匀后水浴加热至85℃反应3小时，反应完成后过滤收集固体产物，然后用清水洗涤该固体产物，即得前驱体纤维。
（iii）将所述前驱体纤维与水按照1：12的料液比混合，然后加入聚丙烯酰胺、硝酸铝粉末，所述水中：聚丙烯酰胺的质量分数为16%，铝离子浓度为0.45mol/L。然后搅拌5min形成胶液，然后将该胶液在90℃干燥1.5小时，即得纤维型所述改性阻燃剂。
（2）将本实施例步骤（1）中的各原料加到所述水性聚氨酯乳液中搅拌均匀，即得水性涂料。
性能测试：按照GB 12441-2005对本实施例制备的水性涂料的阻燃性能和耐冲击性进行测试。其中，所述阻燃性能包括耐燃时间、火焰传播比值、质量损失三个指标。测试结果为：耐燃时间129min、火焰传播比值9.2、质量损失2.33g、耐冲击性51cm。
从上述的测试结果可以看出，实施例1~4制备的水性涂料的阻燃性能和耐冲击性要优于其他实施例，说明本发明制备的改性阻燃剂同时提高了涂料的阻燃性和强度，使涂料具备更好的抗裂性能。另外，实施例1和实施例5分别制备的木材表面水性涂料的阻燃测试效果如图2所示，实施例1在测试过程中显示木材离火后几乎不续火，表现出了难燃性特点，而实施例5在测试过程中显示木材在离火后继续以明火燃烧，可以看出，左图对应实施例1的木材的阻燃能力明显优于右图对应的实施例5，说明了实施例1制备的木材表面水性涂料的阻燃效果明显优于实施例5，这主要是实施例5制备的改性阻燃剂未能像实施例1一样在石墨纤维表面形成一次包覆层和二次包覆层，导致该改性阻燃剂制备的水性涂料的阻燃性能较差，而且抗裂性能也低于实施例1。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种木材表面水性涂料，其特征在于，以重量份数计，该涂料的原料组成包括如下组分：水性树脂乳液68~90份、改性阻燃剂23~28份、填料5~11份、防腐剂13~17份、增稠剂2.1~3.8份、抗老化剂2.5~4.3份；其中：所述改性阻燃剂采用如下的方法制备：
（1）对石墨纤维进行表面氧化处理，得到改性石墨纤维，备用；
（2）将所述改性石墨纤维加入到碳酸氢钠溶液中，然后加入氢氧化铝，然后在加热条件下反应，完成后收集固体反应产物，即得前驱体纤维，备用；
（3）将所述前驱体纤维、水性胶粉、铝离子源、硼酸锌加入到水中搅拌形成胶液，然后将该胶液干燥，即得纤维型所述改性阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的木材表面水性涂料，其特征在于，所述水性树脂乳液包括：水性丙烯酸树脂乳液、水性聚氨酯乳液、水性环氧树脂乳液、水性醇酸树脂乳液中的任意一种；或者，所述乳液的固含量为35~50%。
3.根据权利要求1所述的木材表面水性涂料，其特征在于，所述填料包括碳酸钙粉、云母粉、滑石粉、二氧化钛粉中的至少一种；
或者，所述防腐剂包括季铵铜、铜铬砷、柠檬酸铜中的至少一种；
或者，所述增稠剂包括羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素中的任意一种；
或者，所述抗老化剂包括UV-531、UV-292、抗氧化剂1010中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的木材表面水性涂料，其特征在于，步骤（1）中，将微米级石墨纤维加到浓硫酸中在室温下保持2~3小时，完成后取出所述石墨纤维清洗去除残留的酸液，即得改性石墨纤维。
5.根据权利要求1所述的木材表面水性涂料，其特征在于，步骤（2）中，所述改性石墨纤维和碳酸氢钠溶液的料液比为1：5~8，所述碳酸氢钠溶液的质量分数为7~9%。
6.根据权利要求1所述的木材表面水性涂料，其特征在于，步骤（2）中，所述氢氧化铝与碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠的摩尔比为1：1.2~1.35。
7.根据权利要求1所述的木材表面水性涂料，其特征在于，步骤（2）中，所述加热温度为80~90℃，反应持续2.5~4小时；
或者，步骤（2）中，所述反应完成后收集反应固体产物，然后用清水洗涤即可。
8.根据权利要求1所述的木材表面水性涂料，其特征在于，步骤（3）中，所述前驱体纤维与水的料液比为1：8~14，且所述水性胶粉的质量分数为16~24%，所述铝离子的浓度为0.3~0.5mol/L、所述硼酸锌的添加量为5.3~6.6g/L。
9.根据权利要求1-8任一项所述的木材表面水性涂料，其特征在于，步骤（3）中，所述水性胶粉包括聚乙烯醇粉、聚丙烯醇粉、聚丙烯酰胺粉中的任意一种；
或者，步骤（3）中，所述铝离子源包括氯化铝、硫酸铝、醋酸铝、硝酸铝中的至少一种；
或者，步骤（3）中，所述干燥温度为80~90℃，时间为1~1.5小时。
10.权利要求1-9任一项所述的木材表面水性涂料的制备方法，其特征在于，包括步骤：先将所述改性阻燃剂、填料、防腐剂、增稠剂、抗老化剂加到水性树脂乳液中混合均匀，即得水性涂料；使用时将该水性涂料均匀涂刷在木材或其他任意适合的基体表面，阴干后即可。
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