TWI598414B - Vegetable oil modified water-based wood lacquer - Google Patents

Description

植物油改性的水性木器漆

本發明是有關一種水性木器漆技術領域，特別是有關於一種植物油改性的水性木器漆及其製備方法。

聚氨酯塗料具有各種優良的性能，廣泛應用於塗料和油漆中。溶劑型的聚氨酯漆由於溶劑的揮發性和毒性，不夠環保，逐漸被水性聚氨酯漆代替。

聚氨酯水性漆也能夠用於木器塗料中，採用氨基矽烷偶聯劑改性聚氨酯水乳液可以提高相應塗料的附著力、耐水性和力學性能(“氨基矽烷偶聯劑改性水性聚氨酯木器塗料的研製”，侯孟華等，裝飾裝修材料)。但是該類聚氨酯木器漆塗膜的硬度、耐腐蝕性、耐溶劑性、光澤度、耐擦傷性和抗黏連性等性能不夠優良，塗膜的乾燥時間也比較長。

專利CN104099000A公開了一種無苯淨味型抗劃傷聚氨酯啞光清漆，是由甲組分樹脂漆以及乙組分固化劑組成，甲組分樹脂漆包含醇酸樹脂、醛酮樹脂、消光粉、分散劑、改性流平劑、消泡劑、防沉劑和溶劑；乙組分包含固化劑和溶劑。雖然該清漆的抗劃傷能力較強，但是其不是水性塗料，不夠環保，並且雙組份塗料使用時更為複雜，且該清漆的其他性能也不夠優良。

專利CN104342013A公開了一種船舶防汙耐腐蝕塗料，其 原料包括：蓖麻油改性水性聚氨酯、醛酮樹脂、聚三氟氯乙烯、氫化丁腈橡膠、高嶺土、空心玻璃微珠、硫酸鈣、雲母粉、氧化鋅、矽烷偶聯劑A-172、固化劑、抗生物劑和顏料。雖然該塗料耐腐蝕，也為單組份和水性乳液，但是其不是木器漆，其綜合性能也仍不夠優良。

然而，木器作為室內裝修裝飾的一大成員，其外觀性和綜合性能要求均較高，必然對其表面使用的木器漆的要求也很高。因此，急需一種環保的、塗膜硬度較高、附著力強、耐腐蝕、耐溶劑、耐水、能夠快速乾燥的光澤度良好的，各種綜合性能均較優異的木器漆。

本發明的目的在於提供一種植物油改性的水性木器漆，其採用特殊增硬樹脂對脂肪族改性聚氨酯分散體進行改性。該改性聚氨酯木器漆不但環保，而且各種綜合性能均優異，其在理化技術指標上可以超越油性木器漆。

本發明的另一個目的在於提供一種製備植物油改性的水性木器漆的方法。該製備方法操作簡單，可產業化生產。

本發明提供一種植物油改性的水性木器漆，其包括如下重量份的組分：脂肪族改性聚氨酯分散體60-85份、增硬樹脂1-3份、水7-12份、蠟乳液1-3份、成膜助劑2-5份、潤濕分散劑0.2-0.7份、流平劑0.1-0.5份、消泡劑0.2-0.7份、抗凍劑1-2份及增稠劑0.3-0.7份，其中，增硬樹脂為無溶劑水性改性醛酮樹脂分散體。

較佳地，脂肪族改性聚氨酯分散體採用植物油、異佛爾酮二異氰酸酯、聚醚二元醇及氨丙基三乙氧基矽烷為原料，以預聚體混合法合 成，是一種新型脂肪族水性聚氨酯光油。植物油較佳為蓖麻油(CO)。更佳地，上述脂肪族改性聚氨酯分散體的合成原料重量比例如下：蓖麻油(CO)95-96.4份、異佛爾酮二異氰酸酯0.5-0.8份、聚醚二元醇1-1.2份、氨丙基三乙氧基矽烷0.2-0.5份。

由於原料中含有氨丙基三乙氧基矽烷，因此上述脂肪族改性聚氨酯是以聚矽氧烷為軟段合成的聚矽氧烷-聚氨酯嵌段共聚物，兼具有聚矽氧烷和聚氨酯兩者的優異性能，表現出良好的低溫柔順性、介電性、表面富集性和優良的生物相容性等，能夠克服聚矽氧烷機械性能差的缺點，也可以彌補聚氨酯耐候性差的不足。此外，原料中的蓖麻油屬於植物油，是一種可再生資源，來源廣泛、價格低廉，易於獲取和購買，其又能顯著提高材料的光澤度。

前述預聚體混合法實際上是預聚體-離聚體混合法。該方法是先製備帶親水基團並含-NCO端基團的預聚物，在低溫水中分散後，利用二元胺或二元醇擴鏈，當預聚物黏度較高時，可適當加入少量溶劑，使預聚物在40℃左右易於攪拌分散。優點是製程簡單，能得到含乳化大分子的乳液。例如：用N-甲基二乙醇胺和二羥甲基丙酸(DMPA)合成聚氨酯分散體，DMPA上的羧酸由於位阻效應與異氰酸酯基團反應緩慢，用胺將羧酸基團中和後，用水稀釋得到水分散體，然後擴鏈，但在後擴鏈的時候一定要嚴格控制黏度，否則分散困難，甚至不能分散，為了進一步提高性能，加入如三聚氰胺樹脂等交聯劑。

脂肪族改性聚氨酯分散體是以水為介質的二元膠態體系，其粒徑小於0.1nm，具有較好的分散穩定性，不僅保留了傳統的溶劑型聚氨酯乾燥速度快的優良性能，而且還具有生產成本低、不污染環境、易操作，透明度好，同時具有很好的環保性。水性脂肪族改性聚氨酯分散體塗膜的 硬度高、附著力強、耐腐蝕、耐溶劑好等優點，符合發展塗料的“三前提”(資源、能源、無污染)及“四E原則”(經濟ECONOMY、效率EFFICIENCY、生態ECOLOGY、能源ENERGY)的時代要求。

較佳地，無溶劑水性改性醛酮樹脂分散體是以醛酮樹脂、親水單體二羥甲基丁酸和二羥基聚氧乙烯醚、聚己二酸新戊二醇酯、異佛爾酮二異氰酸酯為主要原料，採用預聚體法合成的改性醛酮樹脂分散體。

更佳地，各原料重量比例如下：醛酮樹脂96-98份、親水單體二羥甲基丁酸0.5-1份和二羥基聚氧乙烯醚0.5-1份、聚己二酸新戊二醇酯0.2-0.7份、異佛爾酮二異氰酸酯1-1.5份。

水性醛酮樹脂經改性後，具有更良好的光澤性、高硬度、抗黏連性、乾燥性、透明性、耐化學性、耐污染性及水溶性，另具有極好的穩定性、潤濕性和展色性。由於其具有良好的潤色性能，所以增硬樹脂也可用來提高顏料著色力，即使在有色木器漆顏料濃度高的情況下也能獲得極高的光澤。

研究表明，聚氨酯分散體PUD的ζ電位均大於-30mV，具有良好的乳液穩定性，陰/非離子型PUD具有較低的表面張力和更好的鈣離子穩定性。親水基團含量(HGC)的增加，陰/非離子莫耳比、醛酮樹脂用量、NCO/OH莫耳比的減少使膠粒平均粒徑減小，乳液黏度增大。醛酮樹脂改性PUD粒徑呈現雙峰分佈，透射電鏡顯示分散體膠粒呈球形結構。醛酮樹脂改性PUD後，相應塗膜的鉛筆硬度提高，且塗膜具有更優異的附著力、柔韌性和耐水性。

較佳地，原料中的水為去離子水，自來水由於添加了漂白粉等，含有雜質較多，可能會導致水性木器漆產品的儲存穩定性不佳。

較佳地，原料中的蠟乳液為德國進口的水性蠟助劑，較佳為 德國Keim-Attitec公司生產的ULTRALUBE® D-816水性蠟助劑，其能夠加強產品的滑爽感、抗結塊、耐摩擦性、耐水性、抗刮傷等性能。

水性木器漆中的各種助劑成分可以採用常規的公知的種類。但是可以藉由選擇特定的各種助劑，進一步改善塗膜的各種性能。

較佳地，成膜助劑為伊士曼Teanol提供的環保型成膜助劑酯醇12。該助劑是一種特別優良的聚結助劑，是乳液的成膜助劑，同時也是聚合乳液的良好溶劑，可有效降低聚合乳液的最低成膜溫度。該助劑具有一定的揮發性，成膜過程中滯留在塗膜中起成膜作用，成膜後全部揮發，不殘留在幹膜中，因此也不會影響塗膜性能。其與水的溶解性低，添加使用後不影響聚合乳液的穩定性，但可以明顯提高塗膜的成膜性能，改善塗膜的耐候性、耐摩性、耐污染性和耐化學性，同時可以改進塗層展色性。

潤濕分散劑較佳為BYK公司生產的BYK-192，該潤濕分散劑專用於水性漆，對水性漆產生降低表面張力潤濕底材、對色漆產生分散的效果。

流平劑較佳為畢克化學的BYK-375，它特別適用於低助溶劑含量的水性體系中，與這些體系具有很好的相容性。它藉由其伯羥基與基料反應，因而很適用於交聯型體系，該流平劑能增進滑爽性，耐溶劑，耐候，少積塵。與標準的非反應性有機矽相比，該助劑由於其活性基團與漆膜交聯，上述性能在塗料體系中能更持久，明顯降低表面張力，同時增進底材潤濕，它們又增進流動和流平，並防止貝納德漩渦的形成。

抗凍劑較佳為丙二醇，其環保並且性價比高。增稠劑較佳為羅門哈斯公司生產的2020NPR非離子聚氨酯締合型，起到高效中剪切增稠，促進流動流平性，提供良好的漆膜豐滿度。

消泡劑較佳為畢克化學的BYK-022，該消泡劑是水性塗料 用有機矽消泡劑，對顏色接受性和光澤無影響。在加入時，需要足夠高剪切力以避免縮孔。此消泡劑有優異的長效穩定性且對微泡極有效力，不含VOC，具有很高的環保性。

此外，根據木器漆產品pH值的實際需要，可以再加入pH調節劑，當最終產品的pH值不在8-9之間時，則加入適量的pH調節劑。pH調節劑較佳為陶氏公司生產的AMP-96，能夠改進增稠劑在水性漆中的性能，替代了傳統用的氨水，減少了塗料的氨味。

此外，根據植物油改性的水性木器漆產品不同性質的需要，還可以添加其他物質。例如為了獲取不同顏色的產品，可以再添加不同的顏料，例如有機黑色漿、鈦白粉(二氧化鈦)、有機中黃漿等。其中有機黑色漿較佳為為Colanyl Black N。鈦白粉較佳為四川龍蟒鈦業有限公司的R-996，其表面經矽、鋁、鋯包膜及有機處理，具有無生理毒性、化學性能穩定、顏料性能卓越、白度、亮度、光澤好、遮蓋力、消色力和流動性強。有機中黃漿較佳為科萊恩的有機中黃漿Colanyl Yellow 2GXD。有機黑色漿和有機中黃漿不含對人體有害的重金屬具有環保、展色性好，遮蓋力強，高光澤的性能。

例如，再添加有機黑色漿Colanyl Black N 5-7重量份；去離子水2.5-5重量份可以構成植物油改性的水性黑色木器面漆。

再如，再添加鈦白粉(二氧化鈦)R-996 20-25重量份；去離子水2.5-5重量份可以構成植物油改性的水性白色木器面漆。

又如，再添加有機中黃漿Colanyl Yellow 2GXD12-20重量份；去離子水2.5-7重量份可以構成植物殺菌驅蟲功能型水性黃色木器面漆。

此外，也可以根據植物油改性的水性木器漆透明度和光澤度 的需要，選擇是否再加入消光粉。通常做高光塗料時不加消光粉，當加入消光粉時，產品的光澤度降低，可以製成啞光、中光產品。消光粉較佳為德固賽的OK-520奈米級消光粉。

再添加奈米消光粉OK-520 0-12重量份；去離子水2.5-7重量份可以構成全亮七分光、五分光、三分光、啞光透明植物油改性的水性木器漆。

根據水性木器漆產品使用時間的長短，可以選擇是否加入防腐劑，如果產品在一週內直接使用完畢，可以不加防腐劑。當使用較長時間時，更佳為加入防腐劑，其較佳為羅門哈斯生產的高性能殺菌防腐劑KathonLxe，其在生產存儲過程中抑制細菌和真菌的滋生，具有較高的活性範圍，能有效抑制細菌(包括革蘭氏陽性、革蘭氏陰性)黴菌、酵母菌，不釋放甲醛，低毒性。

本發明還提供一種製備上述植物油改性的水性木器漆的方法，該製備方法包括以下步驟：將水、潤濕分散劑、消泡劑投入到容器中進行高速攪拌，之後加入脂肪族改性聚氨酯分散體、增硬樹脂，充分攪拌後加入抗凍劑、蠟乳液，充分攪拌後調節pH，並加入增稠劑。該製備工藝操作簡單，可產業化生產。

較佳地，高速攪拌速度為每分鐘轉速1200-1600轉，時間為20-30分鐘；加入脂肪族改性聚氨酯分散體時的攪拌速度為每分鐘轉速800-1100轉，攪拌時間為5-15分鐘；加入水溶性複合奈米負離子粉後，攪拌時間為2-10分鐘；最終pH值為8-9。

與前述同樣的，根據最終產品不同的需要，可以再添加顏料、消光粉等。根據產品最終黏度的需要，依客戶要求，可以再加入增稠劑進行調整。

本發明的有益效果有：

1、原料中含有蓖麻油改性的聚氨酯分散體和增硬樹脂無溶劑水性改性醛酮樹脂分散體，使得水性木器漆在理化技術指標上可以超越油性木器漆。漆產品具有塗膜乾燥快、硬度高、豐滿度好、光澤性好、抗黏連性、耐腐蝕、耐水性、耐溶劑性等。另外，蓖麻植物油可再生、來源廣泛、價格低廉，使得木器漆產品成本低。

2、可以添加不同的助劑，來獲得不同性能的木器漆產品。而不同助劑的選擇更能進一步改善塗膜的各種性能。本發明的產品種類豐富，應用廣泛，並且木器漆的製備方法也簡單，成本低廉，可產業化生產。

3、產品配方設計中不添加含有揮發性有機化合物的助溶劑，不含對人體有害的重金屬，產品可以達到超低VOC，具有很好的環保性。

藉由下面給出的本發明的具體實施例可以進一步清楚地瞭解本發明，但它們不是對本發明的限定。具體實施例中沒有詳細敘述的部分是採用現有技術、公知技術手段和行業標準獲得的。

除非另有說明，本發明中所採用的份數均為重量份。

脂肪族改性聚氨酯分散體由表一所示重量份的原料以預聚體混合法製備得到。

增硬樹脂改性醛酮樹脂由表二所示重量份的原料以預聚法製備得到。

實施例1

按表三的配方重量份製備植物油改性的水性黑色木器面漆，包括以下步驟：

a)按照配方設定的重量份配備原料，將水、潤濕分散劑、黑色漿Colanyl Black N、消泡劑投入容器中高速攪拌1200~1400轉每分鐘，攪拌15分鐘，轉速降到1000轉每分鐘，邊攪拌邊加入脂肪族改性聚氨酯分散體、增硬樹脂，攪拌10分鐘後依次加入抗凍劑、蠟乳液、植物性複合奈米殺菌粉攪拌5分鐘，轉速降到600轉每分鐘，加入pH調節劑把pH值調整到8，加入增稠劑調整到客戶所需要的黏度。

b)檢測-過濾-包裝-留樣。

實施例2

該實施例配方比例的調整詳見表三，其中顏料採用鈦白粉，具體為R-996；具體實施過程與實施例1基本相同，區別僅在於高速攪拌速度為1400-1600轉每分鐘，攪拌時間為30分鐘。

實施例3

該實施例配方比例的調整詳見表三，其中顏料採用中黃漿，具體為Colanyl Yellow 2GXD；具體實施過程與實施例1基本相同，區別僅在於高速攪拌速度為1200-1400轉每分鐘，攪拌時間為15分鐘。

實施例4

該實施例配方比例的調整詳見表三，具體實施過程與實施例1基本相同，區別僅在於高速攪拌速度為1200-1400轉每分鐘，攪拌時間為20分鐘。

上述製備的植物油改性的水性木器漆，依據國家標準GB/T 23999-2009《室內裝飾裝修用水性木器塗料》，對其進行技術性能的檢測，檢測結果見表四。

以上所揭露的僅為本發明的較佳實施例而已，當然不能以此 來限定本發明之申請專利範圍，因此依本發明申請專利範圍所作的等效變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。

Claims (8)

1. 一種植物油改性的水性木器漆，其包括以下重量份的組分：脂肪族改性聚氨酯分散體60-72份、增硬樹脂1-3份、去離子水8-10份、蠟乳液1-3份、成膜助劑2-4份、潤濕分散劑0.2-0.7份、流平劑0.1-0.3份、消泡劑0.2-0.7份、抗凍劑1-2份及增稠劑0.3-0.7份，其中，該增硬樹脂為無溶劑水性改性醛酮樹脂分散體，該脂肪族改性聚氨酯分散體的合成原料包括蓖麻油、異佛爾酮二異氰酸酯、聚醚二元醇及氨丙基三乙氧基矽烷，該無溶劑水性改性醛酮樹脂分散體的合成原料包括醛酮樹脂、親水單體二羥甲基丁酸和二羥基聚氧乙烯醚、聚己二酸新戊二醇酯及異佛爾酮二異氰酸酯，該脂肪族改性聚氨酯分散體以及該無溶劑水性改性醛酮樹脂分散體係以預聚體混合法合成，其中，去離子水係佔該植物油改性的水性木器漆的總重量的9.58%，其中，該植物油改性的水性木器漆的pH值為8至9之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之植物油改性的水性木器漆，其進一步包括顏料7-15份。
3. 如申請專利範圍第2項所述之植物油改性的水性木器漆，其中該顏料為有機黑色漿、鈦白粉或有機中黃漿。
4. 如申請專利範圍第1項所述之植物油改性的水性木器漆，其中該脂肪族改性聚氨酯分散體包括以下重量份的各原料：蓖麻油95-96.4份、異佛爾酮二異氰酸酯0.5-0.8份、聚醚二元醇1-1.2 份及氨丙基三乙氧基矽烷0.2-0.5份。
5. 如申請專利範圍第1項所述之植物油改性的水性木器漆，其中該無溶劑水性改性醛酮樹脂分散體包括以下重量份的各原料：醛酮樹脂96-98份、親水單體二羥甲基丁酸0.5-1份和二羥基聚氧乙烯醚0.5-1份、聚己二酸新戊二醇酯0.2-0.7份及異佛爾酮二異氰酸酯1-1.5份。
6. 如申請專利範圍第1項所述之植物油改性的水性木器漆，其進一步包括防腐劑、pH調節劑或其組合。
7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之植物油改性的水性木器漆，其進一步包括消光粉。
8. 一種植物油改性的水性木器漆，其包括以下重量份的組分：脂肪族改性聚氨酯分散體85份、增硬樹脂3份、去離子水12份、蠟乳液3份、成膜助劑5份、潤濕分散劑0.2份、流平劑0.5份、消泡劑0.7份、抗凍劑2份及增稠劑0.6份，其中，該增硬樹脂為無溶劑水性改性醛酮樹脂分散體，該脂肪族改性聚氨酯分散體的合成原料包括蓖麻油、異佛爾酮二異氰酸酯、聚醚二元醇及氨丙基三乙氧基矽烷，該無溶劑水性改性醛酮樹脂分散體的合成原料包括醛酮樹脂、親水單體二羥甲基丁酸和二羥基聚氧乙烯醚、聚己二酸新戊二醇酯及異佛爾酮二異氰酸酯，該脂肪族改性聚氨酯分散體以及該無溶劑水性改性醛酮樹脂分散體係以預聚體混合法合成，其中，該植物油改性的水性木器漆的pH值為8至9之間。