一種環保高密度水性木器乳液塗料及其製備方法

2023-12-02 21:27:36

專利名稱：一種環保高密度水性木器乳液塗料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及木器塗料技術領域，具休地說是一種環保高密度水性木器乳液 塗料及其製備方法。
背景技術：
隨著環保法規的進一步完善，以減輕地球負荷為目的，低voc或零voc排
放的新型塗料成為研發的熱點，水性木器塗料的研發更為引人注目。
目前，歐洲民用塗料已經達到較高的水性化水平。1996年木器塗料佔整個 歐洲塗料銷量的8%，約40餘萬噸，其中水性木器塗料約佔木器塗料總量的6%。 1999年，歐洲民用塗料總產量為300萬噸，其中水性漆達到250萬噸，佔72%; 北歐國家地板塗料的水性化達到了 80%。
最近幾年，我國關於水性木器塗料技術的研發非常活躍，技術水平也提高 很快，尤其是2008年北京奧運會的綠色、環保理念，以及大量奧運會場館的建 設都對環保提出很高的要求，為環保型水性塗料的大規模應用提供了很好的機會。
據報導，中國木器塗料每年有數十萬噸的市場，如果水性木器塗料能夠取 代溶劑型木器塗料，其環保作用和社會經濟效益是十分顯著的。
當前，丙烯酸乳液由於"熱粘冷脆"的缺點，且含有大量的乳化劑，其耐 水、耐溶劑都不是很好，由於為了達到高硬度的特點，往往需要提高玻璃化溫
度，從而增加成膜助劑的使用量，而達不到低voc的目的。

發明內容
本發明的技術任務是解決現有技術的不足，提供一種環保高密度水性木器 乳液塗料及其製備方法，具體的說是一種釆用聚合型乳化劑合成具有"核一 殼"型結構且高硬度的丙烯酸乳液來製備水性木器塗料的方法。
本發明的技術方案是按以下方式實現的， 一種環保高密度水性木器乳液塗
料，該木器乳液塗料的原材料按照重量配比如下 (1)水性木器乳液
常規乳化劑 0. l—l 單體 20—80
聚合型乳化劑0.1—1 溶劑 40—80引發劑 0.01_0.6 緩衝劑 0. 01—0. 1
(2)水性木器塗料 水件木器乳液60—100 溶劑 2—20 高沸點溶劑 2—20 所述的木器乳液塗料的原材料按照重〗
(1) 水性木器乳液 常規乳化劑 0. 3—0. 5
聚合型乳化劑 0. 3—0. 5 引發劑 0.1—0.3 緩衝劑 0. 03—0. 05
(2) 水性木器塗料 水性木器乳液70—90
溶劑 5—15 高沸點溶劑 5—15
中和劑 交聯劑
0.2—1. 5 0. 2—1. 5
潤溼劑0. l—l 消泡劑0.1—2 增稠劑0. l—l 。 C配比的更優選方案如下
單體 37. 8—54. 6
溶劑 55—60 中和劑 0. 5—0. 8 交聯劑0.4—0.7 ;
潤溼劑0. l—l 消泡劑0.1—2 增稠劑0.1—1 。 包括十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基
所述的常規乳化劑包括陰離子乳化劑， 磺酸鈉、乙氧基化烷基醚硫酸銨中的一種或-種以上混合物；
所述的聚合型乳化劑包括烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸銨、乙 烯基磺酸鈉、烯丙基烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鹽中的一種或一種以上混合物；
所述的單體包括丙烯腈、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯醯胺、甲基丙烯酸甲 酯、丙烯酸丁酯、雙丙酮丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N—羥甲基丙烯醯胺屮的一 種或一種以上混合物；採用具有特殊官能度的單體，以提高乳液的交聯度，以 提高乳液耐溶劑性能；
所述的溶劑水包括去離子水；所述的引發劑包括過硫酸鈉；所述的緩衝劑 包括碳酸氫鈉；所述的屮和劑包括氨水；所述的交聯劑包括己二酸二醯肼。
所述的單體根據聚合特點分為核單體和殼單體，其中核單體包括甲基丙 烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、衣康酸、N—羥甲基丙烯醯胺中的一種或一種 以上混合物；殼單體包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、甲基丙烯酸、 雙丙酮丙烯醯胺中的一種或一種以上混合物。
引入聚合型乳化劑可以是烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸銨、乙 烯基磺酸鈉、烯丙基垸基酚聚氧乙烯醚硫酸鹽等，減少常規乳化劑的用量；常規乳化劑為陰離子乳化劑，可以是十二烷基苯磺酸鈉、十二垸基磺酸鈉、
A-103、 C0-436等;
採用"核-殼"聚合的技術，以降低成膜溫度，減少成膜助劑用量； 通過採用丙烯腈、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N-羥
甲基丙烯醯胺等具有特殊官能度的單體，以提高乳液的交聯度，以提高乳液耐
溶劑性能；
採用雙丙酮丙烯醯胺和己二酸二醯肼的常溫固化交聯，進一步提高成膜交 聯度。
本發明的一種環保高密度水件木器乳液塗料及其製備方法包括水性木器乳 液的製備和利用製備的水性木器乳液來製備水性木器乳液塗料，其方法是 (1)水性木器乳液的製備方法
先將常規乳化劑、緩衝劑、溶劑水投入釜底，加熱升溫至7(TC—9(TC;在 另一個罐中加入常規乳化劑、聚合型乳化劑、核單體、去離子水製備預乳液； 加入1/5—1/2的引發劑溶液至釜中，攪拌均勻後，加入1/5—3/5的預乳液制 備種子乳液，5min—20min後滴加剩餘預乳液時間控制在1.5h—2.5h滴完，然 後將殼單體與引發劑共同滴入至釜巾時間控制在0. 5h—l. 5h滴完，總共滴加時 間控制在2h—4h，溫度控制在8(TC—9(TC，保溫lh，然後降溫至55—70°C， 添加氨水中和PH值到7.0—8.0，再冷卻至40。C—5CTC，加入交聯劑，冷卻、 過濾出料，得水性木器乳液；
(2 )利用水性木器乳液來製備水性木器塗料的方法
將製備的水性木器乳液加入攪拌釜中，在500rpm—700rpm的條件下依次加 入溶劑去離子水、高沸點溶劑、潤溼劑、消泡劑，在1000rpm下攪拌25 min — 35min,然後將增稠劑用去離子水稀釋後調整粘度，慢速消泡30min，過濾出料 製得水性木器乳液塗料。
本發明的一種環保高密度水性木器乳液塗料及其製備方法的優選方案是 (1)水性木器乳液的製備方法
先將常規乳化劑、緩衝劑、溶劑水投入釜底，加熱升溫至80。C—82'C;在 另一個罐屮加入常規乳化劑、聚合型乳化劑、核單體、去離子水製備預乳液； 加入1/5—1/2的引發劑溶液至釜中，攪拌均勻後，加入1/5—3/5預乳液製備 種子乳液，15min後滴加剩餘預乳液時間控制在2h滴完，然後將殼單體與剩餘 的引發劑共同滴入至釜中時間控制在lh滴完，總共滴加時間控制在3h，溫度控 制在8fC—86。C，保溫lh，然後降溫至6(TC—65X:，添加氨水中和TO值到7.0—8.0，再冷卻至45。C，加入交聯劑，冷卻、過濾出料，得水性木器乳液；
(2)利用水性木器乳液來製備水性木器塗料的方法
將製備的水性木器乳液加入攪拌釜中，在600rpm的條件下依次加入溶劑去 離子水、高沸點溶劑、潤溼劑、消泡劑，在1000rpm下攪拌30min，然後將增稠 劑用去離子水稀釋後調整粘度，慢速消泡30min，過濾出料製得水性木器乳液塗 料。
所述的潤溼劑包括Hydropalat 140、 Hydropalat 875、 BYK—346中的一種 或一種以上混合物；
所述的高沸點溶劑包括乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇」'醚、二內二 醇丁醚中的一種或一種以上混合物；
所述的消泡劑包括Dehydran 1293、 Foamstar A32、 Foamstar A34、 BYK— 019、 BYK—024、 BYK—025中的一種或一種以上混合物；
所述的增稠劑採用非離子聚氨酯締合型增稠劑，包括DSX 1550、 DSX 3256、 SN—612中的一種或一種以上混合物。
所述的潤溼劑可以是科寧公司的Hydropalat 140、 Hydropalat 875， BYK 公司的BYK—346等中的一種或一種以上混合物；
所述的高沸點溶劑，可以是乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙—醇丁醚、二 丙二醇丁醚等中的一種或一種以上混合物；
所述的消泡劑可以是科寧公司的Dehydran 1293、 Foamstar A32、 Foamstar A34， BYK公司的BYK—019、 BYK—024、 BYK—025等系列消泡劑中的一種或一種 以上混合物；
所述的增稠劑可以是非離子聚氨酯締合型增稠劑如科寧公司的DSX 1550、 DSX 3256， N0PC0公司的SN—612等中的一種或一種以上混合物。
本發明的一種環保高密度水性木器乳液塗料及其製備方法與現有技術相比 所產生的積極效果是
使用該環保高密度水性木器乳液塗料的製備方法所製備出的水性木器乳液 塗料，耐水、耐溶劑性好，而且具有高硬度的特點。製備過程中聚合型乳化劑 的使用，可以大量減少常規乳化劑的使用量，減少常規乳化劑對成膜耐水、耐 溶劑的影響，同時採用"核一殼"聚合的技術，達到降低成膜溫度，減少成膜 助劑用量的目的，是實現製備出最低限V0C排放的新型塗料。
具體實施例方式
下面對本發明的一種環保高密度水性木器乳液塗料及其製備方法作以下詳 細說明。
下面給出實施本發明的一種環保高密度水性木器乳液塗料及其製備方法的 最佳實施例
實施例1:
水性木器乳液製備合成配方如下
組成用量(g)百分比OO
十二烷基苯磺酸鈉7. 20. 48
烯丙氧基壬基苯氧基4. 80. 32
丙醇聚氧乙烯醚硫酸銨過硫酸鈉40.27
碳酸氫鈉0.6 核單體殼單體0.04
甲基丙烯酸甲酯160 17222. 13
丙烯酸丁酯42 12811. 33
丙烯腈24 364. 00
甲基丙烯酸0 90.60
衣康酸7 00.47
N—羥甲基丙烯醯胺7 00.47
雙丙酮丙烯醯胺0 151.00
去離子水86757. 78
氨水90. 60
己二酸二醯肼7. 80.52
合計1500. 4100. 00
製備方法將4. 8g十二垸基苯磺酸鈉、碳酸氫鈉、637g去離子水投入釜底， 加熱至8(TC—82°C，再另一個罐中加入剩餘2.4g十二烷基苯磺酸鈉、烯丙氧基 壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸銨、核單體製備預乳液。用80g去離子水將引 發劑溶解，製備引發劑溶液，加入1/3的引發劑溶液至釜中，攪拌均勻後，加 入18g預乳液製備種子乳液，15min後滴加預乳液約2h,然後滴加殼單體約lh， 剩餘引發劑溶液伴隨單體滴完，總共滴加時間為3h，溫控在84t:—86'C，保溫 1小時，降溫6CTC—65°C，氨水中和PH值到7. 0—8. 0，冷卻至45°C，加入己
二酸二醯肼。冷卻、過濾出料，得微黃半透明液體即是水性木器乳液。
製備出的水性木器乳液的平均粒徑為80nm，粘度為300cps， PH二7.5，固含 量為41. 3%。使用製備的水性木器乳液，製備水性木器塗料配方如下
序號 原材料 用量(g) 備註
1製備的水性木器乳液79
2去離子水9.0
3乙二醇丁醚8
4二乙二醇丁醚2
5Hydropalat 1400.4
6Dehydran 12930.8
7SN—6120. 2
8去離子水0.6
合計100
製備方法將製備的水性木器乳液加入攪拌釜中，在600rpm的條件下依次 加入上表所述的序號2—6的物質，S卩去離子水、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、 Hydropalat 140、 Dehydran 1293，在lOOOrpm下攪拌30min，然後將SN~612 用去離子水稀釋後調整粘度，慢速消泡30min,過濾出料得水性木器漆。
製得的水性木器塗料性能外觀為微黃半透明液體，固含量為33%，粘度(塗 4杯)為30秒，表幹時間15min。木器成膜性能塗膜鉛筆硬度為H，耐水性: 48小時無異常，耐醇性(50%的乙醇)lh無異常，附著力l級。
實施例2:
水性木器乳液製備合成配方如下:
組成用量(g)百分比(%)
十二烷基磺酸鈉6, 80.45
烯丙基烷基酚聚氧乙烯醚硫酸鹽5.20. 35
過硫酸鈉40.27
碳酸氫鈉0. 50.03
核單體殼單體
甲基丙烯酸甲酯165 17522.66
丙烯酸丁酯42 11810. 66
丙烯腈24 364. 00
甲基丙烯酸0 161.07
甲基丙烯醯胺9 00. 60
雙丙酮丙烯醯胺0 151.00
水86757.79
氨水90. 60
己二酸二醯肼7.80. 52
合計 1500.3 100.00
級級布齊布
業業溼泡稠
工工潤消增製備方法將4. 8g十二烷基苯磺酸鈉、碳酸氫鈉、637g去咼子水投入釜底， 加熱至8(TC—82°C，再另一個罐中加入剩餘2.0g十二烷基苯磺酸鈉、烯丙基烷 基酚聚氧乙烯醚硫酸鹽、核單體製備預乳液。用80g去離子水將引發劑溶解， 製備引發劑溶液，加入1/3的引發劑溶液至釜中，攪拌均勻後，加入18g預乳 液製備種子乳液，15min後滴加預乳液約2h，然後滴加殼單體約lh，剩餘引發 劑溶液伴隨單體滴完，總共滴加時間為3h，溫控在84X:—86X:，保溫l h，降 溫60。C—65°C，氨水中和ra值到7.0—8.0，冷卻至45。C，加入己二酸二醯肼。 冷卻、過濾出料，得微黃半透明液體即是水性木器乳液。
製備出的水性木器乳液的平均粒徑為85nm，粘度為500cps， PH=7. 5，固含 量為41. 3%。
使用製備的水性木器乳液，製備水性木器塗料配方如下
序號 原材料_用量(g) 備註
~1 ~~製備的7K，性木器乳液
2 去離子水 8
3 乙二醇丁醚 5
4 二乙二醇丁醚 5
5 Hydropalat 875 0.3
6 BYK—025 0.5
7 DSX—1550 0.5 _^_去離子水_
合計
製備方法將製備出的水性木器乳液加入攪拌籤中，在600rpm的條件下依 次加入加入上表所述的序號2—6的物質，即去離子水、乙二醇丁醚、二乙二 醇丁醚、Hydropalat 875、 BYK—025，在1000rpm下攪拌30min，將轉速調至 600rpm，然後將DSX—1550用去離子水稀釋後調整粘度，慢速消泡30min，過濾 出料得水性木器塗料。
製得的水性木器塗料性能外觀為微黃半透明液體，固含量為33%，粘度(塗 4杯)為35秒，表幹時間15min。木器成膜性能塗膜鉛筆硬度為H，耐水性: 48小時無異常，耐醇性(50%的乙醇)lh無異常，附著力l級。
其中實施例1與實施例2中的各性質的表徵手段是:
(1) 粒徑大小及分布採用馬爾文雷射粒徑儀測定；
(2) 硬度、附著力、耐溶劑按標準HG/T 3828—2006中提供的方法測定。
級級劑劑布
業業溼泡稠
工工潤消增
權利要求
1、一種環保高密度水性木器乳液塗料，其特徵在於該木器乳液塗料的原材料按照重量配比如下(1)水性木器乳液常規乳化劑0.1-1 單體20-80聚合型乳化劑 0.1-1 溶劑40-80引發劑0.01-0.6 中和劑 0.2-1.5緩衝劑0.01-0.1 交聯劑 0.2-1.5；(2)水性木器塗料水性木器乳液 60-100 潤溼劑 0.1-1溶劑 2-20 消泡劑 0.1-2高沸點溶劑2-20 增稠劑 0.1-1。
2、根據權利要求1所述的一種環保高密度水性木器乳液塗料，其特徵在於 該木器乳液塗料的原材料按照重量配比如下 (1)水性木器乳液常規乳化劑 0. 3—0. 5 聚合型乳化劑0. 3—0. 5 引發劑 0. 1—0.3緩衝劑 0. 03—0. 05(2)水性木器塗料 水性木器乳液70—90 溶劑 5—15 高沸點溶劑 5—15單體 37. 8—54. 6 溶劑 55—60中和劑 0. 5—0. 8 交聯劑0.4—0.7 ;潤溼劑0. 1—1消泡劑 0. l—2 增稠劑0.1—1 。
3、根據權利要求1或2所述的一種環保高密度水性木器乳液塗料，其特徵 在於常規乳化劑包括陰離子乳化劑，包括十二垸基苯磺酸鈉、十二垸基磺酸鈉、 乙氧基化烷基醚硫酸銨中的一種或一種以上混合物；聚合型乳化劑包括烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸銨、乙烯基磺 酸鈉、烯丙基垸基酚聚氧乙烯醚硫酸鹽中的一種或一種以上混合物；單體包括丙烯腈、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯醯胺、甲基丙烯酸甲酯、丙 烯酸丁酯、雙丙酮丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N—羥甲基丙烯醯胺中的一種或一種以上混合物；溶劑水包括去離子水；引發劑包括過硫酸鈉；緩衝劑包括碳酸氫鈉；中和 劑包括氨水；交聯劑包括己二酸二醯肼。
4、 根據權利要求l、 2或3所述的一種環保高密度水性木器乳液塗料，其 特徵在於單體根據聚合特點分為核單體和殼單體，其中核單體包括甲基丙烯酸甲 酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、衣康酸、N—羥甲基丙烯醯胺中的一種或一種以上混 合物；殼單體包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、甲基丙烯酸、雙丙 酮丙烯醯胺中的一種或一種以上混合物。
5、 一種製備權利要求1所述的環保高密度水性木器乳液塗料的方法，其特 徵在於包括水性木器乳液的製備和利用製備的水性木器乳液來製備水性木器乳 液塗料，其方法是(1) 水性木器乳液的製備方法先將常規乳化劑、緩衝劑、溶劑水投入釜底，加熱升溫至7(TC—9CTC;在 另一個罐中加入常規乳化劑、聚合型乳化劑、核單體、去離子水製備預乳液； 加入l/5—l/2的引發劑溶液至釜中，攪拌均勻後，加入1/5—3/5的預乳液制 備種子乳液，5min—20min後滴加剩餘預乳液時間控制在1.5h—2. 5h滴完，然 後將殼單體與引發劑共同滴入至釜中時間控制在0. 5h—1. 5h滴完，總共滴加時 間控制在2h—4h，溫度控制在8(TC—90°C，保溫lh，然後降溫至55—7(TC， 添加氨水中和PH值到7.0—8.0，再冷卻至4(TC一50。C，加入交聯劑，冷卻、 過濾出料，得水性木器乳液；(2) 利用水性木器乳液來製備水性木器塗料的方法 將製備的水性木器乳液加入攪拌釜中，在500rpm—700rpm的條件下依次加入溶劑去離子水、高沸點溶劑、潤溼劑、消泡劑，在1000rpm下攪拌25 min — 35min，然後將增稠劑用去離子水稀釋後調整粘度，慢速消泡30min，過濾出料 製得水性木器乳液塗料。
6、 根據權利要求5所述的一種環保高密度水性木器乳液塗料的製備方法， 其特徵在於(1)水性木器乳液的製備方法 先將常規乳化劑、緩衝劑、溶劑水投入釜底，加熱升溫至8(TC—82°C;在 另一個罐中加入常規乳化劑、聚合型乳化劑、核單體、去離子水製備預乳液； 加入1Z5—1/2的引發劑溶液至釜中，攪拌均勻後，加入1/5—3/5預乳液製備種子乳液，15min後滴加剩餘預乳液時間控制在2h滴完，然後將殼單體與剩餘 的引發劑共同滴入至釜中時間控制在lh滴完，總共滴加時間控制在3h，溫度控 制在84。C—86°C，保溫lh，然後降溫至6(TC"65t:，添加氨水中和K1值到 7.0—8.0,再冷卻至45'C，加入交聯劑，冷卻、過濾出料，得水性木器乳液； (2)利用水性木器乳液來製備水性木器塗料的方法 將製備的水性木器乳液加入攪拌釜中，在600rpm的條件下依次加入溶劑去 離子水、高沸點溶劑、潤溼劑、消泡劑，在1000rpm下攪拌30min，然後將增稠 劑用去離子水稀釋後調整粘度，慢速消泡30min，過濾出料製得水性木器乳液塗 料。
7、根據權利要求5所述的一種環保高密度水性木器乳液塗料的製備方法， 其特徵在於所述的潤溼劑包括Hydropalat 140、 Hydropalat 875、 BYK—346中的一種 或一種以上混合物；所述的高沸點溶劑包括乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二丙二 醇丁醚中的一種或一種以上混合物；所述的消泡劑包括Dehydran 1293、 Foamstar A32、 Foamstar A34、 BYK— 019、 BYK—024、 BYK—025中的一種或一種以上混合物；所述的增稠劑採用非離子聚氨酯締合型增稠劑，包括DSX 1550、 DSX 3256、 SN—612中的一種或一種以上混合物。
全文摘要
本發明提供一種環保高密度水性木器乳液塗料及其製備方法，屬於木器塗料技術領域，先將常規乳化劑、緩衝劑、溶劑水投入釜底，加熱升溫至80℃-82℃；在另一個罐中用常規乳化劑、聚合型乳化劑、核單體、去離子水製備預乳液；加入引發劑溶液至釜中攪拌均勻後加入預乳液製備種子乳液，滴加預乳液，然後將殼單體與引發劑共同滴入至釜中，在84-86℃保溫1h，然後降溫添加氨水中和冷卻至45℃加入交聯劑，冷卻過濾出料得水性木器乳液置於攪拌釜中，攪拌條件下依次加入溶劑去離子水、高沸點溶劑、潤溼劑、消泡劑，攪拌後加增稠劑慢速消泡，過濾出料製得的水性木器乳液塗料是具有高硬度、耐水耐溶劑性好、低VOC排放的特點。
文檔編號C09D5/02GK101319124SQ20081013811
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月1日 優先權日2008年7月1日
發明者張興藝, 竇俊英, 皓 錢 申請人:竇俊英