一種丙烯酸改性陰離子水性氨酯油分散體及其制備和以其為基料的木器涂料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于涂料防護領域，特別涉及一種丙烯酸改性陰離子水性氨酯油分散體及 其制備和以其為基料的木器涂料。
【背景技術】
[0002] 當今世界對環境保護越來越重視，環保在人們日常生活中的重要地位也日益凸 顯。無論是工業用品還是家庭日用品，都在朝著環境友好型的方向發展。水性木器涂料正 是順應這一市場需求而得到大力發展。
[0003] 目前國內現有水性木器涂料的主要種類有：水性醇酸木器涂料、水性丙烯酸酯木 器涂料和水性聚氨酯木器涂料等。水性醇酸木器涂料雖然成膜性好、光澤度高、裝飾性好， 但涂膜干燥速度慢、硬度低、耐黃變性差，涂料在儲存過程中容易發生水解，儲存穩定性差； 水性丙烯酸酯木器涂料具有優異的耐光性，戶外曝曬耐久性，極好的柔韌性，而且成本低， 但其涂膜耐磨性及抗化學性能差，豐滿度不好；水性聚氨酯木器涂料雖然豐滿度高、耐磨性 好、韌性好、裝飾性好，但涂膜硬度低，成本高。
[0004] 水性氨酯油分散體是一種利用植物油脂肪酸進行交聯改性的水性聚氨酯分散體。 它的優點是：依靠含有不飽和碳碳雙鍵的植物油脂肪酸，由金屬催干劑進行催化自交聯，使 制備的水性聚氨酯分散體具有自交聯性，提高水性聚氨酯的交聯密度，從而提高水性聚氨 酯分散體的耐水性和耐化學品性；同時，有助于減小分散體的粒徑，調整水性聚氨酯分散體 的表面張力，改進水性聚氨酯分散體對木材毛細孔的滲透能力和提高粒子聚結的速度和程 度，縮短涂膜的干燥時間；此外，長鏈非極性的脂肪酸鏈能使涂膜具有良好的疏水作用，而 且能賦予涂層良好的柔韌性、耐撓曲性以及耐寒性，能改善涂料的成膜性能和提高光澤。但 是，水性氨酯油分散體依然存在著干燥速度慢、硬度低、耐候性差、易黃變等缺點。丙烯酸樹 脂的干燥速度快，硬度高，耐候性好。將丙烯酸樹脂引入到水性氨酯油分散體中，對水性氨 酯油分散體進行接枝改性，可大大提高水性氨酯油分散體涂膜的干燥速度和硬度，并能改 善涂膜的耐候性。中國國內對丙烯酸改性水性氨酯油分散體的研究較少，申請的專利寥寥 無幾，相關的技術也鮮有報道。
【發明內容】
[0005] 本發明旨在克服目前水性氨酯油分散體的硬度低、耐候性差、耐化學品性不佳等 諸多缺點，通過化學接枝丙烯酸樹脂的方法，提高水性氨酯油分散體的干性和硬度，使制備 的水性氨酯油分散體能滿足水性木器涂料的性能要求，提供一種無毒的、天然的、環保的、 全方位保護及耐磨的水性木器涂料。
[0006] 本發明的技術方案如下：一種丙烯酸改性陰離子水性氨酯油分散體，該丙烯酸改 性陰離子水性氨酯油分散體的合成配方按重量百分比計，組成包括：13重量％~18重量％ 的不飽和脂肪酸；5重量％~8重量％的（甲基）丙烯酸酯或乙烯基單體；2重量％~4重 量％的甲基丙稀酸；0. 1重量％~0. 5重量％的引發劑；5重量％~8重量％的多兀醇；4重 量％~8重量％的助溶劑；4重量％~8重量％的二異氰酸酯化合物；1重量％~2重量％ 的中和劑；0. 05重量％~0. 1重量％的擴鏈劑；60重量％~65重量％的去尚子水。
[0007] 進一步說，本發明中所述的不飽和脂肪酸選自：亞油酸、豆油酸、亞麻油酸、桐亞油 酸、脫水蓖麻油酸、蓖麻油酸、肉豆蔻酸、巴豆酸、椰子油酸、松漿油脂肪酸、松香酸、棉子酸、 妥爾油酸中的一種或幾種。
[0008] 進一步說，本發明中（甲基）丙烯酸酯或乙烯基單體選自：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙 酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯 酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸乙基己酯、甲 基丙烯酸正辛酯、苯乙烯、乙烯基甲苯中的一種或幾種；所述的引發劑選自過氧化苯甲酰 (ΒΡ0)、過氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB)、過氧化二叔丁基（DTBP)、過氧化叔丁基（TBHP)、過氧 化環己酮（CHP0)、過氧化新戊酸叔戊酯（TAPP)、過氧化新戊酸叔丁酯（TAPP)中的一種或幾 種。
[0009] 進一步說，本發明中所述的多元醇選自：甘油、季戊四醇、二季戊四醇、三羥甲基丙 烷、三羥甲基乙烷中的一種或幾種；所述的助溶劑選自：二丙二醇二甲醚、丙酮、N-甲基吡 咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、丁酮、丙二醇甲醚醋酸酯中的一種或幾種。
[0010] 進一步說，本發明中所述的二異氰酸酯選自：甲苯二異氰酸酯（TDI)、二苯甲烷二 異氰酸酯（MDI)、己二異氰酸酯（HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI)、三甲基己二異氰酸酯 (TMDI)、二環己基甲烷二異氰酸酯（HMDI)、苯二亞甲基二異氰酸酯（XDI)、四甲基苯二亞甲 基二異氰酸酯（TMXDI)、六氫甲苯二異氰酸酯（HTDI)中的一種或幾種。
[0011] 進一步說，本發明中所述的中和劑選自N，N-二甲基乙醇胺、2-氨基-2-甲 基-1-丙醇、25重量％氨水、三乙胺、三乙醇胺、二乙胺、二乙醇胺中的一種或幾種；所述的 擴鏈劑選自：乙二胺、二乙烯三胺、丙二胺、己二胺、二乙醇胺中的一種或幾種。
[0012] 本發明中所述的丙烯酸改性陰離子水性氨酯油分散體的制備方法包括如下步驟： 將占不飽和脂肪酸總量的35重量％~50重量％的不飽和脂肪酸投入反應釜中，在攪拌狀 態下逐漸升溫至135°C~145°C;將（甲基）丙烯酸酯或乙烯基單體、甲基丙烯酸和引發劑 混合均勻后，勻速滴加到反應釜中，滴加時間為6~8小時；滴加完畢后，在135°C~145°C 保溫3~4小時，至轉化率為98±2%;將多元醇和剩余的占不飽和脂肪酸總量50重量％~ 65重量％的不飽和脂肪酸投入反應釜中，逐漸升溫至175~185°C，并保持在該溫度范圍內 反應；當反應1~2小時后，開始測酸值；當酸值為70~80mgK0H/g后，開始抽真空，進行減 壓蒸餾，除去所有的水分，并降溫；當降溫至60~70°C，加入助溶劑，然后開始滴加二異氰 酸酯化合物，在半小時內滴完；由于是放熱反應，反應溫度逐漸上升，最后升溫至l〇〇°C，在 該溫度下反應1. 5~2. 5小時，開始降溫；降溫至50~80°C，將溶于去離子水的中和劑投 入反應釜中，攪拌15~30分鐘；開始滴加含擴鏈劑的去離子水到反應釜中；滴加完畢后， 繼續攪拌30~40分鐘；過濾并包裝，即得到丙烯酸改性陰離子水性氨酯油分散體，該丙烯 酸改性陰離子水性氨酯油分散體的酸值為40~55mgK0H/g，固體份含量為36重量％~42 重量％。
[0013] -種以本發明中所述的丙烯酸改性陰離子水性氨酯油分散體為基料的木器涂料， 該木器涂料的配方按重量百分比計，組成包括：56. 0重量％~99. 0重量％的丙烯酸改性陰 離子水性氨酯油分散體乳液、0重量％~43. 0重量％的顏填料、0重量％~3. 0重量％的 潤濕分散劑、〇. 1重量％~1. 〇重量％的中和劑、〇. 1重量％~〇. 5重量％的消泡劑、0. 1重 量％~0. 8重量％的催干劑、0. 1重量％~1. 0重量％的增稠劑。
[0014] 本發明所述的木器涂料的配方中的顏填料選自：鈦白粉、炭黑、大紅粉、酞菁藍、檸 檬黃、耐曬黃、酞菁綠、鐵紅、滑石粉、沉淀硫酸鋇、高嶺土中的一種或幾種。
[0015] 本發明所述的木器涂料的配方中的潤濕分散劑選自：德國畢克化學公司的 BYK-190、BYK-191、Borchers 公司的 Borchi Gen 0650、Cognis 公司的 Hydropalat 535Ν 中 的一種或幾種；所述的催干劑選自：上海長風化工廠的HLD061、美國氰特公司VXW4940中的 一種或幾種。
[0016] 本發明所述的木器涂料的配方中的中和劑選自：氨水（25wt% )、AMP_95(陶氏化 學公司）、N，N-二甲基乙醇胺、三乙胺、二乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一種或幾種。
[0017] 本發明所述的木器涂料的配方中的催干劑選自：HLD061(上海長風化工廠）、 VXW4940(美國氰特公司）中的一種或幾種。
[0018] 本發明所述的木器涂料的配方中的消泡劑選自：BYK_020(德國畢克化學公司）、 BYK_024(德國畢克化學公司）、BorchersAF0671(borchers公司）、Foamex810(德國迪高 公司）中的一種或幾種。
[0019] 本發明所述的木器涂料的配方中的增稠劑選自：WT_202(德謙公司）、Rheolate 255(美國海名斯公司）中的一種或幾種。
[0020] 本發明的丙烯酸改性陰離子水性氨酯油分散體有以下創新點和優點：1.制備工 藝簡單，合成過程和產品質量容易控制，僅使用極少量的有機溶劑，且無需脫除，使制備的 分散體乳液氣味低，達到環保的要求；2.綜合了醇酸樹脂、丙烯酸樹脂和聚氨酯樹脂三者 的優點，對基材提供一種全方位的保護；3.使用的氣干性植物油脂肪酸是一類重要的可再 生資源，利用其含有不飽和碳碳雙鍵，可進行氧化交聯，是天然的交聯劑，可大大提高樹脂 的性能；4.采用化學接枝方式將丙烯酸樹脂引入水性氨酯油中，依靠丙烯酸樹脂優異的耐 候性和高的玻璃化轉變溫度，提高水性氨酯油的干性和硬度。
[0021] 本發明提供的以丙烯酸改性陰離子水性氨酯油分散體為基料的水性木器涂料具 有的優點是：快干，耐磨性好，良好的耐水性，良好的附著力和較高的硬度。本發明的水性木 器涂料的V0C含量較低，小于HBC12-2002環境標志產品認證技術要求水性涂料標準中V0C 小于250g/L的規定。因此，本發明的水性木器涂料符合環保要求，屬于環境友好型，可廣泛 用于家具涂裝和家庭裝潢。
【具體實施方式】
[0022] 下面通過實施例對本發明的內容作進一步的說明，但本發明的范圍決不局限于這 些實施例。
[0023] 以下實施例中的原料加入量的"份"數均為"重量份"。
[0024] 實施例1
[0025] 將71份的亞麻油酸投入反應釜中，在攪拌狀態下逐漸升溫至135°C~145°C;將 26份的甲基丙烯酸甲酯，39份的苯乙烯、35份的甲基丙烯酸和4份的過氧化二叔丁基混合 均勻后，勻速滴加到反應釜中，滴加時間為6~8小時；滴加完畢后，在135°C~145°C保溫 3~4小時，至轉化率為98±2%，以固含量為證。再將67份的三羥甲基丙烷和85份的亞 麻油酸投入反應爸中逐漸升溫至175~185°C，并保持在該溫度范圍內反應；當反應2小時 后，開始測酸值；當酸值為70~75mgK0H/g后，開始抽真空，進行減壓蒸餾，除去所有的水 分，并降溫；當降溫至70°C，加入45份的N-甲基吡咯烷酮；繼續升溫至70°C后，開始滴加 50份的甲苯二異氰酸酯，在半小時內滴完；由于是放熱反應，反應溫度逐漸上升，最后升溫 至1