一種基于水性聚氨酯的超高固含量快干木器涂料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子領域，具體涉及一種基于水性聚氨酯的超高固含量快干木器涂料。
【背景技術】
[0002]木器涂料是涂料工業(yè)的重要組成部分，是指用于實木板、木紋面板、膠木板、纖維板等原材料制備的器材上的涂料，主要適用于家具、地板、文體用品、樂器及建筑裝修材料等。目前，高性能和低VOC含量相結合的水性聚氨酯涂料，由于聚氨酯分子具有裁剪性，結合新的合成和交聯(lián)技術，可以有效控制涂料的組成和結構，從而使其具有良好的低溫成膜性、耐高溫回黏性、高強度、耐磨性、環(huán)保性等，因此成為發(fā)展最快的涂料品種之一。如北京國家游泳中心即“水立方”的藝術地坪所使用的就是拜耳材料科技公司提供的水性聚氨酯涂料。
[0003]自1937年德國Ott0.Bayer教授首次合成聚氨酯(PU)以來，因聚氨酯樹脂具有優(yōu)異的化學性能和機械物理性，在化學領域里得到了廣泛的應用。聚氨酯涂料因具有優(yōu)良的耐磨性、柔韌性、耐久性、防腐性和絕緣性而被廣泛應用于石化設備、海洋、船舶、機電、車輛、紡織、皮革、木材、木器漆、塑料、建筑、防水涂料等領域。聚氨酯的發(fā)展大致可分為兩個階段:第一階段主要以溶劑型為主；第二階段是水性聚氨酯迅速發(fā)展的階段。傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯含有大量的有機溶劑和一定量的游離異氰酸酯，影響人們的身體健康和生活環(huán)境，特別是溶劑型雙組分聚氨酯中的殘留異氰酸酯單體，毒性極高。隨著人類生活質量的提高，環(huán)保法規(guī)也越來越嚴格，各種環(huán)保條例對揮發(fā)性有機化合物(VOC)的排放量、有害溶劑的含量都有嚴格限制。而水性聚氨酯由于其以水為分散介質，不僅具有無毒、不易燃燒、不污染環(huán)境、節(jié)能、安全可靠等優(yōu)點；同時還具有溶劑型聚氨酯的一些重要的性能特征，水性聚氨酯涂料將聚氨酯涂膜的硬度高、附著力強、耐腐蝕、耐溶劑好等優(yōu)點與水性涂料的低VOC含量相結合，符合發(fā)展涂料工業(yè)的“三前提”(資源，能源，無污染)及“四E原則”(經(jīng)濟ECONOMY，效率EFFICIENCY，生態(tài)ECOLOGY，能源ENERGY)和日益強化的時代要求相適應。因此近年水性聚氨酯涂料獲得了廣泛的應用。而以水為分散介質的水性聚氨酯具有無毒、不污染環(huán)境、節(jié)能、易操作等優(yōu)點，并且應用領域廣泛。隨著各國環(huán)保法規(guī)對VOC的限制以及對環(huán)保的重視，使得水性聚氨酯得到了較快的發(fā)展，已在織物、皮革、粘合劑等領域得到了廣泛應用，正逐步替代溶劑型聚氨酯。今后隨著技術的進步和VOC含量的嚴格控制以及人們環(huán)保安全和健康意識的提高，水性I3U將成為一個重要的發(fā)展方向。
[0004]聚氨酯從20世紀30年代開始發(fā)展，而在40年代才有少量水性聚氨酯的研宄，1943年德國化學家Schlack在乳化劑及保護膠體存在下，將二異氰酸酯在水中乳化首次成功制備出聚氨酯乳液。1953年Du Pont公司的研宄人員將二異氰酸酯基團聚氨酯預聚體的甲苯溶液分散于水，用二元胺擴鏈合成了水性聚氨酯。但是當時聚氨酯材料科學剛剛起步，水性聚氨酯還未受到重視，直至1967年才首次工業(yè)化，1972年拜耳公司正式將聚氨酯水分散體作為皮革涂料進行大批量生產(chǎn)。20世紀七八十年代，美、德、日等國的一些水性聚氨酯產(chǎn)品已從試制階段發(fā)展為實際生產(chǎn)和應用，一些公司有多種牌號的水性聚氨酯產(chǎn)品供應，如德國Bayer公司的DispercollKA等系列、美國Wyandotte化學公司的X及E等系列、日本光洋產(chǎn)業(yè)公司的水性乙烯基聚氨酯膠黏劑KR系列等等。自20世紀90年代后期，水性聚氨酯的應用領域開始不斷拓寬，在PVC黏結、汽車內(nèi)飾件、涂層、涂料等方面都有一定的工業(yè)化應用。
[0005]我國從1972年開始研宄水性聚氨酯，20世紀90年代，安徽大學、丹東輕化工研宄院、成都科技大學(現(xiàn)四川大學分部)等的PUD技術成果都先后被轉化。目前，我國已有不少領域應用水性聚氨酯產(chǎn)品，但其中許多高檔產(chǎn)品仍然不能自給，因此自主研發(fā)高性能水性聚氨酯就成為國內(nèi)聚氨酯領域最熱門的方向之一。
[0006]為進一步提尚聚氣醋水分散體涂料的機械性能和耐化學品性能，往往引入反應基團進行交聯(lián)。交聯(lián)的方法主要有3種:(1)內(nèi)交聯(lián)法，即在預聚合時引入三維結構，或在水中擴鏈時使用三元胺擴鏈，但三維結構的引入易導致凝膠發(fā)生。如美國Olin公司最近研制出使用尿丁酮作內(nèi)交聯(lián)劑的新技術，制得穩(wěn)定的乳膠體系。該技術利用過量的二元胺迀移到乳膠粒中，與聚氨酯骨架內(nèi)的尿丁酮基反應形成縮二脲鍵，誘發(fā)輔助交聯(lián)反應制成。通過使用尿丁酮內(nèi)交聯(lián)劑能夠改善單組分水性聚氨酯涂料的力學性能和耐溶劑性；(2)自交聯(lián)法，即在水性聚氨酯合成時將含不飽和鍵的植物油或其脂肪酸引入分子鏈中，由金屬催化劑(如鈷、錳、鈣鹽)來催化自交聯(lián)。這有助于減小粒徑，調整聚氨酯水分散體的表面張力，改進聚氨酯水分散清漆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，從而可獲得性能優(yōu)異的涂膜。如美國專業(yè)化學品公司的Neoreslins的R9403、R2001等。這一改性也可降低涂料的成本，提高涂料的干燥性、填充性、透明度、光澤、濕附著力和流平性。文獻則研制開發(fā)了單組分自交聯(lián)水性聚氨酯分散體涂料，該涂料具有優(yōu)異的戶外耐久性、耐沖擊性、耐污、耐刮擦性及耐化學腐蝕性等，各項指標達到或超過傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯涂料，廣泛應用于木地板涂料、外用罩光清漆及家具涂料；(3)外交聯(lián)法，即加入交聯(lián)劑。水性聚氨酯的結構決定著外交聯(lián)劑的組成，聚氨酯分子中帶羥基、氨基時常用的外交聯(lián)劑有水分散多異氰酸酯、氮雜環(huán)丙烷化合物、氨基樹脂等；聚氨酯分子中帶有羧基時，常用多元胺、環(huán)丙烷的化合物及某些金屬化合物，如Al (OH) 3、Ca (OH) 2等作外交聯(lián)劑。外交聯(lián)法使用比較麻煩，且交聯(lián)劑大都有毒。
[0007]水性聚氨酯復合改性材料可彌補在交聯(lián)改性中所存在的這些缺陷，改性的材料有很多種，包括環(huán)氧樹脂和有機硅等。環(huán)氧樹脂具有較強剛性和附著力，光澤、穩(wěn)定性、硬度等性能好，且為多羥基化合物，在與聚氨酯的反應中，可以將支化點引入聚氨酯的主鏈，使之形成部分網(wǎng)狀結構，性能更為優(yōu)異。加入環(huán)氧樹脂可以使涂層的抗張強度、耐水性和耐溶劑性明顯增強。
[0008]因此開發(fā)具有優(yōu)異的附著力、耐水性和力學性能同時又具有快干性能超高固含量的水性聚氨酯涂料具有很重要的實際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種基于水性聚氨酯的超高固含量快干木器涂料。本發(fā)明提供的涂料，工藝簡單，設備投資少，制得的木器涂料。
[0010]一種基于水性聚氨酯的超高固含量快干木器涂料，其原料包括聚氨酯、聚丙烯酸、分散劑、增稠劑、乙醇水溶液、DNS、成膜劑和顏料，按質量比例如下:
聚氨醋20-30份；
聚丙烯酸10-15份；
分散劑2-3份；
增稠劑2-3份；
乙醇水溶液20-25份；
DNS 4-5 份；
成膜劑4-10份；
顏料4-10份。
[0011]其中，聚氨酯為水性聚氨酯，其固化量大于60%。
[0012]其中，所述散劑是指能降低分散體系中固體或液體粒子聚集的高分子物質，其分子中含有聚合物，分子量在1000-10 000，包括聚乙烯吡