專利名稱：一種用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
水性木器涂料是一種涂刷在木制家具或木制品表面的涂料產(chǎn)品，除了具備對木材制品的保護(hù)作用以外，還需要具有一定的裝飾效果。在水性木器涂料的涂裝工藝中，美式涂裝工藝占有很重要的位置。美式涂裝是一種開放式涂裝，通過加深木紋對比度，增強(qiáng)木材表面的層次感和立體感而使木材的天然花紋得到充分凸顯，給家具帶來自然美觀的質(zhì)感。美式涂裝又稱仿古涂裝，通過配合一些特殊的板材處理以及擦色工藝如做舊，蟲孔，破壞處理等，還可以得到接近于油漆涂飾的歐式復(fù)古家具的裝飾效果，從而大大提升木制家具的商品價值。用于傳統(tǒng)美式涂裝工藝的擦色劑和著色劑產(chǎn)品多為溶劑型的醇酸樹脂，不干性植物油和最近出現(xiàn)的一些水性化產(chǎn)品如改性亞麻仁油型木材擦色劑等。醇酸樹脂類擦色劑比如專利CN 101472686A,由于在使用中需要加入稀釋劑對施工人員的健康造成不好的影響；對于不干性植物油類產(chǎn)品及其水性改性產(chǎn)品，雖然在展色效果上較好比如專利 CN1810898A、CN101608079A、CN101386726A,但存在干燥慢、固色保色性差，并且與水性涂料的相容性較差，無法與水性底漆或水性面漆的很好的結(jié)合，在后續(xù)涂裝中極易出現(xiàn)串色發(fā)花等問題。另外有一類乳液型用于半透明著色的堿溶多段樹脂如專利CN109(^90A所述，則有展色性能較差以及溶脹木材表面等問題，難以達(dá)到較高的裝飾要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過高分子聚合物的結(jié)構(gòu)設(shè)計，制備出專門用于水性木器涂料的新型水性木器涂裝用著色劑。該著色劑具有優(yōu)異的展色性和適當(dāng)?shù)拈_放時間，在擦色過程中能將顏料很好的帶入木材表面的溝槽中與纖維機(jī)構(gòu)中，著色均勻且可修復(fù)性強(qiáng)，可以充分提高木紋的色差與對比度；同時，其固色作用與層間粘結(jié)性優(yōu)異，干燥以后在著色表面重涂過程中不會對底材顏色造成破壞，不會發(fā)生串色或浮色，配以面修色工藝后更使得著木材花紋和棕眼紋路清晰，得到的木器家具色彩豐滿而生動。這種木材用水性擦色劑保色性極佳，長期使用不變色，在涂裝效果上達(dá)到與傳統(tǒng)油溶型擦色劑相媲美的裝飾效果，并且使用時有較之更好的環(huán)保性和安全性。本發(fā)明提供一種用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑，其特征在于，所述的格麗斯擦色劑由展色組分和固色組分組成，其中展色組分含量為格麗斯擦色劑總質(zhì)量的50 90%，固色組分含量為格麗斯擦色劑總質(zhì)量的10 50%，展色組分包含用量為格麗斯擦色劑總質(zhì)量15 30%的一種雙親性聚合物樹脂、5 30%的醇和醚的混合物、0. 5 1 %的增稠劑、0. 5 5%的分散劑、0. 1 的防沉劑、1 8%的水性色漿或水性色粉、以及6 12%的去離子水，固色組分包含用量為格麗斯擦色劑總質(zhì)量1. 5 15%的一種丙烯酸酯聚合物、5 20%的醇和醚的混合物、0. 1 的消泡劑以及9 13%的去離子水；
所述的雙親性樹脂由丙烯酸酯類硬單體、丙烯酸酯類軟單體和功能單體通過自由基共聚合得到的，其中功能單體的用量在樹脂總質(zhì)量中所占比例為3 50%，并且所用的功能單體總量中含有至少占功能單體總質(zhì)量6%的丙烯酸或甲基丙烯酸單體；所說的丙烯酸酯類硬單體與丙烯酸酯類軟單體的用量質(zhì)量比為40 80 20 60;其中丙烯酸酯類硬單體為下列物質(zhì)中的一種或者它們的組合甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯；丙烯酸酯類軟單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、 丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸烷基酯中的一種或它們的組合；功能單體為下列物質(zhì)中的一種或它們的組合苯乙烯磺酸鈉、丙烯酸胺乙酯、甲基丙烯酸-N，N-二甲基乙酯、2-乙烯基吡啶或4-乙烯基吡啶、乙烯基哌啶、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-取代(甲基)丙烯酰胺、雙丙酮丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、丙烯酸-2-羥乙酯、丙烯酸-2-羥丙酯、甲基丙烯酸-2-羥乙酯、丙烯酸、α -甲基丙烯酸；所述的雙親性樹脂，采用半連續(xù)溶液聚合法合成，合成步驟如下在可控溫加熱的裝有攪拌裝置和回流冷卻器的反應(yīng)容器內(nèi)加入質(zhì)量為反應(yīng)單體 0. 1 0. 8倍的去離子水、0. 05 0. 5倍的醇和0. 1 0. 5倍的醚的混合物作為反應(yīng)介質(zhì)， 采用氮?dú)獗Ｗo(hù)和冷凝水回流，升溫至反應(yīng)溫度并出現(xiàn)回流后，向瓶內(nèi)加入丙烯酸酯類硬單體、丙烯酸酯類軟單體和功能單體的混合物與正十二烷基硫醇，其中所用的各類單體質(zhì)量分別為各自總投料質(zhì)量的5 15%、正十二烷基硫醇用量為所有反應(yīng)單體投料總質(zhì)量的 0. 1 的，并加入為所有反應(yīng)單體總質(zhì)量0. 5 的引發(fā)劑引發(fā)聚合；10分鐘后再將剩余的丙烯酸酯類硬單體、丙烯酸酯類軟單體和功能單體的混合物與為所有反應(yīng)單體總質(zhì)量0. 5 3%的正十二烷基硫醇，以及為所有反應(yīng)單體總質(zhì)量0. 5 的引發(fā)劑用加料裝置同時滴加入反應(yīng)容器內(nèi)。滴加完畢后，升高5 10°C進(jìn)行保溫反應(yīng)，之后降溫至40°C以下，加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值至7 8，繼續(xù)攪拌并降溫出料，得到雙親性聚合物樹脂；所述的丙烯酸酯聚合物由多種烯類單體進(jìn)行自由基乳液共聚合得到，用于制備丙烯酸酯聚合物的單體中含烯類硬單體、烯類軟單體以及功能單體，其質(zhì)量用量比為35 60 40 70 2 10 ；所述的烯類硬單體為甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異丁酯、 甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、苯乙烯中的一種或它們的組合；烯類軟單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一種或它們的組合； 功能單體是丙烯酸胺乙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-取代(甲基)丙烯酰胺、雙丙酮丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、丙烯酸-2-羥乙酯、丙烯酸-2-羥丙酯、甲基丙烯酸-2-羥乙酯、丙烯酸、甲基丙烯酸的一種或幾種的組合物。所述的丙烯酸酯聚合物，采用半連續(xù)-種子乳液聚合法合成，合成步驟如下在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，向裝有溫度計、攪拌裝置、回流冷卻器及加料裝置的可控溫加熱的反應(yīng)容器內(nèi)，加入乳化劑和去離子水，開啟攪拌，5分鐘后加入含有烯類硬單體、烯類軟單體以及功能單體的混合物進(jìn)行預(yù)乳化，其中所用的各類單體質(zhì)量分別為各自總投料質(zhì)量的1 10%，預(yù)乳化時間為15分鐘，然后加熱至反應(yīng)溫度，加入為反應(yīng)單體總質(zhì)量0. 05 0. 25%的引發(fā)劑引發(fā)聚合，引發(fā)劑需用去離子水溶解后加入反應(yīng)器；當(dāng)體系不再出現(xiàn)回流， 開始準(zhǔn)備加入剩余的反應(yīng)單體混合物，其中包括烯類硬單體、烯類軟單體和功能單體，將上述的反應(yīng)單體混合物與引發(fā)劑的去離子水溶液同時滴加，加入反應(yīng)容器中，其中引發(fā)劑用量為反應(yīng)單體總質(zhì)量0. 05 0. 25%的；加料完畢后將控溫升高5 10°C保溫反應(yīng)2 3 小時，然后降溫至40°C以下，加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值至7 8，過濾出料，得到丙烯酸酯聚合物。所用的醇和醚的混合物，其中醇為乙醇、乙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1， 4-丁二醇、異丙醇、正丁醇和異丁醇中的一種或幾種；醚為二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚以及丙二醇甲醚中的一種或幾種。合成雙親性樹脂所使用的聚合反應(yīng)引發(fā)劑為過氧化苯甲酰、偶氮二異丁氰、硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鈉-亞硫酸氫鈉或過硫酸銨-亞硫酸氫鈉中的一種。合成雙親性樹脂和丙烯酸酯聚合物所使用的pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、二乙醇胺、三乙醇胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一種。所述的合成丙烯酸酯聚合物所用的乳化劑為陰離子型、非離子型或陰離子與非離子復(fù)合型，或者反應(yīng)型乳化劑。合成丙烯酸酯聚合物使用的引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉、過硫酸鈉-亞硫酸氫鈉或過硫酸銨-亞硫酸氫鈉的一種。所述的用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑的制備方法，其特征在于，步驟如下①在攪拌分散作用下依次加入雙親性樹脂、去離子水、醇和醚的混合物和增稠劑， 攪拌分散20分鐘，在上述混合物中繼續(xù)加入水性色漿或水性色粉、潤濕分散劑和防沉劑， 繼續(xù)攪拌分散30分鐘，得到格麗斯擦色劑的展色組分；②在攪拌分散作用下依次加入丙烯酸酯聚合物乳液、去離子水、醇和醚的混合物和消泡劑，攪拌分散30分鐘，得到格麗斯擦色劑固色組分；③在攪拌分散作用下將①中得到的展色組分加入②中得到的固色組分，攪拌分散 20分鐘出料。本發(fā)明的關(guān)鍵在于，設(shè)計合成了兩種用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑制備的聚合物，其中一種聚合物具有展色和粘結(jié)顏料作用的雙親性樹脂，同時其含有的極性基團(tuán)對于在溶液體系中的穩(wěn)定性和相容性使得在調(diào)色和干燥過程中均顯示出很好的透明性和通透性，另一聚合物則具有快速成膜與固色性能，二者兼具良好的相容性使得所得到的木材著色劑可以穩(wěn)定儲存。本發(fā)明的格麗斯擦色劑可以在用于水性木器涂裝的美式涂裝工藝和其他著色工藝時，顯示出與各種水性底漆、面漆的良好的相容性和層間結(jié)合力，固色保色性好并且重涂過程不會發(fā)生串色或脫色，兼具優(yōu)異的展色性和修色性，無刺激性氣味等優(yōu)點(diǎn)， 適用于多種材質(zhì)的木器家具和制品，在涂裝中必不可少。
具體實(shí)施例方式下面實(shí)施例的目的是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，無論如何，本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。列表中可能用到的縮寫詞
權(quán)利要求
1. 一種用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑，其特征在于，所述的格麗斯擦色劑由展色組分和固色組分組成，其中展色組分含量為格麗斯擦色劑總質(zhì)量的50 90%，固色組分含量為格麗斯擦色劑總質(zhì)量的10 50%，展色組分包含用量為格麗斯擦色劑總質(zhì)量15 30%的一種雙親性聚合物樹脂、5 30%的醇和醚的混合物、0. 5 的增稠劑、0. 5 5%的分散劑、0. 1 1 %的防沉劑、1 8%的水性色漿或水性色粉、以及6 12%的去離子水，固色組分包含用量為格麗斯擦色劑總質(zhì)量1. 5 15%的一種丙烯酸酯聚合物、5 20% 的醇和醚的混合物、0. 1 的消泡劑以及9 13%的去離子水；所述的雙親性樹脂由丙烯酸酯類硬單體、丙烯酸酯類軟單體和功能單體通過自由基共聚合得到的，其中功能單體的用量在樹脂總質(zhì)量中所占比例為3 50%，并且所用的功能單體總量中含有至少占功能單體總質(zhì)量6%的丙烯酸或甲基丙烯酸單體；所說的丙烯酸酯類硬單體與丙烯酸酯類軟單體的用量質(zhì)量比為40 80 20 60;其中丙烯酸酯類硬單體為下列物質(zhì)中的一種或者它們的組合甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯；丙烯酸酯類軟單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸烷基酯中的一種或它們的組合；功能單體為下列物質(zhì)中的一種或它們的組合苯乙烯磺酸鈉、丙烯酸胺乙酯、甲基丙烯酸-N，N- 二甲基乙酯、2-乙烯基吡啶或4-乙烯基吡啶、乙烯基哌啶、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-取代(甲基)丙烯酰胺、雙丙酮丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、丙烯酸-2-羥乙酯、丙烯酸-2-羥丙酯、甲基丙烯酸-2-羥乙酯、丙烯酸、α -甲基丙烯酸； 所述的雙親性樹脂，采用半連續(xù)溶液聚合法合成，合成步驟如下 在可控溫加熱的裝有攪拌裝置和回流冷卻器的反應(yīng)容器內(nèi)加入質(zhì)量為反應(yīng)單體 0. 1 0. 8倍的去離子水、0. 05 0. 5倍的醇和0. 1 0. 5倍的醚的混合物作為反應(yīng)介質(zhì)， 采用氮?dú)獗Ｗo(hù)和冷凝水回流，升溫至反應(yīng)溫度并出現(xiàn)回流后，向瓶內(nèi)加入丙烯酸酯類硬單體、丙烯酸酯類軟單體和功能單體的混合物與正十二烷基硫醇，其中所用的各類單體質(zhì)量分別為各自總投料質(zhì)量的5 15%、正十二烷基硫醇用量為所有反應(yīng)單體投料總質(zhì)量的 0. 1 1%，并加入為所有反應(yīng)單體總質(zhì)量0. 5 的引發(fā)劑引發(fā)聚合；10分鐘后再將剩余的丙烯酸酯類硬單體、丙烯酸酯類軟單體和功能單體的混合物與為所有反應(yīng)單體總質(zhì)量 0. 5 3%的正十二烷基硫醇，以及為所有反應(yīng)單體總質(zhì)量0. 5 的引發(fā)劑用加料裝置同時滴加入反應(yīng)容器內(nèi)。滴加完畢后，升高5 10°C進(jìn)行保溫反應(yīng)，之后降溫至40°C以下， 加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值至7 8，繼續(xù)攪拌并降溫出料，得到雙親性聚合物樹脂；所述的丙烯酸酯聚合物由多種烯類單體進(jìn)行自由基乳液共聚合得到，用于制備丙烯酸酯聚合物的單體中含烯類硬單體、烯類軟單體以及功能單體，其質(zhì)量用量比為35 60 40 70 2 10 ；所述的烯類硬單體為甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、苯乙烯中的一種或它們的組合；烯類軟單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一種或它們的組合；功能單體是丙烯酸胺乙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-取代(甲基)丙烯酰胺、雙丙酮丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、丙烯酸-2-羥乙酯、丙烯酸-2-羥丙酯、甲基丙烯酸-2-羥乙酯、丙烯酸、 甲基丙烯酸的一種或幾種的組合物。所述的丙烯酸酯聚合物，采用半連續(xù)-種子乳液聚合法合成，合成步驟如下在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，向裝有溫度計、攪拌裝置、回流冷卻器及加料裝置的可控溫加熱的反應(yīng)容器內(nèi)，加入乳化劑和去離子水，開啟攪拌，5分鐘后加入含有烯類硬單體、烯類軟單體以及功能單體的混合物進(jìn)行預(yù)乳化，其中所用的各類單體質(zhì)量分別為各自總投料質(zhì)量的1 10%，預(yù)乳化時間為15分鐘，然后加熱至反應(yīng)溫度，加入為反應(yīng)單體總質(zhì)量0. 05 0. 25% 的引發(fā)劑引發(fā)聚合，引發(fā)劑需用去離子水溶解后加入反應(yīng)器；當(dāng)體系不再出現(xiàn)回流，開始準(zhǔn)備加入剩余的反應(yīng)單體混合物，其中包括烯類硬單體、烯類軟單體和功能單體，將上述的反應(yīng)單體混合物與引發(fā)劑的去離子水溶液同時滴加，加入反應(yīng)容器中，其中引發(fā)劑用量為反應(yīng)單體總質(zhì)量0. 05 0. 25%的；加料完畢后將控溫升高5 10°C保溫反應(yīng)2 3小時，然后降溫至40°C以下，加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH值至7 8，過濾出料，得到丙烯酸酯聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑，其特征在于，所用的醇和醚的混合物，其中醇為乙醇、乙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1，4_ 丁二醇、異丙醇、正丁醇和異丁醇中的一種或幾種；醚為二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚以及丙二醇甲醚中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑，其特征在于，合成雙親性樹脂所使用的聚合反應(yīng)引發(fā)劑為過氧化苯甲酰、偶氮二異丁氰、硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鈉-亞硫酸氫鈉或過硫酸銨-亞硫酸氫鈉中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑，其特征在于，合成雙親性樹脂和丙烯酸酯聚合物所使用的PH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、二乙醇胺、三乙醇胺和2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑，其特征在于，所述的合成丙烯酸酯聚合物所用的乳化劑為陰離子型、非離子型或陰離子與非離子復(fù)合型，或者反應(yīng)型乳化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑，其特征在于，合成丙烯酸酯聚合物使用的引發(fā)劑為過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨、過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉、過硫酸鈉-亞硫酸氫鈉或過硫酸銨-亞硫酸氫鈉的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑的制備方法，其特征在于，步驟如下①在攪拌分散作用下依次加入雙親性樹脂、去離子水、醇和醚的混合物和增稠劑，攪拌分散20分鐘，在上述混合物中繼續(xù)加入水性色漿或水性色粉、潤濕分散劑和防沉劑，繼續(xù)攪拌分散30分鐘，得到格麗斯擦色劑的展色組分；②在攪拌分散作用下依次加入丙烯酸酯聚合物乳液、去離子水、醇和醚的混合物和消泡劑，攪拌分散30分鐘，得到格麗斯擦色劑固色組分；③在攪拌分散作用下將①中得到的展色組分加入②中得到的固色組分，攪拌分散20 分鐘出料。
全文摘要
一種用于水性木器涂裝的格麗斯擦色劑及其制備方法屬于涂料領(lǐng)域。擦色劑包含展色組分與固色組分。展色組分含有一種起顏料承載與黏結(jié)作用的雙親性聚合物樹脂，使顏料很好的在木材表面鋪展與滲透；固色組分含有丙烯酸酯聚合物，具有優(yōu)異的保色性和耐候性。本發(fā)明擦色劑可為施工提供適當(dāng)?shù)拈_放時間，可重擦，易修色，重涂保色性好，不浮色，不發(fā)花，且與多種水性底漆和面漆均顯示出良好的相容性和層間結(jié)合力，很好的提高木材表面的木紋對比度；配套應(yīng)用于多種水性木器涂裝工藝中，具有安全環(huán)保、無刺激性氣味、著色均勻、填充飽滿和固色優(yōu)異等特點(diǎn)；通過調(diào)整展色組分與固色組分配比，應(yīng)用于多種木材家具制品的水性著色與美式仿古涂裝工藝中。
文檔編號C08F2/24GK102226051SQ20111007923
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者何立凡, 關(guān)一丹, 張勝文, 李效玉, 王曉霞 申請人:北京化工大學(xué)