專利名稱：一種紫外光固化水性木器漆及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及木器漆，特別是涉及一種紫外光固化水性木器漆及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，木器涂料中溶劑型涂料雖然仍占主要部分，但紫外光(UV)固化、水性涂料 所占份額正逐年增加。在西歐發(fā)達國家，由于各種相關(guān)環(huán)保法律法規(guī)的實施，水性涂料得 到充分發(fā)展。在工業(yè)涂料市場，水性涂料的應用比例從1994年的12. 9%上升到2006年的 22. 3%，而溶劑型涂料從1994年的66%下降到加2006年的52. 1%。具體到木器漆，1995 年水性涂料約占7 %，到了 2005年，水性涂料的市場占有率到了 15 %，溶劑型木器漆從84 % 下降到了 67%。而在美國市場，溶劑型涂料使用比率下降非常明顯，從1997年的31. 2%下 降到2003年的18. 7%，水性涂料從38%上升到41%。到了 2003年，在歐洲，美國，加拿大 等發(fā)達國家，水性木器涂料已占整個木器漆市場的10%。紫外光固化水性木器涂料屬于近幾年新發(fā)展產(chǎn)品，每年以9%速度增長，UV固化 水性木器涂料具有VOC更低和快速固化等優(yōu)點，并能獲高硬度兼柔韌性的涂膜，抗化學性 與耐劃傷性具有優(yōu)勢，能克服現(xiàn)在的水性木器涂料存在的不足。紫外光固化技術(shù)是一種高效、節(jié)能與環(huán)保的新技術(shù)。紫外光固化速度快，普通涂層 僅需要幾秒鐘的時間即可固化，生產(chǎn)效率高，可以用于流水線生產(chǎn)；低溫固化，節(jié)省能源，能 耗僅為熱固化的1/5 1/10，由于基材無需加熱，紫外光固化尤其適用于熱敏感性的基材。 水性紫外光固化體系結(jié)合了紫外光固化技術(shù)和水性涂料技術(shù)，采用水不但可作樹脂的稀釋 劑，還可以作為分散介質(zhì)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的光固化水性涂料具備許多優(yōu)點齊聚物的 高分子量及低的交聯(lián)密度，可避免由于活性稀釋劑所引起的固化收縮，涂膜最終附著力好， 同時可解決傳統(tǒng)油性涂料不能同時具有的高硬度和高韌性的矛盾；水性體系可以更方便的 調(diào)節(jié)流變性；通過調(diào)節(jié)配方的固含量可得到極薄的涂層；適用于噴涂、輥涂、刷涂能通用的 涂布方式且設(shè)備易于清洗；水是安全廉價的介質(zhì)，不易燃燒。紫外光固化木器涂料通過紫外光照射光固化涂料上時，激發(fā)分解涂料中的光引發(fā) 劑，生成游離基團，活性游離基團撞擊涂料中的雙鍵并反應形成增長鏈，這一反應繼續(xù)延 伸，使活性稀釋劑和齊聚物中的雙鍵斷裂，交聯(lián)成膜。紫外光固化木器涂料具有固化速度 高、能耗低、環(huán)境污染小、性能高等特點，但其自身仍有一些弊端固化不均勻，交聯(lián)度不高， 固化薄膜普遍具有力學轉(zhuǎn)變范圍較寬和容易應力開裂等缺點。另外，由于氧阻聚作用，表面 的耐磨性較差，需要加入無機材料進行改性，但是無機材料與涂料的相容性較差，需要添加 相應助劑以免影響涂料穩(wěn)定性、流平性等性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的紫外光固化水性木器漆耐磨性差，硬度低，韌性差，不 抗裂等問題，提供了一種納米材料改性的紫外光固化水性木器漆及其制備方法，合成的木 器漆固化速度高、固化均勻、耐磨性好、涂膜硬度高、韌性好。
本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)本發(fā)明的方法是采用水性聚氨酯丙烯酸酯、光引發(fā)劑、水性稀釋劑、水溶性助溶 劑、潤濕劑、流平劑、消泡劑、硅烷偶聯(lián)劑、納米氧化鋁、納米二氧化硅和去離子水混合制成。 其中各組分的重量份數(shù)為水性紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯 43-58%光引發(fā)劑3-6%水溶性稀釋劑11-20%水溶性助溶劑3-9%潤濕劑0. 1-0.3%
流平劑0. 3-0.6%
消泡劑0. 2-0.5%
硅烷偶聯(lián)劑3-5%
納米氧化鋁2-5%
納米二氧化硅2-4%
去離子水
12-18%
本發(fā)明的涂料生產(chǎn)工藝為
將重量份數(shù)的納米二氧化硅和納米氧化鋁加入到水溶性稀釋劑中，攪拌下分散均 勻；將上述分散液體加入聚氨酯丙烯酸酯中，快速攪拌分散均勻；攪拌下，先加入硅烷偶聯(lián) 劑，然后加入光引發(fā)劑、水溶性助溶劑、去離子水、潤濕劑、消泡劑、流平劑，分散20-30分 鐘，即得紫外固化水性木器漆。所述光引發(fā)劑可為Darocur 1173、Darocur 2959、Irgacure 184、WB-4784、 WB-4792，本發(fā)明使用Darocur 1173 (瑞士汽巴精化公司)；
丙烯酸酯醇乙醚；本發(fā)明采
所述水溶性稀釋劑為12個乙氧基以上的三羥甲基丙烷 所述水溶性助溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、乙醇、正丁醇、丙 二甲基甲酰胺；
所述硅烷偶聯(lián)劑為KH-550或KH-560 ；
所述消泡劑采用Tego-270 (德國Tego公司)，流平劑采用BYK-349 (德國BYK公
用 N，N-
司)，潤濕劑采用Tego-270 (德國Tego公司)。 本發(fā)明所述的聚氨酯丙烯酸酯由聚醚PPG-400、異佛爾酮二異氰酸酯IPDI、丙烯 酸羥基乙酯HEA和二羥烷基羧酸DHAO聚合反應制成。各組分的重量份數(shù)是聚醚PPG-400異佛爾酮二異氰酸酯IPDI丙烯酸羥基乙酯HEA二羥烷基羧酸DHAO催化劑阻聚劑去離子水
27-37% 21-27% 16-21% 3. 1-4. 2% 0. 010-0. 016% 0. 005-0. 009% 20-30% 本發(fā)明所述的聚氨酯丙烯酸酯通過如下方法(按重量百分比計算，其中不包括中 和劑重量)合成在氮氣保護狀態(tài)，200-400r/min均勻攪拌下，將27-37%的聚醚PPG-400滴加至21-27%異佛爾酮二異氰酸酯中，升溫至65-70°C，反應2_4h，再加入3. 1-4. 2%的 二羥烷基羧酸，升溫至80-86°C，反應2-4h后加入0. 1 %催化劑，反應至二羥烷基羧酸小顆 粒消失后，降溫至50°C左右；加入重量百分比為0. 01-0. 016%的催化劑和0. 005-0. 009% 阻聚劑，逐漸滴加16-21 %的丙烯酸羥基乙酯并升溫至75-80°C，當-NCO游離質(zhì)量含量 為0-0. 5%時，反應完成；降溫至室溫，在攪拌下加入適量的中和劑調(diào)節(jié)pH值為6-7，再加 20-30 %的去離子水，得到水性紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯乳化液。所述催化劑為二月桂酸二丁基錫；阻聚劑為對羥基苯甲醚或?qū)Ρ蕉樱恢泻蛣?2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP-95，安格斯化學公司)。本發(fā)明制成的紫外光固化水性木器漆使用時通過80mW/cm2的紫外光下照射，干燥 時間為8-15s，固化效果符合國家標準，對人體和周圍環(huán)境無傷害。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點是(1)納米材料具有比較高的表面能，通過添加一定量的硅烷偶聯(lián)劑，對納米材料進 行改性可在納米材料、聚氨酯丙烯酸酯和溶劑水之間形成一種鍵合作用，從而有效地改善 和提高了納米氧化鋁的分散穩(wěn)定性，并且通過添加無機納米材料有效地改善了涂膜的耐磨 性和硬度。(2)以水性聚氨酯丙烯酸酯配制的木器涂料，柔韌性好、耐磨性好，但是硬度稍差、 固化速度慢。本發(fā)明制作的木器漆可以克服上述缺點，具有柔韌性好、硬度高、固化快、固化 均勻、抗裂性好、環(huán)保等優(yōu)點。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。但是本發(fā)明的實施方式不限如此。實施例1聚氨酯丙烯酸酯的制備1、在干燥的氮氣保護下，將83. 3g異佛爾酮二異氰酸酯投入到500ml三口燒瓶中， 在200r/min均勻攪拌下，向燒瓶中滴加96. 5g聚醚PPG-400，滴加完成后，升溫到67V,反 應時間3h。2、再加入Ilg 二羥烷基羧酸，升溫至83°C，由于二羥烷基羧酸是固體，反應進行的 比較慢，加入0. 019g催化劑二月桂酸二丁基錫，反應至二羥烷基羧酸小顆粒消失后，降溫 至 50 0C ο3、加入0. 019g催化劑二月桂酸二丁基錫和0. 017g阻聚劑對苯二酚，混合均勻后， 逐漸滴加51. 4g丙烯酸羥基乙酯，之后升溫至77°C，反應時間4h。4、使用紅外分析-NCO游離質(zhì)量分數(shù)，當含量為0. 左右時，反應基本完成。5、降溫至室溫，在攪拌下加入2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP-95)，調(diào)節(jié)pH值為 6-7，加入130g去離子水，攪拌后得到水性聚氨酯丙烯酸酯分散液。由上述水性聚氨酯丙烯酸酯分散液制備木器漆，其工藝為1、稱取4kg納米二氧化硅和2kg納米氧化鋁加入到Ilkg乙氧基化三羥甲基丙烷 (15E0TMPA)中，在1000r/min的轉(zhuǎn)速下分散均勻；2、將58kg水性聚氨酯丙烯酸酯分散液投入分散缸中，在800-1000r/min的轉(zhuǎn)速 下，先加入步驟(1)的分散液，再依次加入3kg硅烷偶聯(lián)劑KH-550、6kg光引發(fā)劑Darocur1173、3kgN，N- 二甲基甲酰胺、12kg去離子水、0. Ikg潤濕劑Tego_270、0· 3kg消泡劑 Tego-270和0. 6kg流平劑BYK-349，分散25分鐘至均勻，即制得水性紫外固化木器漆的成品。實施例2聚氨酯丙烯酸酯的制備1、在干燥的氮氣保護下，將97. 4g異佛爾酮二異氰酸酯投入到500ml三口燒瓶中， 在300r/min均勻攪拌下，向燒瓶中滴加126g聚醚PPG-400，滴加完成后，升溫到70°C，反應 時間3h。2、再加入19g 二羥烷基羧酸，升溫至86°C，由于二羥烷基羧酸是固體，反應進行的 比較慢，加入0. 023g催化劑二月桂酸二丁基錫，反應至二羥烷基羧酸小顆粒消失后，降溫 至 50 0C ο3、加入0. 023g催化劑二月桂酸二丁基錫和0. 021g阻聚劑對苯二酚，混合均勻后， 逐漸滴加77g丙烯酸羥基乙酯，之后升溫至80°C，反應時間3h。4、使用紅外分析-NCO游離質(zhì)量分數(shù)，當含量為0. 左右時，反應基本完成。5、降溫至室溫，在攪拌下加入AMP-95，調(diào)節(jié)pH值為6-7，加入142g去離子水，攪拌 后得到水性聚氨酯丙烯酸酯分散液。由上述水性聚氨酯丙烯酸酯分散液制備木器漆，其工藝為(1)稱取3kg納米二氧化硅和3kg納米氧化鋁加入到20kg乙氧基化三羥甲基丙烷 (15E0TMPA)中，在800r/min的轉(zhuǎn)速下分散均勻；(2)將43kg水性聚氨酯丙烯酸酯分散液投入分散缸中，在800-1000r/min的轉(zhuǎn)速 下，先加入步驟(1)的分散液，再依次加入4kg硅烷偶聯(lián)劑KH-560、3kg光引發(fā)劑Darocur 1173、9kgN，N- 二甲基甲酰胺、14kg去離子水、0. 3kg潤濕劑Tego-270,0. 2kg消泡劑 Tego-270和0. 6kg流平劑BYK-349，分散30分鐘至均勻，即制得水性紫外固化木器漆的成品。實施例3 聚氨酯丙烯酸酯的制備1、在干燥的氮氣保護下，將50. 5g異佛爾酮二異氰酸酯投入到500ml三口燒瓶中， 在400r/min均勻攪拌下，向燒瓶中滴加56g聚醚PPG-400，滴加完成后，升溫到65°C，反應 時間4h。2、再加入6g 二羥烷基羧酸DHA0，升溫至80°C，由于DHAO是固體，反應進行的比 較慢，加入0. 015g催化劑二月桂酸二丁基錫，反應至二羥烷基羧酸小顆粒消失后，降溫至 50 "C。3、加入0. 015g催化劑二月桂酸二丁基錫和0. 017g阻聚劑對羥基苯甲醚，混合均 勻后，逐漸滴加40g丙烯酸羥基乙酯，之后升溫至75°C，反應時間4h。4、使用紅外分析-NCO游離質(zhì)量分數(shù)，當含量為0. 左右時，反應基本完成。5、降溫至室溫，在攪拌下加入AMP-95，調(diào)節(jié)pH值為6-7，加入IlOg去離子水，攪拌 后得到水性聚氨酯丙烯酸酯分散液。由上述水性聚氨酯丙烯酸酯分散液制備木器漆，其工藝為(1)稱取2kg納米二氧化硅和5kg納米氧化鋁加入到13kg乙氧基化三羥甲基丙烷(15E0TMPA)中，在800r/min的轉(zhuǎn)速下分散均勻； (2)將47kg水性聚氨酯丙烯酸酯分散液投入分散缸中，在lOOOr/min的轉(zhuǎn)速下，先 加入步驟(1)的分散液，再依次加入5kg硅烷偶聯(lián)劑KH-560、4kg光引發(fā)劑Darocur 1173、 6kgN，N- 二甲基甲酰胺、18kg去離子水、0. 2kg潤濕劑Tego-270、0. 5kg消泡劑Tego-270和 0. 3kg流平劑BYK-349，分散20分鐘至均勻，即制得水性紫外固化木器漆的成品。由表1可以看出，本發(fā)明所制作的木器漆比市售產(chǎn)品具有明顯的優(yōu)越性，固含量 高，干燥速度快，并且硬度有了明顯的提高。本發(fā)明所制作的木器涂料耐水性、耐醇性等性 能都比較好，而且通過添加納米材料有效改善了漆膜的硬度，與傳統(tǒng)的水性木器涂料相比， 該涂料除具有水性木器涂料環(huán)保的優(yōu)點外，由于是采用紫外光固化，其固化速度快，且不影 響涂膜的其他性能，可適應大型家具企業(yè)自動化快速生產(chǎn)的需要。表1紫外光固化水性木器漆與市售產(chǎn)品性能對比
權(quán)利要求
一種紫外光固化水性木器漆，其特征在于，以重量百分比計，其原料組成為聚氨酯丙烯酸酯 43 58％光引發(fā)劑3 6％水溶性稀釋劑11 20％水溶性助溶劑3 9％潤濕劑 0.1 0.3％流平劑 0.3 0.6％消泡劑 0.2 0.5％硅烷偶聯(lián)劑 3 5％納米氧化鋁 2 5％納米二氧化硅2 4％去離子水12 18％所述光引發(fā)劑為Darocur 1173、Darocur 2959、Irgacure 184、WB 4784或WB 4792；所述水溶性稀釋劑為12個乙氧基以上的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯；所述水溶性助溶劑為N，N 二甲基甲酰胺、乙醇、正丁醇或丙二醇乙醚；所述硅烷偶聯(lián)劑為KH 550或KH 560；所述的聚氨酯丙烯酸酯通過如下方法制備在氮氣保護狀態(tài)，200 400r/min均勻攪拌下，將27 37％的聚醚PPG 400滴加至21 27％異佛爾酮二異氰酸酯中，升溫至65 70℃，反應2 4h，再加入3.1 4.2％的二羥烷基羧酸，升溫至80 86℃，反應3 4h后加入0.1％催化劑，反應至二羥烷基羧酸小顆粒消失后，降溫至50℃左右；加入重量百分比為0.01 0.016％的催化劑和0.005 0.009％阻聚劑，逐漸滴加16 21％的丙烯酸羥基乙酯并升溫至75 80℃，當 NCO游離質(zhì)量含量為0 0.5％時，反應完成；降溫至室溫，在攪拌下加入中和劑調(diào)節(jié)pH值為6 7，再加20 30％的去離子水，得到水性紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯乳化液；所述催化劑為二月桂酸二丁基錫；阻聚劑為對羥基苯甲醚或?qū)Ρ蕉?；中和劑? 氨基 2 甲基 1 丙醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化水性木器漆，其特征在于，所述的潤濕劑為 Tego-270。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化水性木器漆，其特征在于，所述的流平劑為 BYK-349。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化水性木器漆，其特征在于，所述的消泡劑為 BYK-028。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化水性木器漆，其特征在于，所述的光引發(fā)劑為 Darocur 1173。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化水性木器漆，其特征在于，所述的水溶性助溶劑 為N，N-二甲基甲酰胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化水性木器漆，其特征在于，所述的水溶性稀釋劑 為乙氧基化三羥甲基丙烷。
8.權(quán)利要求1所述的紫外光固化水性木器漆的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將納米二氧化硅和納米氧化鋁加入到水溶性稀釋劑中，攪拌下分散均勻；(2)將分散液體加入聚氨酯丙烯酸酯中，攪拌分散均勻；(3)攪拌下，依次加入硅烷偶聯(lián)劑、光引發(fā)劑、水溶性助溶劑、去離子水、潤濕劑、消泡 劑、流平劑，分散20-30分鐘，即得紫外固化水性木器漆。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紫外光固化水性木器漆及其制備方法。該木器漆采用水性UV固化樹脂、光引發(fā)劑、稀釋劑、助溶劑、潤濕劑、流平劑、消泡劑、硅烷偶聯(lián)劑和一定量的納米二氧化硅及納米氧化鋁混合制成。其中UV固化齊聚物由聚醚多元醇PPG-400，異佛爾酮二異氰酸酯IPDI，二羧烷基羧酸DHAO，丙烯酸羥基乙酯HEA聚合反應制成。本發(fā)明制成的紫外光固化水性木器漆具有固化速度快，涂膜硬度高的突出優(yōu)點，對人體及環(huán)境無任何傷害。
文檔編號C09D175/16GK101993655SQ20101052717
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者李莉, 董春山, 袁文輝 申請人:華南理工大學