一种基于水性聚氨酯的超高固含量快干木器涂料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子领域，具体涉及一种基于水性聚氨酯的超高固含量快干木器涂料。
【背景技术】
[0002]木器涂料是涂料工业的重要组成部分，是指用于实木板、木纹面板、胶木板、纤维板等原材料制备的器材上的涂料，主要适用于家具、地板、文体用品、乐器及建筑装修材料等。目前，高性能和低VOC含量相结合的水性聚氨酯涂料，由于聚氨酯分子具有裁剪性，结合新的合成和交联技术，可以有效控制涂料的组成和结构，从而使其具有良好的低温成膜性、耐高温回黏性、高强度、耐磨性、环保性等，因此成为发展最快的涂料品种之一。如北京国家游泳中心即“水立方”的艺术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年德国Ott0.Bayer教授首次合成聚氨酯(PU)以来，因聚氨酯树脂具有优异的化学性能和机械物理性，在化学领域里得到了广泛的应用。聚氨酯涂料因具有优良的耐磨性、柔韧性、耐久性、防腐性和绝缘性而被广泛应用于石化设备、海洋、船舶、机电、车辆、纺织、皮革、木材、木器漆、塑料、建筑、防水涂料等领域。聚氨酯的发展大致可分为两个阶段:第一阶段主要以溶剂型为主；第二阶段是水性聚氨酯迅速发展的阶段。传统的溶剂型聚氨酯含有大量的有机溶剂和一定量的游离异氰酸酯，影响人们的身体健康和生活环境，特别是溶剂型双组分聚氨酯中的残留异氰酸酯单体，毒性极高。随着人类生活质量的提高，环保法规也越来越严格，各种环保条例对挥发性有机化合物(VOC)的排放量、有害溶剂的含量都有严格限制。而水性聚氨酯由于其以水为分散介质，不仅具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点；同时还具有溶剂型聚氨酯的一些重要的性能特征，水性聚氨酯涂料将聚氨酯涂膜的硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶剂好等优点与水性涂料的低VOC含量相结合，符合发展涂料工业的“三前提”(资源，能源，无污染)及“四E原则”(经济ECONOMY，效率EFFICIENCY，生态ECOLOGY，能源ENERGY)和日益强化的时代要求相适应。因此近年水性聚氨酯涂料获得了广泛的应用。而以水为分散介质的水性聚氨酯具有无毒、不污染环境、节能、易操作等优点，并且应用领域广泛。随着各国环保法规对VOC的限制以及对环保的重视，使得水性聚氨酯得到了较快的发展，已在织物、皮革、粘合剂等领域得到了广泛应用，正逐步替代溶剂型聚氨酯。今后随着技术的进步和VOC含量的严格控制以及人们环保安全和健康意识的提高，水性I3U将成为一个重要的发展方向。
[0004]聚氨酯从20世纪30年代开始发展，而在40年代才有少量水性聚氨酯的研宄，1943年德国化学家Schlack在乳化剂及保护胶体存在下，将二异氰酸酯在水中乳化首次成功制备出聚氨酯乳液。1953年Du Pont公司的研宄人员将二异氰酸酯基团聚氨酯预聚体的甲苯溶液分散于水，用二元胺扩链合成了水性聚氨酯。但是当时聚氨酯材料科学刚刚起步，水性聚氨酯还未受到重视，直至1967年才首次工业化，1972年拜耳公司正式将聚氨酯水分散体作为皮革涂料进行大批量生产。20世纪七八十年代，美、德、日等国的一些水性聚氨酯产品已从试制阶段发展为实际生产和应用，一些公司有多种牌号的水性聚氨酯产品供应，如德国Bayer公司的DispercollKA等系列、美国Wyandotte化学公司的X及E等系列、日本光洋产业公司的水性乙烯基聚氨酯胶黏剂KR系列等等。自20世纪90年代后期，水性聚氨酯的应用领域开始不断拓宽，在PVC黏结、汽车内饰件、涂层、涂料等方面都有一定的工业化应用。
[0005]我国从1972年开始研宄水性聚氨酯，20世纪90年代，安徽大学、丹东轻化工研宄院、成都科技大学(现四川大学分部)等的PUD技术成果都先后被转化。目前，我国已有不少领域应用水性聚氨酯产品，但其中许多高档产品仍然不能自给，因此自主研发高性能水性聚氨酯就成为国内聚氨酯领域最热门的方向之一。
[0006]为进一步提尚聚氣醋水分散体涂料的机械性能和耐化学品性能，往往引入反应基团进行交联。交联的方法主要有3种:(1)内交联法，即在预聚合时引入三维结构，或在水中扩链时使用三元胺扩链，但三维结构的引入易导致凝胶发生。如美国Olin公司最近研制出使用尿丁酮作内交联剂的新技术，制得稳定的乳胶体系。该技术利用过量的二元胺迀移到乳胶粒中，与聚氨酯骨架内的尿丁酮基反应形成缩二脲键，诱发辅助交联反应制成。通过使用尿丁酮内交联剂能够改善单组分水性聚氨酯涂料的力学性能和耐溶剂性；(2)自交联法，即在水性聚氨酯合成时将含不饱和键的植物油或其脂肪酸引入分子链中，由金属催化剂(如钴、锰、钙盐)来催化自交联。这有助于减小粒径，调整聚氨酯水分散体的表面张力，改进聚氨酯水分散清漆对木材毛细孔的渗透能力和提高粒子聚结的速度和程度，缩短涂膜的干燥时间，从而可获得性能优异的涂膜。如美国专业化学品公司的Neoreslins的R9403、R2001等。这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、光泽、湿附着力和流平性。文献则研制开发了单组分自交联水性聚氨酯分散体涂料，该涂料具有优异的户外耐久性、耐冲击性、耐污、耐刮擦性及耐化学腐蚀性等，各项指标达到或超过传统的溶剂型聚氨酯涂料，广泛应用于木地板涂料、外用罩光清漆及家具涂料；(3)外交联法，即加入交联剂。水性聚氨酯的结构决定着外交联剂的组成，聚氨酯分子中带羟基、氨基时常用的外交联剂有水分散多异氰酸酯、氮杂环丙烷化合物、氨基树脂等；聚氨酯分子中带有羧基时，常用多元胺、环丙烷的化合物及某些金属化合物，如Al (OH) 3、Ca (OH) 2等作外交联剂。外交联法使用比较麻烦，且交联剂大都有毒。
[0007]水性聚氨酯复合改性材料可弥补在交联改性中所存在的这些缺陷，改性的材料有很多种，包括环氧树脂和有机硅等。环氧树脂具有较强刚性和附着力，光泽、稳定性、硬度等性能好，且为多羟基化合物，在与聚氨酯的反应中，可以将支化点引入聚氨酯的主链，使之形成部分网状结构，性能更为优异。加入环氧树脂可以使涂层的抗张强度、耐水性和耐溶剂性明显增强。
[0008]因此开发具有优异的附着力、耐水性和力学性能同时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实际意义。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种基于水性聚氨酯的超高固含量快干木器涂料。本发明提供的涂料，工艺简单，设备投资少，制得的木器涂料。
[0010]一种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、分散剂、增稠剂、乙醇水溶液、DNS、成膜剂和颜料，按质量比例如下:
聚氨醋20-30份；
聚丙烯酸10-15份；
分散剂2-3份；
增稠剂2-3份；
乙醇水溶液20-25份；
DNS 4-5 份；
成膜剂4-10份；
颜料4-10份。
[0011]其中，聚氨酯为水性聚氨酯，其固化量大于60%。
[0012]其中，所述散剂是指能降低分散体系中固体或液体粒子聚集的高分子物质，其分子中含有聚合物，分子量在1000-10 000，包括聚乙烯吡