一种丙烯酸改性阴离子水性氨酯油分散体及其制备和以其为基料的木器涂料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于涂料防护领域，特别涉及一种丙烯酸改性阴离子水性氨酯油分散体及 其制备和以其为基料的木器涂料。
【背景技术】
[0002] 当今世界对环境保护越来越重视，环保在人们日常生活中的重要地位也日益凸 显。无论是工业用品还是家庭日用品，都在朝着环境友好型的方向发展。水性木器涂料正 是顺应这一市场需求而得到大力发展。
[0003] 目前国内现有水性木器涂料的主要种类有：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。水性醇酸木器涂料虽然成膜性好、光泽度高、装饰性好， 但涂膜干燥速度慢、硬度低、耐黄变性差，涂料在储存过程中容易发生水解，储存稳定性差； 水性丙烯酸酯木器涂料具有优异的耐光性，户外曝晒耐久性，极好的柔韧性，而且成本低， 但其涂膜耐磨性及抗化学性能差，丰满度不好；水性聚氨酯木器涂料虽然丰满度高、耐磨性 好、韧性好、装饰性好，但涂膜硬度低，成本高。
[0004] 水性氨酯油分散体是一种利用植物油脂肪酸进行交联改性的水性聚氨酯分散体。 它的优点是：依靠含有不饱和碳碳双键的植物油脂肪酸，由金属催干剂进行催化自交联，使 制备的水性聚氨酯分散体具有自交联性，提高水性聚氨酯的交联密度，从而提高水性聚氨 酯分散体的耐水性和耐化学品性；同时，有助于减小分散体的粒径，调整水性聚氨酯分散体 的表面张力，改进水性聚氨酯分散体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；此外，长链非极性的脂肪酸链能使涂膜具有良好的疏水作用，而 且能赋予涂层良好的柔韧性、耐挠曲性以及耐寒性，能改善涂料的成膜性能和提高光泽。但 是，水性氨酯油分散体依然存在着干燥速度慢、硬度低、耐候性差、易黄变等缺点。丙烯酸树 脂的干燥速度快，硬度高，耐候性好。将丙烯酸树脂引入到水性氨酯油分散体中，对水性氨 酯油分散体进行接枝改性，可大大提高水性氨酯油分散体涂膜的干燥速度和硬度，并能改 善涂膜的耐候性。中国国内对丙烯酸改性水性氨酯油分散体的研究较少，申请的专利寥寥 无几，相关的技术也鲜有报道。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在克服目前水性氨酯油分散体的硬度低、耐候性差、耐化学品性不佳等 诸多缺点，通过化学接枝丙烯酸树脂的方法，提高水性氨酯油分散体的干性和硬度，使制备 的水性氨酯油分散体能满足水性木器涂料的性能要求，提供一种无毒的、天然的、环保的、 全方位保护及耐磨的水性木器涂料。
[0006] 本发明的技术方案如下：一种丙烯酸改性阴离子水性氨酯油分散体，该丙烯酸改 性阴离子水性氨酯油分散体的合成配方按重量百分比计，组成包括：13重量％~18重量％ 的不饱和脂肪酸；5重量％~8重量％的（甲基）丙烯酸酯或乙烯基单体；2重量％~4重 量％的甲基丙稀酸；0. 1重量％~0. 5重量％的引发剂；5重量％~8重量％的多兀醇；4重 量％~8重量％的助溶剂；4重量％~8重量％的二异氰酸酯化合物；1重量％~2重量％ 的中和剂；0. 05重量％~0. 1重量％的扩链剂；60重量％~65重量％的去尚子水。
[0007] 进一步说，本发明中所述的不饱和脂肪酸选自：亚油酸、豆油酸、亚麻油酸、桐亚油 酸、脱水蓖麻油酸、蓖麻油酸、肉豆蔻酸、巴豆酸、椰子油酸、松浆油脂肪酸、松香酸、棉子酸、 妥尔油酸中的一种或几种。
[0008] 进一步说，本发明中（甲基）丙烯酸酯或乙烯基单体选自：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙 酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、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、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸乙基己酯、甲 基丙烯酸正辛酯、苯乙烯、乙烯基甲苯中的一种或几种；所述的引发剂选自过氧化苯甲酰 (ΒΡ0)、过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB)、过氧化二叔丁基（DTBP)、过氧化叔丁基（TBHP)、过氧 化环己酮（CHP0)、过氧化新戊酸叔戊酯（TAPP)、过氧化新戊酸叔丁酯（TAPP)中的一种或几 种。
[0009] 进一步说，本发明中所述的多元醇选自：甘油、季戊四醇、二季戊四醇、三羟甲基丙 烷、三羟甲基乙烷中的一种或几种；所述的助溶剂选自：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种或几种。
[0010] 进一步说，本发明中所述的二异氰酸酯选自：甲苯二异氰酸酯（TDI)、二苯甲烷二 异氰酸酯（MDI)、己二异氰酸酯（HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI)、三甲基己二异氰酸酯 (TMDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯（XDI)、四甲基苯二亚甲 基二异氰酸酯（TMXDI)、六氢甲苯二异氰酸酯（HTDI)中的一种或几种。
[0011] 进一步说，本发明中所述的中和剂选自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、二乙醇胺中的一种或几种；所述的 扩链剂选自：乙二胺、二乙烯三胺、丙二胺、己二胺、二乙醇胺中的一种或几种。
[0012] 本发明中所述的丙烯酸改性阴离子水性氨酯油分散体的制备方法包括如下步骤： 将占不饱和脂肪酸总量的35重量％~50重量％的不饱和脂肪酸投入反应釜中，在搅拌状 态下逐渐升温至135°C~145°C;将（甲基）丙烯酸酯或乙烯基单体、甲基丙烯酸和引发剂 混合均匀后，匀速滴加到反应釜中，滴加时间为6~8小时；滴加完毕后，在135°C~145°C 保温3~4小时，至转化率为98±2%;将多元醇和剩余的占不饱和脂肪酸总量50重量％~ 65重量％的不饱和脂肪酸投入反应釜中，逐渐升温至175~185°C，并保持在该温度范围内 反应；当反应1~2小时后，开始测酸值；当酸值为70~80mgK0H/g后，开始抽真空，进行减 压蒸馏，除去所有的水分，并降温；当降温至60~70°C，加入助溶剂，然后开始滴加二异氰 酸酯化合物，在半小时内滴完；由于是放热反应，反应温度逐渐上升，最后升温至l〇〇°C，在 该温度下反应1. 5~2. 5小时，开始降温；降温至50~80°C，将溶于去离子水的中和剂投 入反应釜中，搅拌15~30分钟；开始滴加含扩链剂的去离子水到反应釜中；滴加完毕后， 继续搅拌30~40分钟；过滤并包装，即得到丙烯酸改性阴离子水性氨酯油分散体，该丙烯 酸改性阴离子水性氨酯油分散体的酸值为40~55mgK0H/g，固体份含量为36重量％~42 重量％。
[0013] -种以本发明中所述的丙烯酸改性阴离子水性氨酯油分散体为基料的木器涂料， 该木器涂料的配方按重量百分比计，组成包括：56. 0重量％~99. 0重量％的丙烯酸改性阴 离子水性氨酯油分散体乳液、0重量％~43. 0重量％的颜填料、0重量％~3. 0重量％的 润湿分散剂、〇. 1重量％~1. 〇重量％的中和剂、〇. 1重量％~〇. 5重量％的消泡剂、0. 1重 量％~0. 8重量％的催干剂、0. 1重量％~1. 0重量％的增稠剂。
[0014] 本发明所述的木器涂料的配方中的颜填料选自：钛白粉、炭黑、大红粉、酞菁蓝、柠 檬黄、耐晒黄、酞菁绿、铁红、滑石粉、沉淀硫酸钡、高岭土中的一种或几种。
[0015] 本发明所述的木器涂料的配方中的润湿分散剂选自：德国毕克化学公司的 BYK-190、BYK-191、Borchers 公司的 Borchi Gen 0650、Cognis 公司的 Hydropalat 535Ν 中 的一种或几种；所述的催干剂选自：上海长风化工厂的HLD061、美国氰特公司VXW4940中的 一种或几种。
[0016] 本发明所述的木器涂料的配方中的中和剂选自：氨水（25wt% )、AMP_95(陶氏化 学公司）、N，N-二甲基乙醇胺、三乙胺、二乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或几种。
[0017] 本发明所述的木器涂料的配方中的催干剂选自：HLD061(上海长风化工厂）、 VXW4940(美国氰特公司）中的一种或几种。
[0018] 本发明所述的木器涂料的配方中的消泡剂选自：BYK_020(德国毕克化学公司）、 BYK_024(德国毕克化学公司）、BorchersAF0671(borchers公司）、Foamex810(德国迪高 公司）中的一种或几种。
[0019] 本发明所述的木器涂料的配方中的增稠剂选自：WT_202(德谦公司）、Rheolate 255(美国海名斯公司）中的一种或几种。
[0020] 本发明的丙烯酸改性阴离子水性氨酯油分散体有以下创新点和优点：1.制备工 艺简单，合成过程和产品质量容易控制，仅使用极少量的有机溶剂，且无需脱除，使制备的 分散体乳液气味低，达到环保的要求；2.综合了醇酸树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯树脂三者 的优点，对基材提供一种全方位的保护；3.使用的气干性植物油脂肪酸是一类重要的可再 生资源，利用其含有不饱和碳碳双键，可进行氧化交联，是天然的交联剂，可大大提高树脂 的性能；4.采用化学接枝方式将丙烯酸树脂引入水性氨酯油中，依靠丙烯酸树脂优异的耐 候性和高的玻璃化转变温度，提高水性氨酯油的干性和硬度。
[0021] 本发明提供的以丙烯酸改性阴离子水性氨酯油分散体为基料的水性木器涂料具 有的优点是：快干，耐磨性好，良好的耐水性，良好的附着力和较高的硬度。本发明的水性木 器涂料的V0C含量较低，小于HBC12-2002环境标志产品认证技术要求水性涂料标准中V0C 小于250g/L的规定。因此，本发明的水性木器涂料符合环保要求，属于环境友好型，可广泛 用于家具涂装和家庭装潢。
【具体实施方式】
[0022] 下面通过实施例对本发明的内容作进一步的说明，但本发明的范围决不局限于这 些实施例。
[0023] 以下实施例中的原料加入量的"份"数均为"重量份"。
[0024] 实施例1
[0025] 将71份的亚麻油酸投入反应釜中，在搅拌状态下逐渐升温至135°C~145°C;将 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份的过氧化二叔丁基混合 均匀后，匀速滴加到反应釜中，滴加时间为6~8小时；滴加完毕后，在135°C~145°C保温 3~4小时，至转化率为98±2%，以固含量为证。再将67份的三羟甲基丙烷和85份的亚 麻油酸投入反应爸中逐渐升温至175~185°C，并保持在该温度范围内反应；当反应2小时 后，开始测酸值；当酸值为70~75mgK0H/g后，开始抽真空，进行减压蒸馏，除去所有的水 分，并降温；当降温至70°C，加入45份的N-甲基吡咯烷酮；继续升温至70°C后，开始滴加 50份的甲苯二异氰酸酯，在半小时内滴完；由于是放热反应，反应温度逐渐上升，最后升温 至1