一种快干抗刮水性木器涂料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水性涂料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种快干抗刮水性木器涂料的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着环保要求越来越严格，水性涂料的研发、生产与应用成为涂料行业的重要关注方向。木器家具与木器家居装饰材料由于与人们日常生活息息相关，其使用过程中是否环保对身体健康有着直接的影响。传统油性木器涂料大量使用天那水作为溶剂，含量大于20%，其中甲苯、二甲苯等苯系物在木器生产的涂装过程中对工人的身体伤害非常严重。另夕卜，大量油性涂料在涂装过程中的挥发、喷射、散落、排放对空气和水土的污染也极其严重。因此，大力开发水性木器涂料，满足木器涂装的环保和性能要求显得格外紧迫。
[0003]国内水性木器涂料的研究已有近十年的历程，随着水性化相关的树脂、助剂、填料等技术的发展，近年来已有水性木器漆在环保要求严格的诸如儿童家具和出口家具领域得到实际规模化的应用。但由于在这些领域，所使用的树脂与助剂仍依赖成本极高的双组分产品，造成目前能与油性木器涂料相娉美的水性木器涂料产品价格居高不下，难以满足大部分木器家具与家居装饰材料的市场应用需求。采用成本较低的单组分配方体系，往往成膜硬度又难以达到使用要求。同时，由于水性木器涂料中溶剂水的蒸发热晗比较大，在涂装过程中的干燥速度慢也是影响其使用的瓶颈。
[0004]在水性树脂与助剂一定的情况下，填料的恰当使用显得尤为重要，它对水性木器涂料产品的施工性能、综合成本、外观光泽、功能强化等方面起到关键作用。通常使用的粉体填料主要类型有碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐和氧化物。
[0005]为解决上述问题，本发明提供了一种颗粒填料剃度组合应用技术来提高单组分水性聚氨酯木器涂料的硬度和抗刮伤能力，同时降低其成膜干燥时间。通过提升单组分水性木器涂料的使用性能，满足高端木器涂料的应用需求，降低水性化产品的综合成本。
[0006]所选颗粒填料为硫酸钙晶须，它以单晶形式生长，具有均匀横截面、较大比表面积、优异的透明性和纤维结构特征，作为高分子成膜物质的填料，可以提高强度、韧性、耐热等性能。其制备方法可以分为:水热法和常压酸化法。其原料一般为生石膏、柠檬酸渣、卤渣、电石渣等。ZL201310412565.6利用纤维石膏为原料，经过浸泡、蒸养釜蒸养、对辊机破碎，然后用烘干机烘干即得到硫酸钙晶须；ZL200910032761.4以石灰石、稀硫酸为主要原料，经过溶解、过滤等得到二水硫酸钙晶须。ZL200810053636.7以海水卤水为原料，经过蒸发结晶、晶须转化、过滤洗涤和蒸发析盐等工序，最后过滤洗涤、干燥处理，得硫酸钙晶须产品O
[0007]这些合成工艺无法实现晶须尺寸的调控与选择。为此，本发明另外提供了一种水热分级合成方法得到长径比均一的硫酸钙晶须颗粒及其不同长径比的梯度。
【发明内容】
[0008]本发明所涉及的一种快干抗刮水性木器涂料的制备方法，针对低成本的单组分水性聚氨酯木器涂料，为提高单组分水性木器涂料的抗刮性采用亚纳米颗粒填料技术来增强其硬度，同时由于晶须颗粒填料的引入也加快了其涂膜干燥时间。本发明提出了一种晶须颗粒填料剃度组合应用技术实现底涂与面涂不同膜层的选择性增强。
[0009]其制备方法包括以下步骤:
[0010]a，将氯化钙、十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)和水按一定比例混合，搅拌溶解，加入硫酸铵，搅拌均匀后，倒入一定容积的水热釜中，在一定温度和转速下进行第一次水热反应，一段时间后，停止加热反应；
[0011 ] b，自然冷却后，放料至离心机，低温高速离心足够时间，颗粒物沉于离心桶底部，将上清液缓慢倒入干净的离心桶中，对上清液再次低温高速离心一段时间，重复此操作两次，避免残留第一次水热反应的产物，从而得到富含晶须微核的的上清液，将其作为后续反应的母液，离心获得的小尺寸固体晶须水洗后采用湿碰湿的方式用水性聚氨酯分散体分散成一定浓度的溶浆备用。晶须微核在后续的水热反应中起到朝着C轴方向生长的诱导作用，从而获得长径比更大的亚纳米硫酸钙晶须产品，同时由于能提供同等的生长环境，所获得的晶须长度更为均一；
[0012I c，将经过离心处理的上清液缓慢倒入干净的水热反应Il中，向其中加入一定量硫酸铵，均匀混合后，在一定温度和转速下进行二次水热反应，新加入的钙离子在晶须微核的诱导下，在整个体系中沿着微核的C轴方向均匀生长，在几乎相同的条件下结晶长大，一定时间后，停止反应，自然冷却后，进行离心洗涤，获得的固体物用水性聚氨酯分散备用；
[0013]d，取由一次水热获得的小尺寸晶须的水性聚氨酯分散体，向其中加入一定量的助剂包括消泡剂(TEG0 825)、脱泡剂(TEG0 902)、分散剂(TEGO 740w)、润湿剂(TEG0 245)等，助剂的总量不超过分散体的I %，搅拌分散制得底涂涂料；
[0014]e，取由二次水热获得的大长径比晶须的水性聚氨酯分散体，向其中加入一定量的助剂包括消泡剂(TEG0 825)、脱泡剂(TEG0 902)、分散剂(TEGO 740w)、流平剂(TEGO 450)等，助剂的总量不超过分散体的1%，搅拌分散制得面涂涂料。
[0015]上述步骤中，加入的助剂为迪高产品，其中TEGO825成分为聚醚硅氧烷共聚聚合物乳液，含气相二氧化硅；TEGO 902成分为有机硅改性聚硅氧烷，含疏水二氧化硅；TEGO740w成分为非离子改性脂肪酸衍生物;TEGO 245成分为聚醚硅氧烷共聚物;TEGO 450成分为聚醚硅氧烷。
[0016]上述步骤中，第一次水热反应时，氯化钙、十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)、硫酸铵和水的质量百分比为1:0.1?0.15:0.2?0.3:20?30;
[0017]上述步骤中，第一次水热反应时，反应温度为100?150°C、反应时间为30?60min、搅拌速度为20?900rpm ；
[0018]上述步骤中，第一次水热获得的小尺寸晶须长轴平均为5μπι，短轴平均为300nm，如图1所示；
[0019]上述步骤中，第一次水热小尺寸晶须固体颗粒与水性聚氨酯分散体质量比为:1:12.5?15;
[0020]上述步骤中，第二次水热反应加入的硫酸根质量是第一次的I?2倍；
[0021]上述步骤中，第二次水热反应时，反应温度为150?200°C、反应时间为30?60min、搅拌速度为20?900rpm ；
[0022]上述步骤中，第二次水热获得的小尺寸晶须长轴为平均40μπι，短轴平均为800nm，如图2所示；
[0023]上述步骤中，第二次水热大长径比晶须颗粒物与水性聚氨酯分散体质量比为:1:16.7?33.3;
[0024]上述步骤中，对水热反应产物进行液固分离和颗粒离心洗涤时，高速离心机的转速至少为10000印111，离心温度在一5?()°(3，单次离心时间至少为2()1]1；[11。
[0025]本发明选取的颗粒填料为两种不同粒径水平的硫酸钙亚纳米晶须。对于底涂配方，使用长度小的晶须，面涂中使用长度大的晶须。底涂中晶须质量百分含量大于8%，面涂中晶须总含量不超过6%。由于硫酸钙晶须良好的光学透过性，它的引入不会像氧化硅等填料一样明显影响涂膜的光泽和通透感。另外，最重要的是通过梯度分布选择性地在不同膜层引入不同粒径水平的亚纳米晶须，能最大限度地发挥不同膜层的增强作用。对于底涂，长度小的晶须弥散增强作用突出，加入的晶须固含较面涂高，能通过晶须无机刚性结构大大增强底涂的硬度基础。在面涂配方中引入长度大的晶须，可充分发挥其纤维增韧的特点，对膜层抗刮性起到补强。
[0026]上述不同粒径水平的硫酸钙晶须通过本发明提供的一种水热分级合成方法制得，产品尺寸形成两个梯度，同一梯度的晶须颗粒长径比均一。在合成过程中，首先通过钙离子、硫酸根、CTAB在一定条件下水热反应获得长度尺寸较小的纳米晶须；高速离心，获得沉淀与上清液，此时的沉淀物洗涤后用水性聚氨酯分散备用。上清液中富含极细的晶须微核、过量的钙离子与饱和的CTAB，在上清液中补加一定浓度的硫酸根离子，通过微晶须的诱导生长，在二次水热后，获得长度较大的晶须产品，并且长度高度均一。
[0027]本发明作为面涂填料;所获得的涂膜硬度达到2H。解决了单组分水性木器漆抗刮性差、干速慢的不足，为低成本应用水性木器漆开辟了新的工艺。
【附图说明】
[0028]图1为第一次水热制得的硫酸钙晶须SEM照片；
[0029]图2为第二次水热制得的硫酸钙晶须SEM照片；
【具体实施方式】
[0030]实施例1
[0031]将100kg水、50kg氯化钙、5kgCTAB分次加入2000L的水热反应釜中，搅拌溶解，加入1kg硫酸钱，搅拌均勾后，逐渐升温到100°C，设定转速20rpm，水热反应30min后停止加热反应。自然冷却后，放料至离心机，一5°C下1000rpm高速离心20min，将上清液缓慢倒入干净的离心桶中，再次一5°C下1000rpm高速离心20min，重复此操作两次，得到富含晶须微核的的上清液，将其作为后续反应的母液。
[0032]取离心获得的小尺寸固体晶须水洗物10kg，采用湿碰湿的方式将其加入到125kg固含40 %的水性聚氨酯分散体中，搅拌分散，加入消泡剂(TEGO 8 25) 310g、脱泡剂(TEGO902)155g、分散剂(TEGO 740w)125g、润湿剂(TEGO 245)420g，搅拌分散均匀，制备得到底涂用木器涂料。
[0033]将上述母液倒入干净的