植物油改性的水性木器漆及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水性木器漆技术领域，特别公开一种植物油改性的水性木器漆及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 聚氨酯涂料具有各种优良的性能，广泛应用于涂料和油漆中。溶剂型的聚氨酯漆 由于溶剂的挥发性和毒性，不够环保，逐渐被水性聚氨酯漆代替。
[0003] 聚氨酯水性漆也能够用于木器涂料中，采用氨基硅烷偶联剂改性聚氨酯水乳液可 以提高相应涂料的附着力、耐水性和力学性能（"氨基硅烷偶联剂改性水性聚氨酯木器涂料 的研制"，侯孟华等，装饰装修材料）。但是该类聚氨酯木器漆涂膜的硬度、耐腐蚀性、耐溶剂 性、光泽度、耐擦伤性和抗粘连性等性能不够优良，涂膜的干燥时间也比较长。
[0004] 专利CN104099000A公开了一种无苯净味型抗划伤聚氨酯哑光清漆，其甲组分树 脂漆和乙组分固化剂组成，甲组分树脂漆包含醇酸树脂、醛酮树脂、消光粉、分散剂、改性流 平剂、消泡剂、防沉剂和溶剂；乙组分包含固化剂和溶剂。虽然该清漆的抗划伤能力较强，但 是其不是水性涂料，不够环保，并且双组份涂料使用时更为复杂，且该清漆的其他性能也不 够优良。
[0005] 专利CN104342013A公开了一种船舶防污耐腐蚀涂料，其原料包括：蓖麻油改性 水性聚氨酯，醛酮树脂，聚三氟氯乙烯，氢化丁腈橡胶，高岭土，空心玻璃微珠，硫酸钙，云母 粉，氧化锌，硅烷偶联剂A-172,固化剂，抗生物剂，颜料。虽然该涂料耐腐蚀，也为单组份和 水性乳液，但是其不是木器漆，其综合性能也仍不够优良。
[0006] 然而，木器作为室内装修装饰的一大成员，其外观性和综合性能要求均较高，必然 对其表面使用的木器漆的要求也很高。因此，急需一种环保的、涂膜硬度较高、附着力强、耐 腐蚀、耐溶剂、耐水、能够快速干燥的光泽度良好的，各种综合性能均较优异的木器漆。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种植物油改性的水性木器漆，其采用特殊增硬树脂对脂 肪族改性聚氨酯分散体进行改性。该改性聚氨酯木器漆不但环保，而且各种综合性能均优 异，其在理化技术指标上可以超越油性木器漆。
[0008] 本发明的另一个目的在于提供一种制备植物油改性的水性木器漆的方法。该制备 方法操作简单，可产业化生产。
[0009] 本发明提供一种植物油改性的水性木器漆，其包括如下重量份的组分：脂肪族改 性聚氨酯分散体60-85份、增硬树脂1-3份、水7-12份、蜡乳液1-3份、成膜助剂2-5份、 润湿分散剂〇. 2-0. 7份、流平剂0. 1-0. 5份、消泡剂0. 2-0. 7份、防冻剂1-2份和增稠剂 0. 3-0. 7份，其中，增硬树脂为无溶剂水性改性醛酮树脂分散体。
[0010] 其中，较佳的，脂肪族改性聚氨酯分散体采用植物油、异佛尔酮二异氰酸酯、聚醚 二元醇及氨丙基三乙氧基硅烷为原料，通过预聚体混合法合成，是一种新型脂肪族水性聚 氨酯光油。所述植物油优选蓖麻油（CO)。进一步优选的，上述脂肪族改性聚氨酯分散体的 合成原料重量配比如下：蓖麻油（C0)95-96. 4份、异佛尔酮二异氰酸酯0. 5-0. 8份、聚醚二 元醇1-1. 2份、氨丙基三乙氧基硅烷0. 2-0. 5份。
[0011] 由于原料中含有氨丙基三乙氧基硅烷，因此上述脂肪族改性聚氨酯是以聚硅氧烷 为软段合成的聚硅氧烷-聚氨酯嵌段共聚物，兼具有聚硅氧烷和聚氨酯两者的优异性能， 表现出良好的低温柔顺性、介电性、表面富集性和优良的生物相容性等，能够克服聚硅氧烷 机械性能差的缺点，也可以弥补聚氨酯耐候性差的不足。此外，原料中的蓖麻油属于植物 油，是一种可再生资源，来源广泛、价格低廉，易于获取和购买，其又能显著提高材料的光泽 度。
[0012] 前述预聚体混合法实际上是预聚体-离聚体混合法。该工艺是先制备带亲水基团 并含-NCO端基的预聚物，在低温水中分散后，利用二元胺或二元醇扩链，当预聚物黏度较 高时，可适当加入少量溶剂，使预聚物在40°C左右易于搅拌分散。优点是工艺简单，能得到 含乳化大分子的乳液。例如：用N-甲基二乙醇胺和二羟甲基丙酸（DMPA)合成聚氨酯分散 体，DMPA上的羧酸由于位阻同异氰酸酯基团反应缓慢，用胺将羧酸基团中和后，用水稀释得 到水分散体，然后扩链，但在后扩链的时候一定要严格控制黏度，否则分散困难，甚至不能 分散，为了进一步提高性能，加入如三聚氰胺树脂等交联剂。
[0013] 脂肪族改性聚氨酯分散体是以水为介质的二元胶态体系，其粒径小于0. lnm，具有 较好的分散稳定性，不仅保留了传统的溶剂型聚氨酯干燥速度快的优良性能，而且还具有 生产成本低、不污染环境、易操作，透明度好，同时具有很好的环保性。水性脂肪族改性聚氨 酯分散体涂膜的硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶剂好等优点，符合发展涂料的"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)的时代要求。
[0014] 优选的，所述无溶剂水性改性醛酮树脂分散体是以醛酮树脂、亲水单体二羟甲基 丁酸和二羟基聚氧乙烯醚、聚己二酸新戊二醇酯、异佛尔酮二异氰酸酯为主要原料，采用预 聚体法合成的改性醛酮树脂分散体。
[0015] 更佳的，各原料重量配比如下：醛酮树脂96-98份、亲水单体二羟甲基丁酸0. 5-1 份和二羟基聚氧乙烯醚0. 5-1份、聚己二酸新戊二醇酯0. 2-0. 7份、异佛尔酮二异氰酸酯 1-1. 5 份。
[0016] 水性醛酮树脂经改性后，具有更良好的光泽性、高硬度、抗粘连性、干燥性、透明 性、耐化学性、耐污染性及水溶性，另具有极好的稳定性、润湿性和展色性。由于其具有良好 的润色性能，所以增硬树脂也可用来提高颜料着色力，从而即使在有色木器漆颜料浓度高 的情况下也能获得极高的光泽。
[0017] 研究表明，聚氨酯分散体PUD的ζ电位均大于-30mV，具有良好的乳液稳定性，阴 /非离子型PUD具有较低的表面张力和更好的钙离子稳定性。亲水基团含量（HGC)的增加， 阴/非离子摩尔比、醛酮树脂用量、NC0/0H摩尔比的减少使胶粒平均粒径减小，乳液黏度增 大。醛酮树脂改性PUD粒径呈现双峰分布，透射电镜显示分散体胶粒呈球形结构。醛酮树 脂改性PUD后，相应涂膜的铅笔硬度提高，且涂膜具有更优异的附着力、柔韧性和耐水性。
[0018] 较佳的，原料中的水为去离子水，自来水由于添加了漂白粉等，含有杂质较多，可 能会导致水性木器漆产品的储存稳定性不佳。
[0019] 优选的，原料中的錯乳液为德国进口的水性錯助剂，优选德国Keim-Attitec公司 生产的UnTRALUBE?D-816水性蜡助剂，其能够加强产品的滑爽感、抗结块、耐摩擦性、 耐水性、抗刮伤等性能。
[0020] 水性木器漆中的各种助剂成分可以采用常规的公知的种类。但是可以通过选择特 定的各种助剂，进一步改善涂膜的各种性能。
[0021] 较佳的，成膜助剂为伊士曼Teanol提供的环保型成膜助剂酯醇12。该助剂是一 种特别优良的聚结助剂，是乳液的成膜助剂，同时也是聚合乳液的良好溶剂，可有效降低聚 合乳液的最低成膜温度。该助剂具有一定的挥发性，成膜过程中滞留在涂膜中起成膜作用， 成膜后全部挥发，不残留在干膜中，因此也不会影响涂膜性能。其与水的溶解性低，添加使 用后不影响聚合乳液的稳定性，但可以明显提高涂膜的成膜性能，改善涂膜的耐候性、耐摩 性、耐污染性和耐化学性，同时可以改进涂层展色性。
[0022] 润湿分散剂优选BYK公司生产的BYK-192,该润湿分散剂专用于水性漆，对水性漆 起到降低表面张力润湿底材、对色漆起到分散的效果。
[0023] 流平剂优选毕克化学的BYK-375,它特别适用于低助溶剂含量的水性体系中，与这 些体系具有很好的相容性。它通过其伯羟基与基料反应，因而很适用于交联型体系，该流平 剂能增进滑爽性，耐溶剂，耐候，少积尘。与标准的非反应性有机硅相比，该助剂由于其活 性基团与漆膜交联，上述性能在涂料体系中能更持久，明显降低表面张力，同时增进底材润 湿，它们又增进流动和流平，并防止贝纳德漩涡的形成。
[0024] 防冻剂优选丙二醇，其环保并且性价比高。增稠剂优选罗门哈斯公司生产的 2020NPR非离子聚氨酯缔合型，起到高效中剪切增稠，促进流动流平性，提供良好的漆膜丰 满度。
[0025] 消泡剂优选毕克化学的BYK-022,该消泡剂是水性涂料用有机硅消泡剂，对颜色接 受性和光泽无影响。在加入时，需要足够高剪切力以避免缩孔。此消泡剂有优异的长效稳 定性且对微泡极有效力，不含V0C，具有很高的环保性。
[0026] 此外，根据木器漆产品pH值的实际需要，可以再加入pH调节剂，当最终产品的pH 值不在8-9之间时，则加入适量的pH调节剂。pH调节剂优选陶氏公司生产的AMP-96,能够 改进增稠剂在水性漆中的性能，替代了传统用的氨水，减少了涂料的氨味。
[0027] 此外，根据植物油改性的水性木器漆产品不同性质的需要，还可以添加其他物质。 例如为了获取不同颜色的产品，可以再添加不同的颜料，例如有机黑色浆、钛白粉（二氧化 钛）、有机中黄浆等。其中有机黑色浆优选为Colanyl BlackN。钛白粉优选四川龙蟒钛业 有限公司的R-996,其表面经硅、铝、锆包膜及有机处理，具有无生理毒性、化学性能稳定、颜 料性能卓越、白度、亮度、光泽好、遮盖力、消色力和流动性强。有机中黄浆优选科莱恩的有 机中黄浆Colanyl Yellow2GXD。有机黑色浆和有机中黄浆不含对人体有害的重金属具有环 保、展