本发明属于木质工艺品处理技术技术领域，具体涉及一种木质工艺品用耐水耐磨改性苯丙乳液的制备方法。
背景技术
苯丙乳液（苯乙烯-丙烯酸酯乳液）是由苯乙烯和丙烯酸酯单体经乳液共聚而得。苯丙乳液是乳液聚合中研究较多的体系，为重要的非交联型乳液，在木质工艺品加工中有着广泛的应用。但是，常规苯丙乳液具有耐水性差、热稳定性较低、耐候性欠佳、涂膜强度不高等缺陷，不利于木质工艺品耐磨耐水性能和抗菌防腐的改善。随着纳米科学与技术的发展，纳米粒子改性乳液的制备及其功能化应用，已经引起了广泛的关注。本发明以苯丙乳液为目标体系，利用表面修饰的纳米碳酸钙粒子、氧化锌掺杂二氧化钛溶胶和表面改性耐磨纳米氧化锆浆料对其进行改性，从而制备了木质工艺品用耐水耐磨改性苯丙乳液。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种木质工艺品用耐水耐磨改性苯丙乳液的制备方法，按该方法制备的改性苯丙乳液具有良好的耐磨耐水性能和抗菌防霉性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种木质工艺品用耐水耐磨改性苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
（1）纳米碳酸钙的表面修饰：
向4-6份纳米碳酸钙中1:7-13加入无水乙醇，超声分散10-15min后，加入硅烷偶联剂kh570的水解液，升温至70-72℃反应1-2h后，过滤、用无水乙醇洗涤2-3次，然后在60-70℃烘箱中干燥23-25h，冷却至室温，得到表面修饰的纳米碳酸钙；
（2）氧化锌掺杂二氧化钛溶胶：
将8-12份氧化锌溶胶倒入16-24份二氧化钛溶胶中，再加入偶联剂表面改性的纳米氧化锌粉体，搅拌20-30min，得到氧化锌掺杂二氧化钛溶胶；
（3）改性苯丙乳液的制备：
将偶联改性的苯丙乳液与9-11份羧甲基纤维素、4.5-5.5份聚醋酸乙烯酯乳液复配，再加入纳米氧化锆浆料与(1)、(2)中所得物料，超声震荡分散均匀，即得到所述改性苯丙乳液。
进一步的，步骤（1）中硅烷偶联剂kh570水解液的制备：
向0.2-0.3份硅烷偶联剂kh570中1:3-5加入无水乙醇，滴加醋酸调节ph为4-5，磁力搅拌水解25-35min，得到硅烷偶联剂kh570的水解液。
进一步的，步骤（2）中偶联剂表面改性纳米氧化锌粉体的制备：
向2-4份纳米氧化锌粉体中1:15-25加入无水乙醇，超声处理15-20min后，加入0.1-0.2份偶联剂kh570，电动搅拌15-20min混合均匀，再于43-47℃超声处理1-2h，升温至80-83℃处理2-3h，用乙醇洗涤2-3次，真空抽滤，置于78-82℃鼓风干燥箱中烘干23-25h，研磨过300目筛，得到偶联剂表面改性的纳米氧化锌粉体。
进一步的，步骤（3）中偶联剂对苯丙乳液的改性：
向90-110份苯丙乳液中滴加氨水，调节溶液ph为7-8，再滴加1-2份硅烷偶联剂kh570，电动搅拌25-35min，置于43-47℃的水浴中搅拌55-65min，冷却至室温，得到偶联改性的苯丙乳液。
进一步的，步骤（3）中用表面改性剂制备耐磨纳米氧化锆浆料：
向2-2.5份表面改性剂聚乙二醇中1:80-100加入蒸馏水，搅拌溶解均匀，在1000-1500rpm的搅拌条件下加入1-1.5份纳米氧化锆，调整砂磨机速度为3000-3500rpm再研磨2-3h，加入0.1-0.2份保护剂聚乙烯吡咯烷酮，继续研磨15-20min，再超声震荡4-5h，得到纳米氧化锆浆料。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）利用硅烷偶联剂kh570对纳米碳酸钙进行表面修饰，硅烷偶联剂能成功接枝到纳米碳酸钙的表面，修饰后降低了纳米碳酸钙的表面极性，增加了亲油性，经表面修饰后，明显改善了颗粒的分散性，经kh570表面修饰后的纳米碳酸钙粒子表面含有碳碳双键，有利于其分散到苯丙乳液中。
利用表面修饰的纳米碳酸钙改性苯丙乳液，实现了纳米碳酸钙粒子与聚合物的复合，纳米碳酸钙改性苯丙乳液表现出良好的钙离子稳定性、机械稳定性、贮存稳定性，改性苯丙乳液的耐水性提高了，热稳定性得到了改善。
（2）用偶联剂kh570对纳米氧化锌进行表面改性，kh570成功接枝到氧化锌表面，降低其团聚程度，提高其在苯丙乳液中的分散效果，添加偶联改性氧化锌的苯丙乳液的沉降率小，附着力为好，细度小，黏度相对较小，遮盖力性能强，耐水性能好；对金黄葡萄球菌和大肠杆菌的抑制率高，抗菌防霉功能良好。
对二氧化钛溶胶进行氧化锌掺杂，掺杂后具备了优良的抗菌防霉性，提高了抑菌圈的平均直径，其阻燃性也得到了进一步提高，用于处理样品，使样品具备防潮性。
（3）用表面改性剂聚乙二醇对纳米氧化锆进行表面改性，制备纳米氧化锆浆料，所制浆料的颗粒表面光滑、规整，分散均匀，由于添加了改性剂，具有静电排斥和空间位阻稳定作用，改性后的纳米氧化锆的分散稳定性得到提高；纳米氧化锆的添加有利于苯丙乳液硬度的增大，并且显著提高苯丙乳液的耐磨性。
（4）用偶联剂对苯丙乳液进行改性后，将其与羧甲基纤维素、聚醋酸乙烯酯乳液复配，能够满足苯丙乳液的加固需求；再添加氧化锌掺杂二氧化钛溶胶、表面改性纳米氧化锆浆料及表面修饰的纳米碳酸钙，采用物理共混法制备改性苯丙乳液，耐磨性和硬度优，同时具有优良的抗菌防霉性能、耐水性能和阻燃性能。
具体实施方式
实施例1
一种木质工艺品用耐水耐磨改性苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
（1）纳米碳酸钙的表面修饰：
向6份纳米碳酸钙中1:13加入无水乙醇，超声分散15min后，加入硅烷偶联剂kh570的水解液，升温至70-72℃反应2h后，过滤、用无水乙醇洗涤3次，然后在60-70℃烘箱中干燥25h，冷却至室温，得到表面修饰的纳米碳酸钙；
（2）氧化锌掺杂二氧化钛溶胶：
将12份氧化锌溶胶倒入24份二氧化钛溶胶中，再加入偶联剂表面改性的纳米氧化锌粉体，搅拌30min，得到氧化锌掺杂二氧化钛溶胶；
（3）改性苯丙乳液的制备：
将偶联改性的苯丙乳液与11份羧甲基纤维素、5.5份聚醋酸乙烯酯乳液复配，再加入纳米氧化锆浆料与(1)、(2)中所得物料，超声震荡分散均匀，即得到所述改性苯丙乳液。
进一步的，步骤（1）中硅烷偶联剂kh570水解液的制备：
向0.3份硅烷偶联剂kh570中1:5加入无水乙醇，滴加醋酸调节ph为4-5，磁力搅拌水解35min，得到硅烷偶联剂kh570的水解液。
进一步的，步骤（2）中偶联剂表面改性纳米氧化锌粉体的制备：
向4份纳米氧化锌粉体中1:25加入无水乙醇，超声处理20min后，加入0.2份偶联剂kh570，电动搅拌20min混合均匀，再于43-47℃超声处理2h，升温至80-83℃处理3h，用乙醇洗涤3次，真空抽滤，置于78-82℃鼓风干燥箱中烘干23h，研磨过300目筛，得到偶联剂表面改性的纳米氧化锌粉体。
进一步的，步骤（3）中偶联剂对苯丙乳液的改性：
向110份苯丙乳液中滴加氨水，调节溶液ph为7-8，再滴加2份硅烷偶联剂kh570，电动搅拌35min，置于43-47℃的水浴中搅拌65min，冷却至室温，得到偶联改性的苯丙乳液。
进一步的，步骤（3）中用表面改性剂制备耐磨纳米氧化锆浆料：
向2.5份表面改性剂聚乙二醇中1:100加入蒸馏水，搅拌溶解均匀，在1500rpm的搅拌条件下加入1.5份纳米氧化锆，调整砂磨机速度为3500rpm再研磨3h，加入0.2份保护剂聚乙烯吡咯烷酮，继续研磨20min，再超声震荡5h，得到纳米氧化锆浆料。
实施例2
一种木质工艺品用耐水耐磨改性苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：
（1）纳米碳酸钙的表面修饰：
向4份纳米碳酸钙中1:7加入无水乙醇，超声分散10min后，加入硅烷偶联剂kh570的水解液，升温至70-72℃反应1h后，过滤、用无水乙醇洗涤2次，然后在60-70℃烘箱中干燥23h，冷却至室温，得到表面修饰的纳米碳酸钙；
（2）氧化锌掺杂二氧化钛溶胶：
将8份氧化锌溶胶倒入16份二氧化钛溶胶中，再加入偶联剂表面改性的纳米氧化锌粉体，搅拌20min，得到氧化锌掺杂二氧化钛溶胶；
（3）改性苯丙乳液的制备：
将偶联改性的苯丙乳液与9份羧甲基纤维素、4.5份聚醋酸乙烯酯乳液复配，再加入纳米氧化锆浆料与(1)、(2)中所得物料，超声震荡分散均匀，即得到所述改性苯丙乳液。
进一步的，步骤（1）中硅烷偶联剂kh570水解液的制备：
向0.2份硅烷偶联剂kh570中1:3加入无水乙醇，滴加醋酸调节ph为4-5，磁力搅拌水解25min，得到硅烷偶联剂kh570的水解液。
进一步的，步骤（2）中偶联剂表面改性纳米氧化锌粉体的制备：
向2份纳米氧化锌粉体中1:15加入无水乙醇，超声处理15min后，加入0.1份偶联剂kh570，电动搅拌15min混合均匀，再于43-47℃超声处理1h，升温至80-83℃处理2h，用乙醇洗涤3次，真空抽滤，置于78-82℃鼓风干燥箱中烘干23h，研磨过300目筛，得到偶联剂表面改性的纳米氧化锌粉体。
进一步的，步骤（3）中偶联剂对苯丙乳液的改性：
向90份苯丙乳液中滴加氨水，调节溶液ph为7-8，再滴加1份硅烷偶联剂kh570，电动搅拌25min，置于43-47℃的水浴中搅拌55min，冷却至室温，得到偶联改性的苯丙乳液。
进一步的，步骤（3）中用表面改性剂制备耐磨纳米氧化锆浆料：
向2份表面改性剂聚乙二醇中1:80加入蒸馏水，搅拌溶解均匀，在1000rpm的搅拌条件下加入1份纳米氧化锆，调整砂磨机速度为3000rpm再研磨2h，加入0.1份保护剂聚乙烯吡咯烷酮，继续研磨15min，再超声震荡4h，得到纳米氧化锆浆料。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（3）中未加入表面修饰的纳米碳酸钙，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（3）中未加入表面改性纳米氧化锆浆料，除此外的方法步骤均相同。
对照组
申请号为：2017106270385公开的一种藤条涂料。
为了对比本发明制得的苯丙乳液的力学使用品质、耐水耐磨性能，对上述实施例1、实施例2、对比实施例1、对比实施例2方法对应制得的改性苯丙乳液，以及对照组对应的涂料按照行业标准进行性能检测，具体对比数据如下表1所示：
表1
由上表1可以看出，对比实施例1未加入表面修饰的纳米碳酸钙，苯丙乳液的耐水性能明显变差；对比实施例2未加入表面改性纳米氧化锆浆料，苯丙乳液的耐磨性能明显变差；按本发明方法制得的改性苯丙乳液的综合力学使用品质得到了明显的改善提升，具有很强的抗菌防霉、耐磨耐水和阻燃性能，能保持很好的力学使用品质，稳定性强，使用安全性高，使用寿命长，极具推广使用价值和市场竞争力。