專利名稱：：一種水性丙烯酸系木器封閉涂料及其專用乳液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水性丙烯酸系木器封閉涂料及其這種涂料中的基本成膜物質(zhì)--含有極性基團(tuán)的丙烯酸系共聚物乳液制備方法。
背景技術(shù)：
：溶劑型涂料由于含有大量的有機(jī)揮發(fā)物，不僅污染環(huán)境，危害人體健康，破壞生態(tài)環(huán)境，而且還造成巨大的資源浪費(fèi)。隨著人們對(duì)資源、能源和環(huán)境保護(hù)的日益關(guān)注，要求環(huán)保的呼聲越來(lái)越強(qiáng)烈，國(guó)外制定了一系列的嚴(yán)格法規(guī)，限制涂料中VOC的排放，因此溶劑型的涂料面臨著前所未有的考驗(yàn)，受到水性涂料的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，并有被取而代之的趨勢(shì)。水性木器涂料以水為分散介質(zhì)，生產(chǎn)和使用過(guò)程中無(wú)污染，是木器涂料的發(fā)展趨勢(shì)。但由于木材本身是多孔物質(zhì)，極易吸水膨脹變形，造成表面涂膜不平整，嚴(yán)重影響了涂膜的裝飾效果與保護(hù)效果；同時(shí)，由于木材種類的多樣性，不同的木材中含有高滲透的化學(xué)物質(zhì)如松木的中的松節(jié)油、楊木中的單寧酸等物質(zhì)，當(dāng)涂膜形成以后，這些化學(xué)物質(zhì)能夠滲出涂膜，造成涂膜變色。這都影響了漆膜的顏色和表面狀態(tài)，這將引發(fā)影響漆膜性能的發(fā)揮和造成施工困難等問(wèn)題，限制了水性木器涂料的應(yīng)用。為了保證面漆的顏色和漆膜狀態(tài)，在涂布面漆之前先涂布上一層能夠有效阻止木材中引起顏色變化物質(zhì)外滲的封閉涂料是非常必要的。因此人們對(duì)水性木器封閉涂料進(jìn)行了大量的研究，比如CN101434775A通過(guò)將甲苯、環(huán)己酮、丙酮、醋酸乙酯、碳酸二甲酯、乙醇、聚乙烯醇縮丁醛等物質(zhì)物理共混制得高效松木封閉漆料。CN101608092A采用改性脂肪酸樹脂、吸收固定甲醛材料、醋酸纖維素、溶劑等制得了對(duì)家具具有封閉效果的聚氨酯封閉底漆。上述的封閉涂料不足之處是原料毒性大，所含溶劑多不利于環(huán)保，對(duì)施工人員身體傷害較大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明試圖以含有極性基團(tuán)的丙烯酸類共聚物乳液作為基本成膜物質(zhì)，提供一種能夠有效封閉多種會(huì)影響漆膜表觀性能的木材中物質(zhì)，比如楊木的單寧酸，松木的松節(jié)油等，采用分步聚合控制方法，制得了粒徑小，分布窄的納米化乳液，這種乳液中的乳膠粒子容易滲透進(jìn)木材中，形成很好的附著力。從而解決了水性木器涂料在涂裝過(guò)程中由于木料材質(zhì)的復(fù)雜而影響漆膜性能的發(fā)揮和造成的施工困難的問(wèn)題，而且以這種乳液為基本成膜物質(zhì)的水性封閉涂料不僅具有優(yōu)異的封閉效果，還具有較強(qiáng)的附著力。本發(fā)明的一種由丙烯酸系單體經(jīng)過(guò)共聚合而得到的聚合物乳液，并以這種聚合物乳液為基本成膜物質(zhì)，加入多種助劑配制而得到的水性封閉涂料，其特征是所說(shuō)的聚合物乳液為一種丙烯酸類的共聚物乳液，固含量為25%_65%，這種共聚物乳液由丙烯酸類的硬單體，軟單體以及功能單體共聚而得。一種水性丙烯酸系木器封閉涂料的專用乳液，其特征在于該乳液為一種丙烯酸類的共聚物乳液，固含量為25%_65%，這種共聚物乳液是由丙烯酸類的硬單體，丙烯酸類軟單體以及功能單體采用微乳液聚合與種子乳液聚合相結(jié)合的聚合方法而得；所說(shuō)的丙烯酸類硬單體為下列物質(zhì)中的一種或者它們的組合苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸異冰片酯、叔九碳酸乙烯酯、叔十碳酸乙烯酯、叔十一碳酸乙烯酯、丙烯腈單體；丙烯酸類軟單體為下列物質(zhì)中的一種或者它們的組合丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異戊酯、丙烯酸2-乙基己酯；功能單體為下列物質(zhì)中的一種或者它們的組合甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸酐、羥甲基丙烯酰胺、丙烯酸胺乙酯、甲基丙烯酸胺乙酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、3_(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β_甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三異丙氧基硅烷、雙丙酮丙烯酰胺。所述的一種水性丙烯酸系木器封閉涂料的專用乳液制備方法，其特征在于步驟如下1)在惰性氣體保護(hù)的反應(yīng)釜中，攪拌條件下，依次加入水、乳化劑、丙烯酸類的硬單體、丙烯酸類軟單體以及功能單體三者的混合物進(jìn)行乳化，加熱至40-80°C，加入總引發(fā)劑用量的30%-60%的引發(fā)劑水溶液引發(fā)聚合，反應(yīng)1-2小時(shí)；2)將剩余的丙烯酸類的硬單體，丙烯酸類軟單體以及功能單體的混合物混合物以及剩余的引發(fā)劑水溶液同時(shí)滴加入反應(yīng)釜中，滴加完畢后，升高溫度至50-90°C，保溫反應(yīng)0.52小時(shí)；3)向反應(yīng)釜中加入后消除引發(fā)劑水溶液，保溫12小時(shí)，經(jīng)降溫至40°C以下，用濾網(wǎng)過(guò)濾出料，得到丙烯酸類共聚物乳液；其中步驟1)中丙烯酸類的硬單體、丙烯酸類軟單體以及功能單體三者的混合物占所有單體質(zhì)量的5%30%，步驟2)剩余滴加單體占所有單體質(zhì)量的95%60%;丙烯酸類硬單體、丙烯酸類軟單體和功能單體的質(zhì)量比40704060、0.55。制備這種共聚物乳液所用的引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀_亞硫酸氫鈉、過(guò)硫酸鈉_亞硫酸氫鈉或過(guò)硫酸銨_亞硫酸氫鈉，后消除引發(fā)劑為硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀_亞硫酸氫鈉、過(guò)硫酸鈉_亞硫酸氫鈉或過(guò)硫酸銨_亞硫酸氫鈉。制備這種共聚物乳液所用的乳化劑為乳液聚合常用的陰離子型乳化劑、非離子型乳化劑、反應(yīng)型乳化劑或者其中任意兩者的復(fù)合乳化劑。本發(fā)明還提供了一種水性封閉涂料的制備方法，以丙烯酸類共聚物乳液為基本成膜物質(zhì)，復(fù)配以成膜助劑、基材潤(rùn)濕劑、消泡劑、PH調(diào)節(jié)劑、助成膜助劑、增稠流平劑制成水性木器封閉涂料，其中丙烯酸類的共聚物乳液的重量百分含量占涂料的35%90%。本發(fā)明的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)和合成了一種水性丙烯酸系木器封閉涂料及其這種涂料中的基本成膜物質(zhì)一含有極性基團(tuán)的丙烯酸系共聚物乳液制備方法。這種聚合物乳液能夠有效的阻止木材中單寧酸等物質(zhì)的滲透，保持了漆膜的顏色和表面狀態(tài)。本發(fā)明通過(guò)在制備這種丙烯酸類的共聚物乳液初期，一次性加入全部乳化劑和少量的單體混合物，生成的種子乳膠粒粒徑小，性能穩(wěn)定，隨后加入剩余單體混合物，采用半連續(xù)種子乳液聚合法，調(diào)整單體滴加速度使得聚合體系處于饑餓態(tài)，有效的防止了二次成核，同時(shí)最終制得粒徑小，粒徑分布窄納米乳液。這種乳液中的乳膠粒子粒徑小，更容易滲透進(jìn)木材中，聚合物大分子鏈上帶有能與木材纖維素羥基形成氫鍵的極性基團(tuán)的聚合物可抑制木材纖維遇水的膨脹行為。同時(shí)發(fā)現(xiàn)能快速成膜的強(qiáng)極性聚合物對(duì)木材纖維導(dǎo)管有很好的封閉性，可有效阻止木材中小分子物質(zhì)的外滲，也能有效阻止水分向木材中的滲透。從而有效的阻止木材中單寧酸、松節(jié)油等物質(zhì)的滲出，從而保證了漆膜的顏色和表面狀態(tài)。也能有效的阻止了水性涂料中的水分向木材滲透，從根本上解決了木質(zhì)纖維板遇水膨脹變形的問(wèn)題。此外，本水性封閉涂料還可用于溶劑型涂料涂裝體系，有效地阻止了溶劑型涂料在涂裝過(guò)程中大量溶劑向木材中滲透，減少了后期使用過(guò)程中的溶劑緩慢長(zhǎng)期釋放，在一定程度上緩解了溶劑型木器涂料對(duì)人體和環(huán)境的危害性。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1A在帶有冷凝水、攪拌、溫度計(jì)、惰性氣體(N2)保護(hù)、滴加裝置的四口瓶中加入122克的水，1.26克陰離子反應(yīng)型乳化劑烯丙基聚乙氧基磺酸鹽(溶于3.78克水)，1.26克陰離子型乳化劑烷基氧基二苯磺酸鈉(溶于1.54克水)，然后將體系加熱到60°C，一次性加入4.62克的甲基丙烯酸甲酯、3.4克丙烯酸丁酯、0.042克甲基丙烯酸混合物，攪拌30min后，加入0.084克過(guò)硫酸銨(溶于5克水中)，5min后加入0.084克亞硫酸氫鈉(溶于5克水中)，待體系泛藍(lán)光，體系溫度穩(wěn)定至60-63°C后，開始滴加87.78克的甲基丙烯酸甲酯、64.64克丙烯酸丁酯，0.798克甲基丙烯酸、6.72甲基丙烯酰胺(溶于70克水)混合物，同時(shí)滴加0.084克過(guò)硫酸銨(溶于15克水中)和0.084克亞硫酸氫鈉(溶于15克水中)，2小時(shí)左右同時(shí)滴加完畢，隨后將體系升溫至70°C，保溫2小時(shí)，之后加入后消除引發(fā)劑0.0336克過(guò)硫酸銨(溶于6克水中)，5min后加入0.0336克亞硫酸氫鈉(溶于6克水中)，保溫1小時(shí)，冷卻至40°C以下用濾網(wǎng)過(guò)濾出料，得到固含量為42%的丙烯酸系無(wú)規(guī)共聚物乳液，聚合過(guò)程中反應(yīng)穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)凝膠。測(cè)試乳液粒徑為56nm。B水性封閉涂料的復(fù)配首先在分散釜中加入合成的丙烯酸酯系共聚物乳液75克，再在攪拌狀態(tài)下加入0.5克pH值調(diào)節(jié)劑AMP95，將pH值調(diào)至8-9。IOmin后，加入0.3克消泡劑BYK-024、助成膜助劑丙二醇2克、0.2克的基材潤(rùn)濕劑BYK-245，分散IOmin左右，加入5克的成膜助劑795，攪拌30min，最后加入0.15克流平劑212，用水補(bǔ)足余量。C性能測(cè)試及其測(cè)定方法(具體數(shù)據(jù)見表2)封閉涂料封色效果的測(cè)試取一塊兒未經(jīng)過(guò)打磨的水曲柳貼皮木板，經(jīng)過(guò)仔細(xì)打磨后，噴上紅色的水性木器漆，干燥2h后，分別在木板上，一部分涂上水性封閉涂料，另外一部分沒(méi)涂.水性封閉涂料干燥4h后，在未封閉和封閉過(guò)的板子上分別噴上白色面漆，干燥24h后，對(duì)比測(cè)試封色效果.未變色無(wú)異常定為優(yōu)異0級(jí)，略微有變色定為1級(jí)，稍微有變色定為2級(jí)，變色一般嚴(yán)重定為3級(jí)，變色較為嚴(yán)重定為4級(jí)，嚴(yán)重變色定為5級(jí)。封閉涂料的封楊木單寧酸效果的測(cè)試分別取兩塊兒未經(jīng)過(guò)打磨的楊木板，經(jīng)過(guò)仔細(xì)打磨后，板(一)直接涂上白色面漆.板(二)經(jīng)過(guò)打磨以后噴上封閉涂料，干燥2h后，輕微打磨，表面噴上白色面漆，干燥.把兩塊板分別放入50°C烘箱，干燥24h后，對(duì)比測(cè)試封單寧酸效果.未出現(xiàn)黃變現(xiàn)象無(wú)異常定為優(yōu)異0級(jí)，略微黃變定為1級(jí)，稍微黃變定為2級(jí)，黃變一般嚴(yán)重定為3級(jí)，黃變較為嚴(yán)重定為4級(jí)，黃變嚴(yán)重定為5級(jí)。封閉涂料的封松節(jié)油效果的測(cè)試分別取兩塊兒未經(jīng)過(guò)打磨的松木板，經(jīng)過(guò)仔細(xì)打磨后，板(一)直接涂上白色面漆.板(二)經(jīng)過(guò)打磨以后噴上封閉涂料，干燥2h后，輕微打磨，表面噴上白色面漆，干燥.把兩塊板分別放入50°C烘箱，干燥24h后，對(duì)比測(cè)試封松木油效果.未見松木油溢出無(wú)異常定為優(yōu)異，略微有松木油溢出定為1級(jí)，稍微有松木油溢出定為2級(jí)，松木油溢出一般嚴(yán)重定為3級(jí)，松木油溢出較為嚴(yán)重定為4級(jí)，松木油嚴(yán)重溢出定為5級(jí)。封閉涂料的附著力性能的檢測(cè)按照國(guó)標(biāo)GB/T9286-1998進(jìn)行測(cè)試。封閉涂料的耐水性能的檢測(cè)按照國(guó)標(biāo)GB/T4893.1-2005進(jìn)行測(cè)試。封閉涂料的耐堿性能的檢測(cè)測(cè)試方法及結(jié)果評(píng)論方法同常溫耐水性。采用50g/LNaHCO3,試驗(yàn)時(shí)間均為lh，試驗(yàn)后放置Ih后觀察。封閉涂料的耐醇性能的檢測(cè)測(cè)試方法及結(jié)果評(píng)論方法同常溫耐水性。采用50%的乙醇溶液，試驗(yàn)時(shí)間均為lh，試驗(yàn)后放置Ih后觀察。實(shí)施例2-18合成乳膠粒子所用單體以及用量見表1，其他制備條件同實(shí)施例1.表1實(shí)施例2-18合成膠乳粒子所用單體及用量單位克<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注實(shí)施例1中種子單體占總單體含量的5%表中MMA為甲基丙烯酸甲酯，IBOMA為甲基丙烯酸異冰片酯，BA為丙烯酸丁酯，EA為丙烯酸乙酯，AA為丙烯酸，MAA為甲基丙烯酸，AM丙烯酰胺，MAM為甲基丙烯酰胺，DAAM為雙丙酮丙烯酰胺，A-174為3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，A-172乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷；表2實(shí)施例1-18的水性木器封閉涂料各項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求一種水性丙烯酸系木器封閉涂料的專用乳液，其特征在于該乳液為一種丙烯酸類的共聚物乳液，固含量為25％-65％，這種共聚物乳液是由丙烯酸類的硬單體，丙烯酸類軟單體以及功能單體采用微乳液聚合與種子乳液聚合相結(jié)合的聚合方法而得；所說(shuō)的丙烯酸類硬單體為下列物質(zhì)中的一種或者它們的組合苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸異冰片酯、叔九碳酸乙烯酯、叔十碳酸乙烯酯、叔十一碳酸乙烯酯、丙烯腈單體；丙烯酸類軟單體為下列物質(zhì)中的一種或者它們的組合丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異戊酯、丙烯酸2-乙基己酯；功能單體為下列物質(zhì)中的一種或者它們的組合甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸酐、羥甲基丙烯酰胺、丙烯酸胺乙酯、甲基丙烯酸胺乙酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三異丙氧基硅烷、雙丙酮丙烯酰胺。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水性丙烯酸系木器封閉涂料的專用乳液制備方法，其特征在于步驟如下1)在惰性氣體保護(hù)的反應(yīng)釜中，攪拌條件下，依次加入水、乳化劑、丙烯酸類的硬單體、丙烯酸類軟單體以及功能單體三者的混合物進(jìn)行乳化，加熱至40-80°C，加入總引發(fā)劑用量的30%-60%的引發(fā)劑水溶液引發(fā)聚合，反應(yīng)1-2小時(shí)；2)將剩余的丙烯酸類的硬單體，丙烯酸類軟單體以及功能單體的混合物混合物以及剩余的引發(fā)劑水溶液同時(shí)滴加入反應(yīng)釜中，滴加完畢后，升高溫度至50-90°C，保溫反應(yīng)0.52小時(shí)；3)向反應(yīng)釜中加入后消除引發(fā)劑水溶液，保溫12小時(shí)，經(jīng)降溫至40°C以下，用濾網(wǎng)過(guò)濾出料，得到丙烯酸類共聚物乳液；其中步驟1)中丙烯酸類的硬單體、丙烯酸類軟單體以及功能單體三者的混合物占所有單體質(zhì)量的5%30%，步驟2)剩余滴加單體占所有單體質(zhì)量的95%60%；丙烯酸類硬單體、丙烯酸類軟單體和功能單體的質(zhì)量比40704060、0.55。3.根據(jù)權(quán)利要求2的專用乳液制備方法，其特征是制備這種共聚物乳液所用的引發(fā)劑為過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀_亞硫酸氫鈉、過(guò)硫酸鈉_亞硫酸氫鈉或過(guò)硫酸銨_亞硫酸氫鈉，后消除引發(fā)劑為硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀_亞硫酸氫鈉、過(guò)硫酸鈉_亞硫酸氫鈉或過(guò)硫酸銨_亞硫酸氫鈉。4.根據(jù)權(quán)利要求2的專用乳液制備方法，其特征是所用的乳化劑為乳液聚合常用的陰離子型乳化劑、非離子型乳化劑、反應(yīng)型乳化劑或者其中任意兩者的復(fù)合乳化劑。5.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的一種水性丙烯酸系木器封閉涂料的專用乳液制備水性封閉涂料的方法，其特征是以上述專用乳液為基本成膜物質(zhì)，復(fù)配以成膜助劑、基材潤(rùn)濕劑、消泡劑、PH調(diào)節(jié)劑、助成膜助劑、增稠流平劑制成水性木器封閉涂料，其中上述專用乳液的質(zhì)量百分含量占涂料的35%90%。全文摘要本發(fā)明涉及一種水性丙烯酸系木器封閉涂料及其專用乳液的制備方法。以含有多種極性基團(tuán)的丙烯酸類單體為原料，制得了粒徑小，分布窄的納米化乳液。以此乳液為基本成膜物質(zhì)加入多種助劑制得一種新型的水性木器封閉涂料。聚合物分子鏈上的極性官能團(tuán)對(duì)木材有很好的潤(rùn)濕性，乳膠粒子容易滲透到木材纖維導(dǎo)管中，并在管孔內(nèi)快速成膜，該涂料能有效地阻止水性木器涂料中的水分向木材中滲透，解決了木材遇水膨脹造成的表面溝壑問(wèn)題；同時(shí)它對(duì)木器行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的松節(jié)油、單寧酸等極易外滲的物質(zhì)也能有效地封閉，為水性木器涂料的廣泛應(yīng)用解決了共性難題。本水性封閉涂料還可用于溶劑型涂料涂裝體系，有效阻止了溶劑型涂料在涂裝過(guò)程中大量溶劑向木材中滲透。文檔編號(hào)B27K3/34GK101817906SQ201010159689公開日2010年9月1日申請(qǐng)日期2010年4月23日優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日發(fā)明者何立凡,俸艷蕓,張勝文,李效玉申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)