[发明专利]一种室温自交联型PUA-SiO2杂化乳液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种室温自交联型PUA‑SiO₂杂化乳液及其制备方法，该杂化乳液由核壳型水性聚氨酯‑聚丙烯酸酯共聚物、功能化纳米二氧化硅、水组成。与传统共混掺杂不同，本发明公开的PUA‑SiO₂杂化乳液是通过自交联产生的化学键合实现填料补强。在杂化乳液的成膜阶段，有机、无机组份间通过乙酰乙酸酯单元与伯胺单元的偶联反应，形成牢固的有机‑无机杂化网络，从而赋予涂膜高硬度、抗划伤、耐水、耐化学品、耐热等优异特性。适用于高性能水性涂料，尤其是水性木器涂料的产品制备。

技术领域

本发明涉及一种应用于水性木器涂料的室温自交联型有机-无机杂化乳液及其制备方法。

背景技术

挥发性有机物(VOC)，作为成霾的重要诱因之一，是当前国家大气污染治理的焦点。统计数据显示，我国当前的VOC排放达2000～3000万吨每年。涂料行业由于大量使用芳烃类、烷烃类、酮类及酯类等有机物为稀释剂，每年产生的VOC排放高达700万吨。为此，国家出台了VOC限排等政策法规，以促进涂料行业的环保升级。如：2013年9月，国务院印发的《大气污染防治行动计划》明确提出要完善涂装等重点行业的VOC排放要求，研究制定VOC排污收费政策。2015年1月26日，国家财政部与国家税务总局联合发布了“关于对涂料征收消费税的通知”。“通知”要求自15年2月1日起，对施工状态下挥发有机物(VOC)含量高于420g/L的涂料在生产、委托加工和进口环节征收消费税，适用税率均为4％。面对严峻的减排形势，水性化成为了各大树脂、涂料厂商重要的转型方向。

依成膜物质不同，水性木器涂料主要分为水性醇酸类、水性聚丙烯酸酯类及水性聚氨酯类。水性醇酸涂料使用较早，具有原材料易得、渗透性好、流动性高、丰满度高等特点，特别适用于实色装饰性涂装。缺陷在于通过氧化交联实现固化成膜，因此干燥速度慢、保光性一般，实际应用中往往需要添加催干剂或使用聚氨酯、聚丙烯酸酯对其进行改性。水性聚丙烯酸酯涂料及其苯乙烯共聚物类涂料是成本较低、用量最大的一类水性木器涂料。它具有干燥速度快、透明度高、保光保色性好等优点，且附着力、光泽、硬度和耐候性能也较优。不足之处在于该类树脂的玻璃化转变温度(T_g)偏高，多存在热粘冷脆及柔韧性偏差等缺陷。此外，调漆中还需要添加助溶剂，涂料的VOC排放在100～250g/L。水性聚氨酯涂料是目前综合性能最优的一类水性木器涂料。按包装形式的不同可分为：水性聚氨酯分散体(PUD)涂料及双组份水性聚氨酯(2k-PU)涂料。水性聚氨酯分散体涂料为单组份、热塑性涂料，施工简单。由于结构中包含高度可调节的硬、软链段单元，使得树脂具有优异的低温成膜性、高流平性、高柔韧性、抗回粘、耐磨、高硬度等优势，缺陷在于稳定性、自增稠性及保光性稍差，价格偏高。双组份水性聚氨酯涂料是以羟基功能化的水性树脂(如羟基聚丙烯酸酯)与异氰酸酯固化剂组成，属热固性涂料，涂膜交联密度高，性能可与溶剂型聚氨酯涂料相媲美。缺陷在于施工较为复杂，干燥更慢，成本更高。

虽然水性木器涂料具备显著的环保优势，但经过近几年的市场磨合其取得的市场份额却不尽如人意。制约其推广使用的因素不外乎三方面：首先，水性树脂价格偏高。其次，水比热容大，挥发慢，漆膜干燥受温度、湿度影响较大。第三，涂膜性能与施工性、成本难以兼顾，便于施工的单组份室温自干型水性木器涂料普遍存在硬度不高、易划伤、不耐热等缺陷。为突破这一技术瓶颈，同时合理控制水性树脂成本，本发明公开了一种可应用于水性木器涂料的室温自交联型有机-无机杂化乳液及其制备方法。遴选性价比高、配方可操作性大的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯(PUA)为杂化乳液主体，以机械力学性能及稳定性优异的纳米SiO₂为无机掺杂改性组份，并在两组份中分别引入可室温自交联的乙酰乙酸酯单元与伯胺单元，从而使有机-无机组份在涂层干燥过程中形成牢固的化学键接，提升填料补强效果，改进单组份自干型水性木器涂料在机械力学强度、耐热、耐化学品、耐水方面存在的缺陷，提升涂料性价比。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于水性木器涂料的室温自交联型PUA-SiO₂杂化乳液。该杂化乳液获得的涂层具有硬度高、抗划伤、耐水、耐热、耐化学品等优势。