一种用于硅氧烷木器清漆的改性硅溶胶的制备方法及应用与流程

1.本发明属于水性硅氧烷树脂补强材料技术领域，特别涉及用于硅氧烷木器清漆的改性硅溶胶的制备方法及应用。


背景技术：

2.涂料水性化是解决温室效应减少pm2.5的重要手段，2019年全年木器漆用量为的170万吨左右，其中水性木器比例不到10％，90％的溶剂型木器漆平均每吨有机挥发物(voc)占50～60％，当年向大气中排放80万吨的有机挥发物。如此严重的污染引起国家的高度重视，从法规逐步限制voc排放量，从政策上鼓励支持推进涂料水性化进程。国内各大涂料厂大力开展木器漆的水性化工作。传统的油性木器漆，以其高丰满度、高硬度、快干、成本低的特点获得了市场的长期认可，水性化的木器漆必须要达到溶剂型产品的外观效果，才能被市场认可，实现真正意义上的替代，得到广大消费者的青睐。
3.目前已经进入商业化的水性木器清漆包括聚氨酯固化剂与羟基聚合物组成的水性双组分聚氨酯清漆，丙烯酸乳液、异氰酸酯分散体组成的单组分清漆。综合性能看水性双组分聚氨酯更能被市场接受，无论从外观效果、硬度都不比溶剂型的逊色，不足之处在于施工固体分低、养护时间长、含有受限有机物及游离异氰酸。而丙烯酸乳液、异氰酸酯分散体，总体看不能成为真正意义上的高档木器清漆的替代品，无论从硬度、光泽、耐介质性能上都还有一段距离。本发明的产品是加入到一种双次固化硅氧烷水性木器清漆中，在体系中起到增加固化性、提高施工固体份，润湿木材表面，阻隔单宁酸引起的涨筋现象。该木器清漆是一种双组分水性木器清漆，产品有机挥发量低，高固体份施工，清漆膜光泽高、硬度高、显象性好、清透；有害物为零，不含异氰酸酯成分，无甲醛、无金属催化剂，无游离异氰酸根；产品干燥快、养护期短、48小时后即可使用。是木器清漆、家装材料的水性化产品。
4.木材表面的保护与装饰主要采用涂膜的形式实现.木材用途广泛,质地多样使得涂料的需求量大、性能要求高。木质方面包括软木、硬木；实木、复合实木、密度板、胶合板、刨花板、贴皮板，这些木质材料的强度、纹理、油脂，吸水量不同，往往造成涨筋、失光、泛白、返油、塌陷、开裂等涂膜缺欠。由于水对木材的浸湿性极强，在采用水性木器涂料的过程中将这些涂膜缺欠进一步放大，增加了木材涂料水性化的技术难度。涂料水性化通常是通过涂料状态改变，涂料极性改变实现的。状态包括水溶型、乳液型、悬浮型或这三种类型的混合体；极性包括阴离子、阳离子、非离子。这些水性化手段对木材而言都或多或少受到限制，如涨筋、返油、塌陷的缺欠出现的频率更高。


技术实现要素：

5.解决的技术问题：本技术主要是提出一种用于硅氧烷木器清漆的改性硅溶胶的制备方法及应用，解决现有技术中存在的施工固体分低、养护时间长、含有受限有机物及游离异氰酸等技术问题。技术方案：
6.一种用于硅氧烷木器清漆的改性硅溶胶的制备方法，包括如下步骤：
7.第一步：采用ph范围在3
‑
7之间的二氧化硅溶胶，在室温条件或40～80℃温度条件下加入二元、三元硅氧烷单体；
8.第二步：在加酸性催化剂或不加催化剂的条件下进行水解反应生成稳定的改性硅溶胶液体。
9.作为本发明的一种优选技术方案：所述二氧化硅溶胶中二氧化硅含量在20
‑
45％之间。
10.作为本发明的一种优选技术方案：所述二氧化硅溶胶中溶剂为水和/或醇醚类溶剂。
11.作为本发明的一种优选技术方案：所述二元、三元硅氧烷单体为甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、卞基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
12.作为本发明的一种优选技术方案：所述二氧化硅中的有效成分比例是20～60％，二元、三元硅氧烷单体占二氧化硅溶胶与二元、三元硅氧烷单体总量的40～80％。
13.作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步中的水解反应的反应条件具体为室温条件或25℃～81℃温度范围内恒温反应，所述第二步中水解反应＞4h。
14.作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步中水解反应4h以后，在80
‑
85℃之间，脱出甲醇溶剂。
15.作为本发明的一种优选技术方案：所述酸性催化剂的用量范围是物质总量的0～0.5％；所述酸性催化剂为纯浓度的或经水稀释10％
‑
40％的甲酸、乙酸、盐酸、磷酸中的一种或几种组合物。
16.本发明还公开了上述制备方法制备得到的用于硅氧烷木器清漆的改性硅溶胶在木器清漆中的应用。
17.作为本发明的一种优选技术方案：所述用于硅氧烷木器清漆的改性硅溶胶在木器清漆中的应用为：按质量份数配比在用于硅氧烷木器清漆的改性硅溶胶10
‑
20份中加入含缩水甘油醚聚硅氧烷25
‑
30份、活性稀释剂5
‑
10份、丙二醇甲醚10
‑
15份混合均匀即可。
18.有益效果：本技术所述用于硅氧烷木器清漆的改性硅溶胶的制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
19.1、有机挥发量低，高固体份施工，清漆膜光泽高、硬度高、显象性好、清透；有害物为零，不含异氰酸酯成分，无甲醛、无金属催化剂，无游离异氰酸根；产品干燥快、养护期短、48小时后即可使用。是木器清漆、家装材料的水性化产品。
20.2、在体系中起到增加固化性、提高施工固体份，润湿木材表面，阻隔单宁酸引起的涨筋现象；涂膜克服了目前普遍采用单组分聚氨酯(pud)不能形成高清晰度的缺欠。
21.3、这种清漆是由擦色、封底、罩光三层涂膜结构组成，也可以根据实际使用情况单独使用其中的任意一种或任意一种搭配使用。
22.4、涂膜清晰度高透光率可以提高2％，增强了木质纹理的立体感；涂膜克服了目前普遍采用的水性双组分聚氨酯木器清漆含有游离异氰酸根、含有金属催化剂、酮类溶剂的隐性环保缺欠。
23.5、涂膜硬度高，可以在硬木上达到3h的铅笔硬度；涂膜表面张力低，有自清洁功
能；涂膜克服了水溶型丙烯酸树脂或丙烯酸乳液制成的木器清漆，易玷污，硬度低，施工固体份低的缺欠。
24.6、产品可以作为擦色剂的展色载体树脂使用，适合木材及金属、玻璃、石材、指甲、部分塑料表面的装饰要求。
具体实施方式
25.实施例1
26.一种用于硅氧烷木器清漆的改性硅溶胶的制备方法，包括如下步骤：
27.第一步：采用ph范围在3
‑
7之间的二氧化硅溶胶，在室温条件或40～80℃温度条件下加入二元、三元硅氧烷单体；
28.第二步：在加酸性催化剂或不加催化剂的条件下进行水解反应生成稳定的改性硅溶胶液体。
29.所述二氧化硅溶胶中二氧化硅含量在20
‑
45％之间。
30.所述二氧化硅溶胶中溶剂为水和/或醇醚类溶剂。
31.所述二元、三元硅氧烷单体为甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、卞基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
32.所述二氧化硅中的有效成分比例是20～60％，二元、三元硅氧烷单体占二氧化硅溶胶与二元、三元硅氧烷单体总量的40～80％。
33.所述第二步中的水解反应的反应条件具体为室温条件或25℃～81℃温度范围内恒温反应；所述第二步中水解反应＞4h，所述第二步中水解反应4h以后，在80
‑
85℃之间，脱出甲醇溶剂；所述酸性催化剂的用量范围是物质总量的0～0.5％。所述酸性催化剂为纯浓度的或经水稀释10％
‑
40％的甲酸、乙酸、盐酸、磷酸中的一种或几种组合物。
34.用于硅氧烷木器清漆的改性硅溶胶在木器清漆中的应用为：双组分木器清漆的甲组分：
35.材料名称规格配合量阳离子型水性硅氧烷低聚物45
‑
55％20
‑
30甲酸20
‑
40％3
‑
5消泡剂80％0.1
‑
0.2润湿剂100％0.1
‑
0.2乙醇工业级2
‑
5去离子水工业级15
‑
30合计 35
‑
50％
36.按质量份数配比称取阳离子型水性硅氧烷低聚物20
‑
30份、酸催化剂3
‑
5份、消泡剂0.1
‑
0.2份、润湿剂0.1
‑
0.2份、醇醚类溶剂2
‑
5份、去离子水15
‑
30份，混合均匀；
37.双组分木器清漆的其中乙组分
[0038][0039]
按质量份数配比在用于硅氧烷木器清漆的改性硅溶胶10
‑
20份中加入含缩水甘油醚聚硅氧烷25
‑
30份、活性稀释剂5
‑
10份、丙二醇甲醚10
‑
15份混合均匀即可。在甲组分中加入乙组分，搅拌5
‑
10分钟，配成工作液，将工作液过滤，过滤后的工作液搅拌熟化30分钟即得双组分木器清漆。
[0040]
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。