一种水性木材保护剂及其制备方法

摘要

本发明涉及一种水性木材保护剂及其制备方法，该水性木材保护剂含有以下重量份的成分：水性树脂150-400份，干膜防腐剂3-8份，消泡剂3-8份，成膜助剂10-40份，非有机硅助剂200-400份，金属交联剂150-300份，蜡助剂50-150份，去离子水0-150份。本发明的水性木材保护剂为超低有机挥发物含量的绿色环保水性产品，施工简单，可刷涂、喷涂和浸涂。施工后能在木品表面形成具有荷叶效果的持久耐用保护层，此保护层具有非常好的防水、防腐、防紫外线、缓解木材开裂和变形的性能。

权利要求

1.一种水性木材保护剂，其特征在于，该水性木材保护剂含有以下重量份的成分：水性树脂150-400份，干膜防腐剂3-8份，消泡剂3-8份，成膜助剂10-40份，非有机硅助剂

200-400份，金属交联剂150-300份，蜡助剂50-150份和去离子水0-150份；所述水性树脂为固体含量为40-45%的水性丙烯酸乳液；所述非有机硅助剂为硬脂酸皂化乳液；所述金属交联剂选自硬脂酸锆、双环戊二烯基锆、硬脂酸铝或三烷基铝的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的水性木材保护剂，其特征在于，该水性木材保护剂含有以下重量份的成分：水性树脂200-300份，干膜防腐剂4-6份，消泡剂4-6份，成膜助剂15-30份，非有机硅助剂250-350份，金属交联剂180-250份，蜡助剂80-120份和去离子水50-150份。

3.根据权利要求1或2所述的水性木材保护剂，其特征在于，所述干膜防腐剂选自咪唑衍生物、正辛基异噻唑啉酮、芳基脲衍生物或咪唑衍生物/正辛基异噻唑啉酮混合物中的一种或两种。

4.根据权利要求1或2所述的水性木材保护剂，其特征在于，所述成膜助剂选自二乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇乙醚、2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯或丙二醇甲醚中的一种或两种。

5.根据权利要求1或2所述的水性木材保护剂，其特征在于，该水性木材保护剂中还包括以下重量份的成分：罐内杀菌剂1-4份，防冻剂5-25份，基材润湿剂2-5份，pH调节剂

2-5份，增稠剂3-6份，水性着色材料0-100份。

6.一种制备权利要求1-5任一项所述的水性木材保护剂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）将水性树脂加入到分散缸中，开始搅拌；

2）在搅拌状态下慢速将干膜防腐剂加入分散缸中；

3）将消泡剂、成膜助剂加入干净容器中，混合均匀后在搅拌状态下慢速加入到分散缸中，高速分散15分钟；

4）加入非有机硅助剂、金属交联剂、蜡助剂和85-95%的去离子水，中速搅拌10分钟；

5）加入剩余5-15%的去离子水，搅拌均匀，送检。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）将水性树脂加入到分散缸中，开始搅拌；

2）在搅拌状态下慢速将罐内杀菌剂、干膜防腐剂加入分散缸中；

3）将消泡剂、成膜助剂、防冻剂加入干净容器中，混合均匀后在搅拌状态下慢速加入到分散缸中，高速分散15分钟；

4）加入非有机硅助剂、金属交联剂、蜡助剂、基材润湿剂和85-95%的去离子水，中速搅拌10分钟；

5）加入pH调节剂、增稠剂和剩余5-15%的去离子水，搅拌均匀，根据需要加入水性着色材料进行调色，送检。

说明书

一种水性木材保护剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种木材保护剂，具体涉及一种具有荷叶效果的水性木材保护剂及其制备方法。

背景技术

[0002] “十一五”期间，我国确定了建设节约型、环境友好型社会，发展可持续、循环经济的目标，2005年底，国务院转发了国家发改委等12个政府部门做出的《关于加快推进木材节约和代用工作意见》，要求推行木材保护技术，延长木制品使用期限。鼓励对木材进行防腐、防虫（蚁）、防霉、干燥、阻燃、改性等保护处理。木材在户外和作为景观使用，必须经过防腐、防水处理才更经济、更耐用、更安全、更节约，这也与国民的消费水平提高，消费观念的改变密切相关。

[0003] 我国开展木材保护尤其在木材防腐方面历史悠久，水载型防腐剂铜铬砷（CCA）、铜氨（胺）季铵盐（ACQ）等新技术、新工艺的研究和应用也已有10年时间，木材保护产业已逐渐成为一个新兴的朝阳产业。但是，常规CCA防腐剂制造过程、防腐处理木材、使用过程中，未做到废液循环使用、零排放，无滴液区，未全部固着后就露天堆放或投入使用，CCA药剂的流失将会对人畜和环境造成危害和污染。这些问题给木材保护工业带来不良的后果，影响其健康发展，亟待解决。研发绿色环保的木材保护剂势在必行。

[0004] CN200410047075.1（CN1727142A，公开日2006年02月01日）、“木材保护剂”，公开了由磷酸二氰二胺、硼酸、季铵盐、烷基酚醚分散剂、低级醇类助溶剂、硅溶胶、硅烷偶联剂、软水剂和水组成的木材保护剂，该专利采用季铵盐与硼酸一起使得木材保护剂具有理想的防腐、防蛀能力。

[0005] CN200680033053.7（CN101378659A，公开日为2009年03月04日）、“用于木材保护的杀真菌剂混合物”，公开了一种保护木材的杀真菌混合物，利用的则是基于三唑酮和／或三唑醇以及铜化合物的新颖的协同混合物。可以保护木材，免受有害生物，特别是使木料枯萎的真菌的攻击、损害或破坏。

[0006] CN200710144325.7（CN101130255A，公开日为2008年02月27日）、“一种木材保护剂及其制备方法”，该木材保护剂由硼酸盐和复合表面活性剂组成。该发明解决了目前硼系化合物作为木材保护剂在水中的溶解度低和渗透性差的问题，对人畜无害，在生产及使用过程中不污染环境，可用于实木、人造板及其他木质材料防护处理，具有防腐、防虫、防白蚁、阻燃和抑烟的功能。

[0007] CN200810062631.0（CN101323121A，公开日为2008年12月17日）、“改性壳聚糖金属复合物木材防腐剂及其制造方法”，公开了杀菌剂、壳聚糖与硼酸共同起到杀菌、防腐作用。

[0008] CN200810065601.5（CN101486861A，公开日为2009年07月22日）、“一种环保抗菌型水性涂料及其制备方法”，该水性涂料包括去离子水、杀菌剂、成膜助剂、消泡剂、润湿剂、分散剂、纳米TiO2、乳液或水分散体树脂、填料、防沉剂、流平剂、增稠剂、pH调节剂、抗划伤剂或增滑剂、颜料或着色剂、特殊功能添加剂等。

[0009] 上述专利产品相比CCA防腐剂更加绿色环保，但其主要是对木材起到防腐、防虫、防白蚁的作用，其防水、防潮作用效果不明显。

发明内容

[0010] 本发明的目的是开发一种既能防水、防潮，又能防腐、防虫、防白蚁的绿色环保的具有荷叶效果的水性木材保护剂。

[0011] 本发明提供了一种水性木材保护剂，含有以下重量份的成分：水性树脂150-400份，干膜防腐剂3-8份，消泡剂3-8份，成膜助剂10-40份，非有机硅助剂200-400份，金属交联剂150-300份，蜡助剂50-150份和去离子水0-150份。

[0012] 本发明提供的一种水性木材保护剂，优选地，含有以下重量份的成分：水性树脂200-300份，干膜防腐剂4-6份，消泡剂4-6份，成膜助剂15-30份，非有机硅助剂250-350份，金属交联剂180-250份，蜡助剂80-120份和去离子水50-150份。

[0013] 所述水性树脂选自固体含量为40-45%的水性丙烯酸乳液；

[0014] 所述干膜防腐剂选自咪唑衍生物、正辛基异噻唑啉酮、芳基脲衍生物或咪唑衍生物/正辛基异噻唑啉酮混合物中的一种或两种；

[0015] 所述消泡剂选自有机硅氧烷类、聚醚类或聚醚改性硅类中的一种或两种；

[0016] 所述成膜助剂选自二乙二醇丁醚（DB）、二丙二醇丁醚(DPnB)、乙二醇单丁醚(BCS)、二乙二醇乙醚(DE)、2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯或丙二醇甲醚(PM)中的一种或两种；

[0017] 所述非有机硅助剂为硬脂酸皂化乳液；

[0018] 所述金属交联剂选自硬脂酸锆、双环戊二烯基锆、硬脂酸铝或三烷基铝的一种或两种；

[0019] 所述蜡助剂选自酯蜡、皂蜡或石蜡的一种或几种；

[0020] 本发明还提供了一种水性木材保护剂的制备方法，包括以下步骤：

[0021] 1）将水性树脂加入到分散缸中，开始搅拌；

[0022] 2）在搅拌状态下慢速将干膜防腐剂加入分散缸中；

[0023] 3）将消泡剂、成膜助剂加入干净容器中，混合均匀后在搅拌状态下慢速加入到分散缸中，高速分散15分钟；

[0024] 4）加入非有机硅助剂、金属交联剂、蜡助剂和85-95%的去离子水，中速搅拌10分钟；

[0025] 5）加入剩余5-15%的去离子水，搅拌均匀，送检。

[0026] 为了获得更好的性能，该水性木材保护剂还包括以下重量份的成分：罐内杀菌剂1-4份，防冻剂5-25份，基材润湿剂2-5份，pH调节剂2-5份，增稠剂3-6份，水性着色材料
0-100份。

[0027] 所述罐内杀菌剂选自甲醛缩合物、异噻唑啉酮或有机溴合成物中的一种或两种；

[0028] 所述防冻剂选自丙二醇或乙二醇，优选环保性更好的丙二醇；

[0029] 所述基材润湿剂选自聚二甲基硅氧烷、聚硅氧烷-聚醚共聚物、非离子类表面活性剂或氟碳聚合物类的一种或两种；

[0030] 所述pH调节剂选自氨水、三乙胺或醇胺，优选气味小的醇胺。调整水性木材保护剂pH值目的是为了保证储存过程中的稳定性，一般控制pH值在9-10之间；

[0031] 所述增稠剂选自丙烯酸类、聚氨酯类或纤维素醚类的一种或两种。

[0032] 所述水性着色材料选自水性氧化铁系颜料或水溶性有机染料；

[0033] 本发明还提供该水性木材保护剂的制备方法，包括以下步骤：

[0034] 1）先将水性树脂称入到分散缸中，开始搅拌；

[0035] 2）将罐内杀菌剂、干膜防腐剂称准，在搅拌状态下慢速加入分散缸中；

[0036] 3）将消泡剂、成膜助剂、防冻剂称入干净容器中，混合均匀后在搅拌状态下慢速加入到分散缸中，高速分散15分钟；

[0037] 4）加入非有机硅助剂、金属交联剂、蜡助剂、基材润湿剂和去离子水的85-95%，中速搅拌10分钟；

[0038] 5）加入pH调节剂、增稠剂和剩余5-15%的去离子水，搅拌均匀；根据需要加入水性着色材料进行调色，送检。

[0039] 本发明的技术核心是采用非有机硅助剂、金属交联剂和蜡助剂的组合，该组合与其他成分制成的产品能在木品表面形成持久耐用的保护层，此保护层具有荷叶效果，使最初形成的水珠能轻易滑落而减少水对木材的影响，进而达到非常好的防水、防腐、防紫外线、缓解木材的开裂和变形的性能；同时透明的颜色体系既能体现木材的自然纹理效果，又能有自然颜色的装饰效果。本系列产品适合用于在户外已制造成形的木制平台、木制门窗、栅栏、休闲桌椅及其他木制结构上。它还可以有效地用于其他的建材产品如砖，石材，混凝土等，以及水性木材上色漆中。

[0040] 本发明木材保护剂的制备方法简单，易操作，且对操作人员无害。

[0041] 本发明的一种具有荷叶效果的水性木材保护剂可直接使用，方式包括刷涂，浸涂以及喷涂。涂装施工时，可根据具体情况加入适量的水调节粘度。

[0042] 本发明的一种具有荷叶效果的水性木材保护剂，在化学作用形式方面，制造过程中硬脂酸皂化乳液和有机金属交联剂带的羟基部分先进行交联，施工在被保护木材上后，再和含有羟基和羧基的木材纤维素相互交联，最终形成优异的长效疏水保护层；物理作用形式方面，具有极强疏水效果的蜡助剂附着在木材的表面以及毛孔里，起到荷叶效果；具有强渗透性能的树脂携带杀菌剂和防腐剂进入到木材内部，起到杀虫、抗菌、防霉的作用。

[0043] 本发明的一种具有荷叶效果的水性木材保护剂，具有如下特点：

[0044] 1、超低VOC含量，对环境和人畜危害极小；

[0045] 2、户内户外均可使用，极大的降低木材的吸水度，防止木材发胀和开裂，并同时不影响水汽的进和出。具有优异的“呼吸”性能；

[0046] 3、具有优异的渗透性，可长时间保持抗菌、防霉效果；可做无色处理，也可加入水性着色材料做木材上色漆；

[0047] 4、可多道涂刷，即使已经干燥也不影响附着力；并且可以在上面施工溶剂型涂料；

[0048] 5、优异长效的荷叶效果，涂层赋予木材表面长期稳定的“荷花/鸭背”效应，即使两年以上疏水效果还能保持85%以上，可长时间的对木材进行保护，节能降耗。

具体实施方式

[0049] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0050] 下面对各种原料的采购情况是为了说明本发明的原料具有可得性，而不应用来限定本发明的范围。

[0051] 所述水性树脂选自固体含量为40-45%的水性丙烯酸乳液，例如CRAYVALLEY公司的CRAYMUL2121，该水性树脂为醇酸-丙烯酸乳液，固体含量43%，MFT(最低成膜温度)为3℃；DSM公司的NeoCryl XK-230，该水性树脂为丙烯酸乳液，固体含量为43%，MFT为5℃；
ALBERDINGK BOLEY GmbH公司的Alberdingk AC2514，该水性树脂为丙烯酸乳液，固体含量为43%；

[0052] 所述干膜防腐剂选自咪唑衍生物、正辛基异噻唑啉酮、芳基脲衍生物、咪唑衍生物/正辛基异噻唑啉酮的混合物的一种或上述任何两种的混合物；例如LANXESS(朗盛)公司的Preventol A14-D（咪唑衍生物、芳基脲衍生物及正辛基异噻唑啉酮的水溶液预制物）、Preventol A21-D（咪唑衍生物及正辛基异噻唑啉酮的水溶液预制物）等；

[0053] 所述消泡剂选自有机硅氧烷类、聚醚类或聚醚改性硅类中的一种或两种，如德国BYK公司的BYK-024、BYK-028（在聚乙二醇中的憎水固体和破泡聚硅氧烷的混合物，属于有机硅氧烷类）或EVONIK公司的TEGO foamex810（聚硅氧烷-聚醚共聚物，属于聚醚改性硅类）；

[0054] 所述成膜助剂选自二乙二醇丁醚（DB）、二丙二醇丁醚(DPnB)、乙二醇单丁醚(BCS)、二乙二醇乙醚(DE)、2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯或丙二醇甲醚(PM)中的一种或两种；例如陶氏的DB（二乙二醇丁醚）或伊斯曼化学的Texanol酯醇（2，2，4-三甲基-1，3戊二醇单异丁酸酯）；

[0055] 所述非有机硅助剂为硬脂酸皂化乳液，例如FedChem的AquaProof WB31A；

[0056] 所述金属交联剂选自硬脂酸锆、双环戊二烯基锆、硬脂酸铝、三烷基铝的一种或两种，例如FedChem的AquaProof WB31B（硬脂酸锆）；

[0057] 所述蜡助剂选自酯蜡、皂蜡或石蜡中的一种或几种，例如BYK公司的AQUACER539（基于改性石蜡的非离子型乳液），CHENSOL公司的Nanocer918（酯蜡、皂蜡、石蜡的混合物）；

[0058] 所述罐内杀菌剂选自甲醛缩合物、异噻唑啉酮或有机溴合成物中的一种两种，例如LANXESS(朗盛)公司的PreventolD7F(异噻唑啉酮和甲醛缩合物的混合物)或Preventol BIT20N（异噻唑啉酮的水性混合物）等；

[0059] 所述防冻剂选自丙二醇或乙二醇，优选环保性更好的丙二醇，例如美国陶氏公司的1,3-丙二醇；

[0060] 所述基材润湿剂选自聚二甲基硅氧烷、聚硅氧烷-聚醚共聚物、非离子类表面活性剂或氟碳聚合物类中的一种或两种，如德国BYK公司的BYK346、BYK348（属聚醚改性聚二甲基硅氧烷类），德国EVONIK公司的TEGO Wet KL245（属聚硅氧烷-聚醚共聚物类），杜邦公司的zonyl FS-610（属氟碳聚合物类）等；

[0061] 所述pH调节剂选自氨水或三乙胺或醇胺，优选气味小的醇胺，例如美国ANGUS的AMP-95（分子结构为2-氨基-2-甲基-1-丙醇）。

[0062] 所述增稠剂选自丙烯酸类、聚氨酯类、纤维素醚类的一种或上述任何两种的混合物，例如法国COATEX的Thixol53L（丙烯酸共聚物溶液）和Coapur830w（非离子型水性聚氨酯），德国明凌的PUR62（聚氨酯类），科莱恩的QP15000(羟乙基纤维素醚)等。

[0063] 所述水性着色材料选自水性氧化铁系颜料或水溶性有机染料，例如BASF公司的Xfast极速分散颜料（属水性氧化铁系颜料）、苏州三威公司的W系列水性纳米氧化铁系颜料浆（属水性氧化铁系颜料）、广东超全公司的WT系列水性色精（属水溶性有机染料）等。

[0064] 超全WT528A水性棕色精（广东超全）、75%钛白粉含量的水性钛白浆（北京展辰化工有限公司自产）、三威W-50071水性绿色浆（苏州三威）。

[0065] 实施例1

[0066] 1、组成：

[0067]

[0068] 2、制备方法：

[0069] 1）将BYK024、丙二醇和DB混合均匀；

[0070] 2）将水性树脂CRAYMUL2121称入到分散缸中，开动搅拌，然后在搅拌状态下加入Preventol D7F、Preventol A21-D以及预先混合好的BYK024、丙二醇和DB的预混物，在1000转/分的转速下分散15分钟；

[0071] 3）降低转速到500转/分，依次加入AquaProof WB31A、AquaProof WB31B、Nanocer918、TEGO Wet KL245和90kg的去离子水，继续搅拌10分钟；

[0072] 4）然后加入AMP-95、PUR62和8kg的去离子水，调整pH值到9.7，继续搅拌5分钟后过滤包装即可。

[0073] 3、应用：

[0074] 别墅花园落叶松木栅栏：先把需要做保护的落叶松木栅栏用240#砂纸打磨光滑，用羊毛刷直接在上面刷涂该透明水性木材保护剂，干燥6小时后，用400#砂纸轻砂后，继续刷涂一遍该透明水性木材保护剂，漆膜保护48小时后即可具有防水、防霉作用。

[0075] 实施例2

[0076] 1、组成：

[0077]

[0078] 2、制备方法

[0079] 1）将BYK024、乙二醇和DB混合均匀；

[0080] 2）将水性树脂CRAYMUL2121称入到分散缸中，开动搅拌，然后在搅拌状态下加入PreventolD7F、Preventol A21-D以及预先混合好的BYK024、乙二醇和DB的预混物，在1000转/分的转速下分散15分钟；

[0081] 3）降低转速到500转/分，依次加入AquaProof WB31A、AquaProof WB31B、Nanocer918、TEGO Wet KL245和50kg的去离子水，继续搅拌10分钟；

[0082] 4）然后加入AMP-95、PUR62和8kg的去离子水，调整pH值到9.7，继续搅拌5分钟；

[0083] 5）加入Xfast Red2816、XfastYellow1916、XfastBlack0066调成红棕色后过滤包装即可。

[0084] 3、应用：

[0085] 别墅花园落叶松木栅栏：先把需要做保护的落叶松木栅栏用240#砂纸打磨光滑，用羊毛刷直接在上面刷涂该红棕色水性木材保护剂，干燥6小时后，用400#砂纸轻砂后，继续刷涂一遍该红棕色水性木材保护剂，漆膜保护48小时后即可具有防水、防霉作用，并且纹理清晰、美观大方。

[0086] 经测试，上述实施例1和实施例2的发明的性能如下：

[0087]检测项目 实施例1 实施例2 标准
固体含量（wt%） 30.10 33.85 GB/T1725-2007
VOC含量(g/L) 91.90 81.41 GB18582-2008
表干 0.5小时 0.5小时 GB/T1728-1989
实干 2小时 2.5小时 GB/T1728-1989
吸水率 4.6 4.8 ASTM D4446

[0088] 实施例3

[0089] 制备过程同实施例1，pH值调整到9.7，步骤3）中使用的去离子水的量94kg，步骤4）中的去离子水的量为10kg，不同的是本实施例的水性木材保护剂的各组分如下：

[0090]

[0091] 实施例4

[0092] 制备过程同实施例1，pH值调整到9.7，步骤3）中使用的去离子水的量50kg，步骤4）中的去离子水的量为9kg，本实施例的水性木材保护剂各组分如下：

[0093]

[0094] 实施例5

[0095] 制备过程同实施例2，pH值调整到9.6，步骤3）中使用的去离子水的量100kg，步骤4）中的去离子水的量为9kg，本实施例的水性木材保护剂的各组分如下：

[0096]

[0097] 实施例6

[0098] 制备过程同实施例2，pH值调整到9.5，步骤3）中使用的去离子水的量109kg，步骤4）中的去离子水的量为11kg，本实施例的水性木材保护剂的各组分如下：

[0099]

[0100] 实施例7

[0101] 制备过程同实施例2，pH值调整到9.5，步骤3）中使用的去离子水的量106kg，步骤4）中的去离子水的量为9kg，本实施例的水性木材保护剂的各组分如下：

[0102]

[0103] 实验例：本发明水性木材保护剂的效果实验

[0104] 1、室内评估:

[0105] 使用7组各6块20毫米规格的红杉木块浸入到实施例1-7中15分钟，在常温条件下干燥3天后，然后浸入到水中，对木块的膨胀率和吸水率进行了检测。作为比较，同时选用了两款市场上的溶剂型保护油使用相同的方法制备了木块，一同浸入水中进行对比。同时也使用了一块未经任何处理的木块浸入到水中进行对比。

[0106] 市场溶剂型保护油A的主要成分为吹制亚麻仁油；

[0107] 市场溶剂型保护油B的主要成分为亚麻籽油和巴西棕榈蜡：

[0108] 具体测试结果如下：

[0109]

[0110] 从以上结果可以看出，与未处理的木块相比，使用实施例1-7木材保护剂对木块进行处理后，可在木块被水浸泡90分钟后，减少65%的膨胀率和85%的吸水率。此性能大大高出了同时进行测试的溶剂型保护油产品。

[0111] 2、户外耐用性-木材

[0112] 分别使用实施例1-7木材保护剂和市场上的一种常规的溶剂型保护油A同时处理3X5英寸规格的松木，红杉木和5层的人造板，充分干燥后与未进行处理的基材一同以45°角放置在户外(北京展辰化工有限公司实验楼楼顶)经过1年的户外暴晒后，根据ASTM D4446-2005《液态水环境下未加工的微分膨胀和防水加工制剂的抗膨胀效果的试验方法》测试吸水率；根据AATCC22-2005《纺织品拒水性测试喷淋法》测试水珠效果。

[0113] 结果如下：

[0114]