一种提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法

摘要

本发明公开了一种提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法，在水性聚氨酯涂料中添加有半乳甘露聚糖组分，在不改变涂料硬度的情况下，可以有效提高水性聚氨酯涂料的耐磨性。水性涂料中添加1％的分子量范围为0.4×104～1.5×104Da的低分子量半乳甘露聚糖，涂料的耐磨性提高5.58％‑49.11％。本发明的提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法，具有工艺简单、条件易于控制、漆膜性能好，可广泛应用于装饰、家具、建筑、机械、化工等领域。

权利要求

1.一种提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法，其特征在于：在水性聚氨酯涂料中添加有半乳甘露聚糖组分；所述半乳甘露聚糖的添加量为1 3g/100mL，所述半乳甘露聚糖的分子~量为0.8×104Da  1.5×104Da。

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2.根据权利要求1所述的提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法，其特征在于，所述的半乳甘露聚糖的分子量范围为1.5×104Da。

3.根据权利要求1所述的提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法，其特征在于，在水性聚氨酯涂料使用前，加入半乳甘露聚糖组分，混合均匀。

4.根据权利要求1所述的提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法，其特征在于，每100mL水性聚氨酯涂料含有71.4mL的聚氨酯多羟基预聚体分散液和28.6mL的聚异氰酸酯固化剂。

说明书

一种提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法

技术领域

[0001] 本发明属于环保涂料技术领域，具体涉及一种提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法。

背景技术

[0002] 涂料是一种能牢固覆盖在物体表面，起保护、装饰、标志和其他特殊用途的化学混合物。按照涂料中溶剂的不同，可将涂料分为有机溶剂型涂料和水性涂料等。其中，溶剂型涂料的分散介质为有机溶剂，起到溶解树脂和稀释涂料的作用。溶剂型涂料在成膜固化过程中，有机溶剂挥发后成膜物质干结成膜，形成坚硬的保护膜，对木制品等基材起到保护和美化的作用。溶剂型涂料主要有苯系、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸等的挥发性有机物，这些挥发性物质在太阳光的作用下会发生许多光化学反应，形成毒性更大的二次污染物，如臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸酯等。由这些氮氧化合物、烃类化合物及其光化学反应的中间产物等所组成的特殊混合物即为光化学烟雾，臭氧的产生是光化学烟雾的标志。因此，低污染、环保型的研究开发已成为涂料行业发展的新方向。

[0003] 水性涂料不含或少含挥发性物质和空气污染物，对环境和人体健康危害小，已成为家具与建筑等领域绿色环保涂料的研究热点。但是，与传统的溶剂型涂料相比，水性涂料硬度偏低、耐磨性较差，不适于机械、化工等涂料磨损性强的领域。因此，改善水性涂料耐磨性特点，是提高其在涂料行业应用领域的重要举措。

发明内容

[0004] 发明目的：针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法，将一定分子量范围的低分子量半乳甘露聚糖均匀分散于水性涂料中，在不改变涂料硬度的情况下，提高水性涂料的耐磨性和光泽度。该法具有工艺简单、条件易于控制、漆膜性能好，可广泛应用于装饰、家具、建筑、机械、化工等领域。

[0005] 技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

[0006] 一种提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法，在水性聚氨酯涂料中添加有半乳甘露聚糖组分。

[0007] 所述的半乳甘露聚糖的g/mL添加量为1～3％。

[0008] 所述的半乳甘露聚糖的分子量范围为0.4×104～1.5×104Da。

[0009] 所述的半乳甘露聚糖的分子量范围为1.5×104Da。

[0010] 所述的提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法，在水性聚氨酯涂料使用前，加入半乳甘露聚糖组分，混合均匀。

[0011] 所述的提高水性聚氨酯涂料耐磨性的方法，每100mL水性聚氨酯涂料含有71.4mL的聚氨酯多羟基预聚体分散液和28.6mL的聚异氰酸酯固化剂。

[0012] 半乳甘露聚糖(Galactomannan，GM)是一种以甘露糖为基本结构单元通过β-1，4-糖苷键组成主链，以半乳糖通过α-1，6-糖苷键连接到主链上的非线性杂多糖，具有耐酸碱、热稳定性好、分子量高、粘度大、羟基含量高和水溶性强等特性。本申请将半乳甘露聚糖均匀分散于涂料中，多糖中丰富的羟基能和水性涂料中多元醇的醇羟基发生氢键结合，半乳甘露聚糖和涂料交联形成复合物，从而赋予水性涂料一些特殊性能。

[0013] 有益效果：有现有技术相比，本发明在水性聚氨酯涂料中添加一定分子量范围的半乳甘露聚糖，在不改变涂料硬度的情况下，可以有效提高水性涂料的耐磨性。该法具有工艺简单、条件易于控制、漆膜性能好，可广泛应用于装饰、家具、建筑、机械、化工等领域。

具体实施方式

[0014] 以下结合具体实施例对本发明作进一步阐述。实施例是为说明而非限制本发明。本领域中任何普通技术人员能够理解这些实施例，不以任何方式限制本发明，可做适当的修改而不违背本发明的实质和偏离本发明的范围。

[0015] 以下实施例中，半乳甘露聚糖分子量(Mw)采用高效液相凝胶色谱仪测定。色谱仪：HPLC高效液相色谱仪；色谱柱：Waters Ultrahydrogel TM 2000(7.8×300mm)、Waters Ultrahydrogel TM 250(7.8×300mm)和Waters Ultrahydrogel TM 120(7.8×300mm)三柱依次串联，；流动相：离子水，流速为0.6mL/min；柱温：65℃；示差检测器检测；标准样品：聚乙二醇(分子量为360-120000Da)。

[0016] 实施例1

[0017] 低分子量半乳甘露聚糖制备方法

[0018] (1)半乳甘露聚糖提取物制备。风干田菁胚乳片机械粉碎，按1∶50固液比加入蒸馏水，于50℃抽提24h后，于10000转/分条件下离心10min，获得上清液，向上清液中加入无水乙醇得到沉淀，沉淀物经真空干燥得到半乳甘露聚糖粉状固体。

[0019] (2)内切甘露聚糖酶选择性水解半乳甘露聚糖。称取步骤(1)中的半乳甘露聚糖提取物20.0g于2L酶反应罐中，加入蒸馏水、内切甘露聚糖酶、1mol/L柠檬酸缓冲液使反应液体积为1000mL，充分混合均匀，于底物浓度10％、酶加量20U/g半乳甘露聚糖、pH值4.8、50℃条件下反应24h，酶水解反应结束后，将酶水解物置于100℃下处理10min，使内切甘露聚糖酶失活，于10000转/分条件下离心10min，上清即为含半乳甘露聚糖不完全降解产物的酶解液。

[0020] (3)不同分子量范围的低分子量半乳甘露聚糖组分制备。取步骤(2)中的半乳甘露聚糖酶解上清液1000mL，在搅拌条件下加入无水乙醇，使体系中乙醇浓度为40％(v/v)，于10000转/分条件下离心10min，得到上清液和沉淀。沉淀用40％(v/v)的乙醇水溶液30mL分3次洗涤、离心(10000转/分、10min)，冷冻干燥，得到固体样品P1，并测定其分子量。上清液继续用于下一级的分级分离。

[0021] (4)取步骤(3)固液分离后的上清液，在搅拌条件下加入无水乙醇，使体系中乙醇浓度为50％(v/v)，于10000转/分条件下离心10min，得到上清液和沉淀。沉淀用50％(v/v)的乙醇水溶液30mL分3次洗涤、离心(10000转/分、10min)，冷冻干燥，得到固体样品P2，并测定其分子量。上清液继续用于下一级的分级分离。

[0022] (5)取步骤(4)固液分离后的上清液，在搅拌条件下加入无水乙醇，使体系中乙醇浓度为65％(v/v)，于10000转/分条件下离心10min，得到上清液和沉淀。沉淀用65％(v/v)的乙醇水溶液30mL分3次洗涤、离心(10000转/分、10min)，冷冻干燥，得到固体样品P3，并测定其分子量。

[0023] 结果表明，所得的不同分子量的低分子量半乳甘露聚糖P1、P2和P3的分子量分别为1.5×104Da、0.8×104Da和0.4×104Da。

[0024] 实施例2

[0025] 高耐磨性水性聚氨酯涂料的制备，步骤如下

[0026] (1)取市售的聚氨酯多羟基预聚体分散液(固含量为40％，w/v)和聚异氰酸酯固化剂(固含量为80％，w/v)，按照预聚体分散液∶固化剂10∶4(v∶v)的比例，量取71.4mL聚氨酯多羟基预聚体分散液和28.6mL聚异氰酸酯固化剂，在25℃下利用均质器分散10min，得到水性聚氨酯涂料。

[0027] (2)在步骤(1)得到的100mL水性聚氨酯涂料中按照1％、2％和3％的低分子量半乳甘露聚糖添加量，加入1g、2g、和3g不同分子量的半乳甘露聚糖(P1、P2和P3)作为改性剂，在25℃下利用均质器分散10min，得到改性水性聚氨酯涂料。

[0028] 实施例3

[0029] 取实施例2制得的水性聚氨酯涂料和改性聚氨酯涂料，利用压力喷射分别将改性前后的水性聚氨酯涂料涂覆于木质基材表面。所用的木质基材是多层胶合板，大小为10×10cm，涂覆厚度为60μm。当木质基材表面的涂料固化成膜后，将基材置于50℃鼓风干燥箱中干燥120min蒸发涂料中多余的水分，于室温通风放置7d后，进行附着力、光泽度、磨耗量和铅笔硬度检测。

[0030] 水性聚氨酯涂料和改性水性聚氨酯涂料的性能结果如表1所示。

[0031] 表1水性聚氨酯涂料和改性水性聚氨酯涂料性能

[0032] 编号 添加量(％) 附着力等级 铅笔硬度 磨损量(g) 耐磨性提高率(％)水性涂料 0 2 5H 0.0167 -P1+水性涂料 1 2 5H 0.0085 49.11
P1+水性涂料 2 2 5H 0.0091 45.51
PI+水性涂料 3 2 5H 0.0104 37.72
P2+水性涂料 1 2 5H 0.0103 38.32
P2+水性涂料 2 2 5H 0.0105 37.13
P2+水性涂料 3 2 4H 0.0117 29.94
P3+水性涂料 1 2 5H 0.0151 9.58
P3+水性涂料 2 2 4H 0.0155 7.19
P3+水性涂料 3 2 4H 0.0161 3.59

[0033] 结果表明，水性聚氨酯涂料中添加不同分子量的低分子量半乳甘露聚糖改性剂，不改变涂料在木质基材上的附着能力和涂料的硬度。当分别添加量为1％、分子量为1.5×104Da、0.8×104Da和0.4×104Da的低分子量半乳甘露聚糖时，水性涂料的耐磨性提高率分别为49.11％，38.32％和9.58％，说明半乳甘露聚糖作为水性涂料的改性剂能提高其耐磨性。