一种水性钢桶涂料、制备工艺及用途
技术领域
本发明涉及领域，尤其涉及一种水性钢桶涂料、制备工艺及用途。
背景技术
钢桶是现今工业领域用于盛装汽油、柴油及各类化工原料比较多的容器，其具有体积大，强度高，不易破损和方便运输等特点，所以得到了各企业的认可。同时，为了能够明确钢桶内所装物料的性质以及对钢桶自身的保护，所以，钢桶生产商往往会在钢桶的表面涂上保护漆。
随着人们对于环境问题的日益重视，环保法规也日趋严格，各种环保条例对于挥发性有机物(VOC)的排放量、有机溶剂以及各种重金属的含量都有严格的限制。绿色、环保型涂料已经成为涂料行业发展的趋势。
金属烤漆是一种应用较为广泛的工业漆，很多金属制品都是通过在表面涂装金属烤漆以起到保护和装饰的作用。传统烤漆涂料价格低廉、涂膜光亮、坚硬、附着力强，常用于机械制造、机电以及五金等行业。然而，这些的传统烤漆烘烤不仅存在温度高、干燥时间长、能耗大、韧性较差等缺点，而且储存期较短；传统的烤漆多以有机溶剂为溶剂，这对于日益严格的环保要求而言，明显是不利的，且现有的钢桶保护漆对于金属表面的附着力往往都比较的弱，受到撞击后都容易发生剥离，因此，对钢桶的保护时间普遍都比较的短暂，为达到保护效果，往往需要涂覆多层涂料，现有的涂料由于平整度和结合力较差，往往需要在每次涂布涂料后都进行烘烤来避免由于烘烤不均匀而产生的气泡和流平等缺陷，既不够节能还需要耗费较长的时间，同时，目前钢桶外部涂料的涂布方式主要是采用先制桶后喷涂的方式，然而喷涂涂布容易出现涂布不均匀，浪费涂料等问题。
发明内容
因此，为解决上述问题，实现，本发明提供了一种水性钢桶涂料、制备工艺及用途。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种水性钢桶涂料，至少包括以下重量份的组分：
优选的，包括以下重量份的组分：
优选的，包括以下重量份的组分：
优选的，包括以下重量份的组分：
优选的，所述色浆包括以下重量份的组分：
所述颜料分散剂为zetasperse3800颜料分散剂。
优选的，所述丙烯酸乳液为万华antkote 2083丙烯酸乳液，所述氨基树脂为湛新Cymel 303，所述封闭水性催化剂为金氏Nacure 5925，所述湿润剂为赢创TEGO WET 872，所述流平剂为赢创420流平剂。
优选的，一种水性钢桶涂料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：制备环氧改性丙烯酸树脂；
S2：制备环氧磷酸酯；
S3:制备色浆：将步骤S1中制得的环氧改性丙烯酸树脂，以及乙二醇丁醚、DMEA 中和剂、消泡剂、助分散剂、颜料分散剂、去离子水、钛白粉和色粉按比例配料并放入高速分散机中按900-1100转/分钟的转速分散30分钟，在冷却状态下放入砂磨机研磨40分钟组成粒径小于6微米的红色颜料；
S4：按比例配料：将丙烯酸乳液、色浆、步骤S2制备的环氧磷酸酯、湿润剂、增稠剂、氨基树脂、二丙二醇甲醚、流平剂、去离子水以及封闭水性催化剂按如权利要求1中所述的比例进行称重配比；
S5:搅拌混合：在室温下将按S4配比后的材料在高速分散机转速200-500转搅拌大于30分钟后过滤，检测，包装获得水性钢桶涂料。
优选的，步骤S1中所述自制环氧改性丙烯酸树脂的制备工艺如下：
S11：制备底料：配备15-20份乙二醇丁醚,将35-45份南通星辰901固体环氧树脂溶解成环氧溶液,再加入18-30份丙烯酸单体，混合后作为底料备用；
S12：制备单体混合溶液：将17-30份苯乙烯、45-65份丙烯酸丁酯、5-15份甲基丙烯酸甲酯、1-5份丙烯酸羟丙酯、3-5份过氧化2-乙基己酸叔丁酯(TBPO) 引发剂以及10-20份丙二醇甲醚溶剂混合制成混合液；
S13：准备其他材料：另配备0.2-1.0份过氧化2-乙基己酸叔丁酯(TBPO)引发剂、0.2-1.0份丙二醇甲醚溶液作为补充引发，6-16份正丁醇，20-40份乙二醇丁醚作为稀释剂，2.2-3.6份二甲基乙醇胺作为中和剂
S14：搅拌混合：
S141：将按步骤S11中配备好的底料在搅拌状态下升温至95℃-100℃；
S142：将按步骤S12配备的混合液用3小时的时间均匀滴加至搅拌加热后的底料中，温度控制95-100℃，滴加完毕后保温1小时；
S143：将步骤S13中配备的过氧化2-乙基己酸叔丁酯(TBPO)引发剂和丙二醇甲醚溶液用0.5小时的时间均匀滴加至步骤S14.2中制备好的材料中，滴加完毕后在95℃-100℃的温度下保温2.5-3小时；
S144：保温结束，冷却至70℃并加入步骤S13中配备的正丁醇，乙二醇丁醚，以及二甲基乙醇胺(DMEA)，搅拌均匀，继续冷却至50℃以下，过滤包装备用。以上工艺成可水溶性的环氧改性丙烯酸树脂。
优选的，步骤S2中所述自制环氧磷酸酯的制备工艺如下：
S21：制备环氧溶液：将3.0-5.0份乙二醇丁醚和7-10份南通星辰850S环氧树脂在搅拌状态下加热至45℃，溶解后制成环氧溶液；
S22.预溶：将0.6-1.2份85％磷酸，0.2-1.0份去离子水和0.2-1.0份乙二醇丁醚预先室温下进行溶解；
S23.准备其他材料：配备2.2-7.0份乙二醇丁醚以及0.6-1.6份二甲基乙醇胺；S24：磷化：
S241：将步骤S22中制备的环氧溶液加入至步骤S21中预溶后的物料中，升温至60℃保温1小时，然后1小时内升温至100℃-110℃，保温3小时；
S242：加入2.0-5.0份乙二醇丁醚后冷却至50℃；
S243：加入0.6-1.6份二甲基乙醇胺和0.2-2.0份乙二醇丁醚乙二醇丁醚，搅拌均匀制成水溶性环氧磷酸酯树脂。
优选的，一种水性钢桶涂料的应用方法，用于涂布钢桶表面，包括以下步骤： S1：送铁：打开整个片材包装，由叉车送至生产线前段，放置夹送辊上，通过磁吸方式连续将铁板依次送入前处理工段；
S2：前处理：将金属板材通过专用处理液进行除油脱酯，喷淋清洗干净后然后用钝化液进行钝化，再进行加热烘干金属板材；
S3：辊涂：将金属板材磁力吸附，放置于输送链上，料槽预先放置水性涂料，通过胶辊涂布两遍，第一遍涂布后不进行烘烤立即涂布第二遍水性涂料；
S4：烘烤：涂布后金属板材通过输送线进入隧道式烘房，速率为30-40张/分钟。烘房设置烘烤温度前段140℃，中段温度140℃，后端温度170℃，控制板材通过后端恒温区3-5分钟；
S5：冷却：然后通过鼓风冷却板材；
S6：收料：通过收料机将金属片材堆放整齐；
S7：制桶：将步骤S4中的片材进行裁剪、卷圆、电阻焊接，补涂焊缝涂料以及将上、下盖封合，最终制成包装桶。
本发明技术方案的有益效果主要体现在：
1、本方案中的一种水性钢桶涂料成膜后，膜之间的结合力较好，表面平整度较高，不会产生气泡、流平等缺陷，能够在第一次涂布涂料后不经烘烤直接涂覆第二层涂料，减少涂布工艺，同时该涂料成膜后具有较高的耐磨性和耐蒸煮性，能够有效保护钢桶表面不受损坏。
2、本方案通过自制的环氧磷酸酯增强了水性钢桶涂料的附着力，解决了钢桶漆膜附着力和抗冲击性不佳，漆膜易脱落的问题。
3、本方案通过添加特定分散剂，促使颜填料充分分散，涂层无明细颗粒添加流平，润湿助剂，并且合成合适分子量的环氧改性丙烯酸树脂和环氧磷酸酯的综合措施使涂层表面平整。
4、本方案先将钢桶片材利用辊涂的涂布方式涂覆涂料，再进行制桶，相对于传统的先制桶再喷涂得方式，不仅避免了喷涂导致的涂料浪费问题，同时利用快速烘烤的特点提升了工作效率。
5、本方案通过添加二甲基乙醇胺，提高了各原料之间的互溶性，同时，添加水性封闭催化剂有利于提高反应的效率，并且当钢桶水性漆涂布在钢桶表面的时候能够有效地提高水性漆的固化速率，从而也就提高了钢桶的生产效率。
具体实施方式
本发明揭示了一种水性钢桶涂料的制备工艺，包括以下步骤：
S1：制备环氧改性丙烯酸树脂；
具体地，步骤S1中所述自制环氧改性丙烯酸树脂的制备工艺如下：
S11：制备底料：配备15-20份乙二醇丁醚,将35-45份南通星辰901固体环氧树脂溶解成环氧溶液,再加入18-30份丙烯酸单体，混合后作为底料备用；
S12：制备单体混合溶液：将17-30份苯乙烯、45-65份丙烯酸丁酯、5-15份甲基丙烯酸甲酯、1-5份丙烯酸羟丙酯、3-5份过氧化2-乙基己酸叔丁酯(TBPO) 引发剂以及10-20份丙二醇甲醚溶剂混合制成混合液；
S13：准备其他材料：另配备0.2-1.0份过氧化2-乙基己酸叔丁酯(TBPO)引发剂、0.2-1.0份丙二醇甲醚溶液作为补充引发，6-16份正丁醇，20-40份乙二醇丁醚作为稀释剂，2.2-3.6份二甲基乙醇胺作为中和剂；
S14：搅拌混合：
S141：将按步骤S11中配备好的底料在搅拌状态下升温至95℃-100℃；
S142：将按步骤S12配备的混合液用3小时的时间均匀滴加至搅拌加热后的底料中，温度控制95-100℃，滴加完毕后保温1小时；
S143：将步骤S13中配备的过氧化2-乙基己酸叔丁酯(TBPO)引发剂和丙二醇甲醚溶液用0.5小时的时间均匀滴加至步骤S14.2中制备好的材料中，滴加完毕后在95℃-100℃的温度下保温2.5-3小时；
S144：保温结束，冷却至70℃并加入步骤S13中配备的正丁醇，乙二醇丁醚，以及二甲基乙醇胺(DMEA)，搅拌均匀，继续冷却至50℃以下，过滤包装备用。以上工艺制成可水溶性的环氧改性丙烯酸树脂；
根据以上制备工艺，提供以下实施例和对比例：
实施例1：
包括如下工艺：
S11：制备底料：配备18份乙二醇丁醚,将42份南通星辰901固体环氧树脂溶解成环氧溶液,再加入25份丙烯酸单体，混合后作为底料备用；
S12：制备单体混合溶液：将24份苯乙烯、55份丙烯酸丁酯、10份甲基丙烯酸甲酯、3份丙烯酸羟丙酯、4.2份过氧化2-乙基己酸叔丁酯引发剂以及12份丙二醇甲醚溶剂混合制成混合液；
S13：准备其他材料：另配备0.4份过氧化2-乙基己酸叔丁酯引发剂、0.8份丙二醇甲醚溶液作为补充引发，10份正丁醇，32.4份乙二醇丁醚作为稀释剂，2.6 份二甲基乙醇胺作为中和剂；
S14：搅拌混合：
S141：将按步骤S11中配备好的底料在搅拌状态下升温至95℃-100℃；
S142：将按步骤S12配备的混合液用3小时的时间均匀滴加至搅拌加热后的底料中，温度控制在95℃-100℃，滴加完毕后保温1小时；
S143：将步骤S13中配备的过氧化2-乙基己酸叔丁酯引发剂和丙二醇甲醚溶液用0.5小时的时间均匀滴加至步骤S14.2中制备好的材料中，滴加完毕后在95℃ -100℃的温度下保温2.5-3小时；
S144：保温结束，冷却至70℃并加入步骤S13中配备的正丁醇，乙二醇丁醚，以及二甲基乙醇胺，搅拌均匀，继续冷却至50℃以下，过滤包装备用。以上工艺制成可水溶性的环氧改性丙烯酸树脂H1。
对比例1：
包括如下工艺：
S11：制备底料：配备12份乙二醇丁醚,将32份南通星辰850S固体环氧树脂溶解成环氧溶液,再加入25份丙烯酸单体，混合后作为底料备用；
S12：制备单体混合溶液：将24份苯乙烯、55份丙烯酸丁酯、10份甲基丙烯酸甲酯、3份丙烯酸羟丙酯、4.2份过氧化2-乙基己酸叔丁酯引发剂以及12份丙二醇甲醚溶剂混合制成混合液；
S13：准备其他材料：另配备0.4份过氧化2-乙基己酸叔丁酯引发剂、0.8份丙二醇甲醚溶液作为补充引发，10份正丁醇，32.4份乙二醇丁醚作为稀释剂，2.6 份二甲基乙醇胺作为中和剂；
S14：搅拌混合：
S141：将按步骤S11中配备好的底料在搅拌状态下升温至95℃-100℃；
S142：将按步骤S12配备的混合液用3小时的时间均匀滴加至搅拌加热后的底料中，温度控制95℃-100℃，滴加完毕后保温1小时；
S143：将步骤S13中配备的过氧化2-乙基己酸叔丁酯引发剂和丙二醇甲醚溶液用0.5小时的时间均匀滴加至步骤S14.2中制备好的材料中，滴加完毕后在95℃ -100℃的温度下保温2.5-3小时；
S144：保温结束，冷却至70℃并加入步骤S13中配备的正丁醇，乙二醇丁醚，以及二甲基乙醇胺，搅拌均匀，继续冷却至50℃以下，过滤包装备用。以上工艺制成可水溶性的环氧改性丙烯酸树脂H2。
S2：制备环氧磷酸酯；
具体地，步骤S2中所述自制环氧磷酸酯的制备工艺如下：
S21：制备环氧溶液：将3.0-5.0份乙二醇丁醚和7-10份南通星辰850S环氧树脂在搅拌状态下加热至45℃，溶解后制成环氧溶液；
S22.预溶：将0.6-1.2份85％磷酸，0.2-1.0份去离子水和0.2-1.0份乙二醇丁醚预先室温下进行溶解；
S23.准备其他材料：配备2.2-7.0份乙二醇丁醚以及0.6-1.6份二甲基乙醇胺；
S24：磷化：
S241：将步骤S32中制备的环氧溶液加入至步骤S31中预溶后的物料中，升温至60℃保温1小时，然后1小时内升温至100℃-110℃，保温3小时；
S242：加入2.0-5.0份乙二醇丁醚后冷却至50℃；
S243：加入0.6-1.6份二甲基乙醇胺和0.2-2.0份乙二醇丁醚乙二醇丁醚，搅拌均匀制成水溶性环氧磷酸酯树脂。
根据以上制备工艺，提供以下实施例和对比例：
实施例2：
S21：制备环氧溶液：将4.6份乙二醇丁醚和8.6份南通星辰850S环氧树脂在搅拌状态下加热至45℃，溶解后制成环氧溶液；
S22：预溶：将0.87份85％磷酸，0.4份去离子水和0.8份乙二醇丁醚预先室温下进行溶解；
S23：准备其他材料：配备3.7份乙二醇丁醚以及1份二甲基乙醇胺；
S24：磷化：
S241：将步骤S22中制备的环氧溶液加入至步骤S21中预溶后的物料中，升温至60℃保温1小时，然后1小时内升温至100℃-110℃，保温3小时；
S242：加入3.3份乙二醇丁醚后冷却至50℃；
S243：加入1份二甲基乙醇胺和0.4份乙二醇丁醚，搅拌均匀制成水溶性环氧磷酸酯树脂L1。
对比例2：
S21：制备环氧溶液：将8.69份乙二醇丁醚和9.66份韩国国都SC-214固体环氧树脂在搅拌状态下加热至80℃，溶解后制成环氧溶液；
S22：预溶：将0.32份85％磷酸，0.18份去离子水和0.15份乙二醇丁醚预先室温下进行溶解；
S23：准备其他材料：配备0.55份乙二醇丁醚以及0.21份二甲基乙醇胺；
S24：磷化：
S241：将步骤S22中预溶后的物料加入至S21制备的环氧溶液步骤中，升温至 90℃保温1小时，然后1小时内升温至110℃-115℃，保温3小时；
S242：加入0.15份乙二醇丁醚后冷却至50℃；
S243：加入0.21份二甲基乙醇胺和0.4份乙二醇丁醚，搅拌均匀制成水溶性环氧磷酸酯树脂L2。
S3:制备色浆：将步骤S1中制得的环氧改性丙烯酸树脂，以及乙二醇丁醚、二甲基乙醇胺中和剂、消泡剂、助分散剂、颜料分散剂、去离子水、钛白粉和色粉按比例配料并放入高速分散机中按900-1100转/分钟的转速分散30分钟，在冷却状态下放入砂磨机研磨40分钟组成粒径小于6微米的红色颜料；
根据以上制备工艺，提供以下实施例和对比例：
实施例3：
将实施例1制得的14.05份环氧改性丙烯酸树脂H1，以及7.81份乙二醇丁醚、0.13份二甲基乙醇胺中和剂、0.39份赢创104润湿剂、0.31份赢创AD01 消泡剂、1.5份TEGOdispers 760W助分散剂、4.5份zetasperse3800颜料分散剂、25.76份去离子水、17.18份亨斯迈TR092钛白粉和29.67份科莱恩F3RK 红色颜料以及0.09份5000水性炭黑黑浆(上海百艳)按配料并放入高速分散机中按900-1100转/分钟的转速分散30分钟，在冷却状态下放入砂磨机研磨40 分钟组成粒径小于6微米的红色颜料X1；
对比例3：
TEGO dispers 755W颜料分散剂等量代替zetasperse3800颜料分散剂，其余材料配备和制备工艺与实施例3相同，制成粒径小于6微米的红色颜料X2；对比例4：
将对比例1制得的环氧改性丙烯酸树脂H2等量代替实施例1制得的环氧改性丙烯酸树脂H1，其余材料配备和制备工艺与实施例3相同，制成粒径小于6 微米的红色颜料X3；
对比例5：
将泰兴嘉祥810W水性丙烯酸树脂等量代替实施例1制得的环氧改性丙烯酸树脂H1，其余材料配备和制备工艺与实施例3相同，制成粒径小于6微米的红色颜料X4；
对比例6：
将去离子水等量代替实施例1制得的环氧改性丙烯酸树脂H1，其余材料配备和制备工艺与实施例3相同，制成粒径小于6微米的红色颜料X5；
根据实施例3以及对比例3-6制成的色浆X1-X5的测试效果如下：
由上表中X1与X3和X4的色浆状态对比可得，本方案中的色浆通过添加实施例 1中制得的环氧改性丙烯酸树脂，相对于对比例1制得的环氧改性丙烯酸树脂以及市面上常用的丙烯酸树脂能够防止分层和结块的问题，同时，通过实施例3 制得的X1与对比例6制得的X5相比较，可以得出环氧改性丙烯酸树脂的加入会对色浆状态造成较大的影响。
S4：按比例配料：至少包括按重量份的以下组分：
S5:搅拌混合：在室温下将按S4配比后的材料在高速分散机转速200-500转搅拌大于30分钟后过滤，检测，包装后获得水性钢桶涂料。
根据不同材料的配比和制备工艺，提供以下实施例和对比例：
实施例4：
S4按比例配料：至少包括按重量份的以下组分：
具体地，所述丙烯酸乳液为万华antkote 2083丙烯酸乳液，所述环氧改性丙烯酸树脂为按实施例1制得的环氧改性丙烯酸树脂H1，所述色浆为实施例3 制备的色浆X1，所述自制环氧磷酸酯为实施例2制备的环氧磷酸酯L1，所述湿润剂为赢创TEGO WET 872，所述增稠剂为万华U608增稠剂，所述氨基树脂为湛新cymel 303氨基树脂，所述流平剂为赢创420流平剂，所述封闭水性催化剂为金氏nacure 5925催化剂。
S5：搅拌混合：在室温下将按S4配比后的材料在高速分散机转速200-500转搅拌大于30分钟后过滤，检测，包装获得水性钢桶涂料T1。
实施例5：
S4按比例配料：至少包括按重量份的以下组分：
具体地，所述丙烯酸乳液为万华antkote 2083丙烯酸乳液，所述色浆为实施例 3制备的色浆X1，所述自制环氧磷酸酯为实施例2制备的环氧磷酸酯L1，所述湿润剂为赢创TEGO WET 872，所述增稠剂为毕克BYK420增稠剂，所述氨基树脂为湛新cymel 303氨基树脂，所述流平剂为赢创420流平剂，所述封闭水性催化剂为金氏nacure 5925催化剂。
S5：搅拌混合：在室温下将按S4配比后的材料在高速分散机转速200-500转搅拌大于30分钟后过滤，检测，包装获得水性钢桶涂料T2。
实施例6：
S4按比例配料：至少包括按重量份的以下组分：
具体地，所述丙烯酸乳液为万华antkote 2083丙烯酸乳液，所述色浆为实施例3制备的色浆X1，所述自制环氧磷酸酯为实施例2制备的环氧磷酸酯L1，所述湿润剂为赢创TEGOWET 872，所述氨基树脂为湛新cymel 327氨基树脂，所述流平剂为赢创420流平剂，所述封闭水性催化剂为金氏nacure 5925催化剂。 S5：搅拌混合：在室温下将按S4配比后的材料在高速分散机转速200-500转搅拌大于30分钟后过滤，检测，包装获得水性钢桶涂料T3。
对比例6：
用对比例2代替实施例2的环氧磷酸酯，其余成分，工艺和实施例4相同，制成水性钢桶涂料T4。
对比例7：
用对比例2代替实施例2的环氧磷酸酯，其余成分，工艺和实施例5相同，制成水性钢桶涂料T5。
对比例8：
湿润剂用赢创TEGO WET 245代替赢创TEGO WET 872，助溶剂用乙二醇丁醚替代二丙二醇甲醚，其余相同实施例5相同，制成水性钢桶涂料T6。
对比例9：
使用0.05份金氏nacure 2500封闭水性催化剂替代金氏nacure 5925催化剂，用5.75份湛新cymel 1156氨基树脂替代湛新cymel 303，其余成分和工艺实施例5相同，制成水性钢桶涂料T7。
根据实施例4-6以及对比例6-9制成的一种水性钢桶涂料T1-T7的测试效果如下：
根据上表中T1-T3与T4-T5的对比可知，本方案中通过添加自制的环氧磷酸酯，能够有效的提高涂层的结合力，从而提高表面的平整度，同时，该自制的环氧磷酸酯能够提高涂料在钢桶表面的固化能力和附着力，防止脱落和褪色；同时，根据T2与T6的对比可知，湿润剂和助溶剂的选择也会影响涂层表面的平整度。
一种水性钢桶涂料的应用方法，用于涂布钢桶表面，包括以下步骤：
S1：送铁：打开整个片材包装，由叉车送至生产线前段，放置夹送辊上，通过磁吸方式连续将铁板依次送入前处理工段；
S2：前处理：将金属板材通过专用处理液进行除油脱酯，喷淋清洗干净后然后用钝化液进行钝化，再进行加热烘干金属板材；
S3：辊涂：将金属板材磁力吸附，放置于输送链上，料槽预先放置水性涂料，通过胶辊涂布两遍，第一遍涂布后不进行烘烤立即涂布第二遍水性涂料；
S4：烘烤：涂布后金属板材通过输送线进入隧道式烘房，速率为30-40张/分钟。烘房设置烘烤温度前段140℃，中段温度140℃，后端温度170℃，控制板材通过后端恒温区3-5分钟；
S5：冷却：然后通过鼓风冷却板材；
S6：收料：通过收料机将金属片材堆放整齐；
S7：制桶：将步骤S4中的片材进行裁剪、卷圆、电阻焊接，补涂焊缝涂料以及将上、下盖封合，最终制成包装桶。
该涂布方法采用先涂布后制桶的步骤，相对于先制桶后喷涂的方式更加节省涂料，同时该涂布方式能够保证钢桶表面的涂层更加平整，避免涂布不均。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：石墨接头机器人自动装卡簧、装栓机
- 下一篇：光学PET膜表面高硬柔韧UV涂料
