一種水性外層底油印鐵塗料及其製備方法與流程

2023-07-14 07:30:01 3

本發明涉及印鐵塗料領域，特別是涉及一種水性外層底油印鐵塗料及其製備方法。
背景技術：
：馬鐵口又稱鍍錫鐵，是電鍍錫箔鋼板的俗稱，廣泛應用於包裝容器(制罐、制桶及食品飲料包裝)領域。我國包裝行業的發展使得制罐行業有了巨大的發展，這一發展帶動了印鐵塗料的發展。印鐵塗料屬於熱固性塗料，經過印刷或輥塗塗裝到金屬表面(馬口鐵、鋁板、鋼板)，然後烘烤固化，形成堅韌的塗膜。印鐵塗料有內層塗料、外層塗料之分；外塗料又可分為外層底油、印刷型白墨和輥塗型白墨、彩色油墨、罩光油等。印鐵塗料的主要特性是對金屬片的黏附強，耐腐蝕性、耐蒸煮、耐烘烤、耐溶劑、耐光及加工性好(成型、衝切、接縫等)。印鐵打底塗料是馬口鐵與油墨質檢的一層連接劑，其作用是使油墨或白塗料能夠牢固的附著與馬口鐵上。印鐵製罐一般是先印刷，後成型，因此在彎曲、拉伸、焊接、翻邊、卷封等加工過程中除要求幹透的塗層及油墨層具有足夠的強度、韌性外，還要求它們對馬口鐵有足夠的附著力，以免在加工成型過程中產生漆膜及油墨層過度變形、開裂，甚至從馬口鐵上脫落的現象。針對現有印鐵工藝中的操作條件，對於外層底漆的性能一般有以下要求：固化時間短，漆膜透明性好，良好的流平性，適當的漆膜硬度和良好的柔韌性，利於後續加工，能夠很好的匹配油墨過白塗料，對各類馬口鐵有良好的附著性。目前國內應用的印鐵外層打底塗料多為溶劑型產品，隨著人們環保意識的提高和環保法律法規的健全，水性化是行業趨勢。技術實現要素：基於此，本發明的目的在於，提供一種水性外層底油印鐵塗料，具有良好的附著力、硬度、流平性和耐衝擊性，且較為環保。本發明的目的在於，提供一種水性外層底油印鐵塗料的製備方法，其工藝簡單，有利於環保。本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種水性外層底油印鐵塗料，包括以下重量份的組分：水溶性丙烯酸樹脂20～40份、水性交聯劑5～15份、水性附著力促進劑0～5份、潤溼劑0～1份、消泡劑0～1份、流平劑0～1份、酸催化劑0.01～1份、助溶劑3～8份、水30～55份。本發明利用水性交聯劑與水溶性丙烯酸樹脂中的羥基、羧基官能團交聯，使線型分子相互鍵合交聯形成網狀結構，提高樹脂的強度、彈性和耐衝擊性；利用酸催化劑促進樹脂和水性交聯劑之間的反應，降低固化溫度，避免高溫影響樹脂的柔韌性；利用助溶劑增加反應物在水中的溶解度，提高塗料的水溶性和流平性；利用水性附著力促進劑提高漆膜與基材的附著力，防止漆膜脫落；利用水作為溶劑，減少有機溶劑的揮發。相對於現有技術，本發明通過優化各組分配比，獲得的水性外層底油印鐵塗料兼顧了良好的附著力、硬度、流平性和耐衝擊性，並且採用水代替大部分有機溶劑，使得揮發性有機化合物大大降低，相較現有油性外層底油印鐵塗料更為環保。進一步，所述水溶性丙烯酸樹脂包括以下重量份的組分：(n-羥甲基)丙烯醯胺0.1～1.5份、(甲基)丙烯酸5～15份、苯乙烯12～32份、(甲基)丙烯酸丁酯或丙烯酸正(異)辛酯10～30份、(甲基)丙烯酸羥乙(丙)酯5～15份、引發劑1～4份、醇醚類溶劑20～50份、胺中和劑4～20份。其中，(n-羥甲基)丙烯醯胺作為功能單體提供交聯基團，交聯形成大量網狀結構，增加交聯密度，有助於提高樹脂的強度、彈性和耐衝擊性；(甲基)丙烯酸提供羧基官能團，(甲基)丙烯酸羥乙(丙)酯提供羥基官能團，有助於提高樹脂的水溶性；苯乙烯作為硬單體，其玻璃化溫度高，由玻璃態向高彈態轉變的溫度高於反應溫度，表現出脆性，有助於提高樹脂的硬度和拉伸強度；(甲基)丙烯酸丁酯或丙烯酸正(異)辛酯作為軟單體，其玻璃化溫度低，由玻璃態向高彈態轉變的溫度低於反應溫度，有助於提高樹脂的柔韌性和延伸性。通過優化各組分配比，獲得的丙烯酸樹脂兼顧了良好的硬度、柔韌性和水溶性，以便與水性交聯劑協同作用，並以水作為溶劑來製備水性外層底油印鐵塗料。進一步，所述水溶性丙烯酸樹脂的分子量為1000～10000。優選5000～8000，樹脂分子量過大，粘度較高，生產困難；樹脂分子量過小，漆膜柔韌性、硬度無法滿足要求。進一步，所述水溶性丙烯酸樹脂的酸值為50～200mgkoh/g。優選70～110mgkoh/g，酸值太低影響潤溼分散性，導致漆膜對基材的附著力不夠；酸值太高漆膜容易發脆。進一步，所述引發劑為偶氮腈引發劑、叔戊基過氧化物或叔丁基過氧化物。引發劑用於引發單體進行聚合反應，引發劑含量過低，樹脂分子量過大，單體轉換率低；引發劑含量過高，生產熱量大，難以及時排除，影響樹脂的力學性能和熱穩定性。進一步，所述胺中和劑為二甲基乙醇胺。二甲基乙醇胺可以中和樹脂的自由酸度，與樹脂中的羧基反應，使之成鹽溶於水。進一步，所述酸催化劑為二壬基萘二磺酸、二壬基萘磺酸、十二烷基苯磺酸或對甲苯磺酸。優選十二烷基苯磺酸或對甲苯磺酸的封閉型酸催化劑。通過添加適當的酸催化劑，可以促進基礎樹脂和交聯劑之間的反應，樹脂官能團和交聯劑官能團之間的反應也可以得以有效的控制，從而達到降低固化溫度，縮短固化時間，提高塗料的硬度、光澤、耐潮溼性、耐腐蝕性和機械性能的作用。進一步，所述助溶劑為醇類、醚類或酯類化合物。如乙二醇、丙二醇、正丁醇、異丁醇、一縮乙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、十二碳酯醇，優選丙二醇甲醚醋酸酯或乙二醇丁醚，可以提高塗料穩定性、成膜性、流平性以及漆膜的光澤度。進一步，所述水性交聯劑為水溶性氨基樹脂或水性異氰酸酯。優選高度甲醚化氨基樹脂，可與水溶性丙烯酸樹脂中的羥基、羧基等官能團交聯，使漆膜具有優異的硬度、柔韌性的平衡。進一步，所述消泡劑為磷酸酯。磷酸酯不含矽，不會影響底漆與面漆之間的附著。進一步，所述水性附著力促進劑為環氧改性磷酸酯。環氧改性磷酸酯可進一步提高漆膜在基材的附著力及漆膜本身的柔韌性。進一步，所述潤溼劑和流平劑為磷酸酯改性丙烯酸酯聚合物。可在實際應用中按需添加。一種水性外層底油印鐵塗料的製備方法，包括以下步驟：s1：將醇醚類溶劑加入反應容器中，升溫至90～150℃；s2：將(n-羥甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸、苯乙烯、(甲基)丙烯酸丁酯或丙烯酸正(異)辛酯、(甲基)丙烯酸羥乙(丙)酯與引發劑混合溶解，製得丙烯酸樹脂單體引發劑混合溶液；s3：將步驟s2所得丙烯酸樹脂單體引發劑混合溶液加入到步驟s1所述反應容器中，反應1～4h，補加引發劑，保溫1～3h，冷卻後加入胺中和劑，製得水溶性丙烯酸樹脂；s4：將水性交聯劑、水性附著力促進劑、潤溼劑、消泡劑、流平劑、酸催化劑、助溶劑、水與步驟s3所得水溶性丙烯酸樹脂混合，進行攪拌，製得所述水性外層底油印鐵塗料。相對於現有技術，本發明的製備方法工藝簡單，反應溫度較低，無須使用複雜的高溫加熱設備，並且採用水代替大部分有機溶劑，避免由於有機溶劑含量高導致塗料味道重，同時降低了有機化合物的揮發，具有更好的環保性。進一步，所述步驟s1中，在反應容器中通入氮氣。氮氣的化學性質不活潑，溫度不高時很難跟其它物質發生反應，通入氮氣的作用是去除空氣中的氧氣，防止聚合過程中反應物被氧化，影響聚合反應的進行。進一步，所述步驟s4中，攪拌速度為800～1000r/min，攪拌時間為1～3h。在該攪拌條件下可以使基礎樹脂與交聯劑充分混合均勻，提高塗料性能，若攪拌速度過慢或攪拌時間過短，混合不充分，粘度過大影響塗料的均勻性和流動性，若攪拌速度過快或攪拌時間過長，耗能且導致水性溶劑蒸發，也會影響塗料的流動性。為了更好地理解和實施，下面詳細說明本發明。具體實施方式本發明的一種水性外層底油印鐵塗料，包括以下重量份的組分：水溶性丙烯酸樹脂20～40份、水性交聯劑5～15份、水性附著力促進劑0～5份、潤溼劑0～1份、消泡劑0～1份、流平劑0～1份、酸催化劑0.01～1份、助溶劑3～8份、水30～55份。具體的，所述水溶性丙烯酸樹脂包括以下重量份的組分：n-羥甲基丙烯醯胺0～1.5份、(甲基)丙烯酸5～15份、苯乙烯12～32份、(甲基)丙烯酸丁酯或丙烯酸正(異)辛酯10～30份、(甲基)丙烯酸羥乙(丙)酯5～15份、引發劑1～4份、醇醚類溶劑20～50份、胺中和劑4～20份。具體的，所述水溶性丙烯酸樹脂的分子量為1000～10000，優選5000～8000。具體的，所述水溶性丙烯酸樹脂的酸值為50～200mgkoh/g，優選70～110mgkoh/g。具體的，所述引發劑為偶氮腈引發劑、叔戊基過氧化物或叔丁基過氧化物。具體的，所述胺中和劑為二甲基乙醇胺。具體的，所述酸催化劑為二壬基萘二磺酸、二壬基萘磺酸、十二烷基苯磺酸或對甲苯磺酸，優選十二烷基苯磺酸或對甲苯磺酸的封閉型酸催化劑。具體的，所述助溶劑為醇類、醚類或酯類化合物。具體的，所述水性交聯劑為水溶性氨基樹脂或水性異氰酸酯，優選高度甲醚化氨基樹脂。具體的，所述水性附著力促進劑為環氧改性磷酸酯。具體的，所述消泡劑為磷酸酯。具體的，所述潤溼劑和流平劑為磷酸酯改性丙烯酸酯聚合物。本發明的一種水性外層底油印鐵塗料的製備方法，包括以下步驟：s1：將醇醚類溶劑加入反應容器中，升溫至90～150℃；s2：將(n-羥甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸、苯乙烯、(甲基)丙烯酸丁酯或丙烯酸正(異)辛酯、(甲基)丙烯酸羥乙(丙)酯與引發劑混合溶解，製得丙烯酸樹脂單體引發劑混合溶液；s3：將步驟s2所得丙烯酸樹脂單體引發劑混合溶液加入到步驟s1所述反應容器中，反應1～4h，補加引發劑，保溫1～3h，冷卻後加入胺中和劑，製得水溶性丙烯酸樹脂；s4：將水性交聯劑、水性附著力促進劑、潤溼劑、消泡劑、流平劑、酸催化劑、助溶劑和水加入步驟s3所得水溶性丙烯酸樹脂中，進行攪拌，製得所述水性外層底油印鐵塗料。具體的，所述步驟s1中，在反應容器中通入氮氣。具體的，所述步驟s4中，攪拌速度為800～1000r/min，攪拌時間為1～3h。下面結合具體實施例進一步說明。實施例1本實施例的中的水性外層底油印鐵塗料，包括以下重量份的組分：水溶性丙烯酸樹脂30份、部分甲醚化氨基樹脂9份、環氧改性磷酸酯3份、磷酸酯改性丙烯酸酯聚合物0.4份、磷酸酯0.1份、十二烷基苯磺酸0.5份、醇酯十二7份、水50份；所述水溶性丙烯酸樹脂包括以下重量份的組分：n-羥甲基丙烯醯胺1份、丙烯酸15份、苯乙烯27.5份、丙烯酸丁酯30份、甲基丙烯酸羥乙酯12.5份、偶氮二異丁氰2.5份、丙二醇甲醚40份、二甲基乙醇胺11.25份。本發明通過優化各組分配比，獲得的水性外層底油印鐵塗料兼顧了良好的附著力、硬度、流平性和耐衝擊性，並且採用水代替大部分有機溶劑，使得揮發性有機化合物大大降低，相較現有油性外層底油印鐵塗料更為環保。實施例2本實施例中的水性外層底油印鐵塗料的製備方法，包括以下步驟：(1)製備水溶性丙烯酸樹脂將15g丙二醇丁醚和15g二乙二醇甲醚加入反應容器中，通氮氣，攪拌升溫至140～150℃；將丙烯醯胺1.0g、苯乙烯27g、丙烯酸丁酯10g、甲基丙烯酸羥乙酯1.6g、甲基丙烯酸2.6g、甲基丙烯酸甲酯2.9g、丙烯酸羥丙酯3.1g、丙烯酸2.8g、丙烯酸異辛酯9.0g、過氧化二叔戊基1.5g混合溶解，得到單體引發劑混合溶液，待反應溫度為140～150℃時，將該單體引發劑混合溶液均勻滴加至反應容器中，滴加時間為3h，保持反應為保持在140～150℃；單體引發劑混合溶液滴完後，在140～150℃保溫1h，補加過氧化二叔戊基0.05g、丙二醇丁醚2.5g、二乙二醇丁醚2.5g的混合溶液，保溫1.5h，再加入過氧化二叔戊基0.05g、丙二醇丁醚2.5g、二乙二醇丁醚2.5g的混合溶液，保溫2h；然後降溫至60℃，加入二甲基乙醇胺4.3g，攪拌30min，得到淡黃色的水溶性丙烯酸樹脂。(2)製備水性外層底油印鐵塗料準備去離子水30g、磷酸酯0.2g、步驟(1)所得水溶性丙烯酸樹脂30g、高度甲醚化氨基樹脂8.7g、磷酸酯改性丙烯酸酯聚合物0.9g、十二烷基苯磺酸0.9g、醇酯十二3g、去離子水21g，往容器中依次加入上述物料，邊攪拌邊加入，攪拌速度為1000r/min，每次攪拌均勻後加入下一個物料，加完後繼續攪拌1h，混合均勻，即製得水性外層底油印鐵塗料。本發明製備的水性外層底油印鐵塗料作為實施例樣品，與同類油性樣品性能進行比較，如下表所示。比較對象鉛筆硬度塗膜外觀附著力/級耐衝擊性/cm實施例樣品2h光滑平整1正衝50，反衝50同類油性樣品3h光滑平整1正衝45，反衝40從表中性能對比可見，本發明的水性外層底油印鐵塗料的性能與油性外層底油印鐵塗料相當，本發明的有益效果是：製備工藝相較現有油性外層底油印鐵塗料更加簡單，製備溫度較低，無須使用複雜的高溫加熱設備；並且採用水代替大部分有機溶劑，避免由於有機溶劑含量高導致塗料味道重，同時降低了有機化合物的揮發，具有更好的環保性。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。當前第1頁12