一種基於耐酒浸泡的玻璃酒瓶基材用水性丙烯酸氨基塗料的製作方法
2023-07-11 02:04:31
本發明屬於塗料領域，具體涉及一種玻璃酒瓶用外用水性環保塗料。
背景技術：
玻璃及玻璃製品的塗裝保護與裝飾在工業和民用領域有著廣泛的需求，如酒瓶、燈飾、香水瓶、透鏡和玻璃儀器等都需要在表面塗覆保護層和裝飾塗層。
然而，現有的玻璃塗料以溶劑型為主，無論是塗料的生產製造過程還是施工過程都會對環境造成不同程度的汙染。隨著pm2.5和霧霾現象的逐年加重，政府相繼制定或正在制定日趨嚴厲的法律法規，嚴格限制塗料voc的排放量。因此，水性玻璃塗料應運而生。目前，水性玻璃塗料的技術瓶頸在於硬度、耐介質性能以及塗層與基材間的附著力，尤其是在對耐酒性能要求極高的玻璃酒瓶塗裝。
技術實現要素：
本發明旨在攻克上述技術難關，為滿足玻璃酒瓶等玻璃器具塗裝需求，提供一種硬度高、耐酒性好、極佳附著力和低成本的一種水性環保塗料，給出了一種耐酒浸泡的水性塗裝方案。
本發明的另一目的是提供一種上述水性環保塗料的配製方法。
本發明的目的可以通過以下措施達到：
一種基於耐酒浸泡的玻璃酒瓶基材用水性丙烯酸氨基塗料，它包括如下重量份的組分：
本發明的助劑可選自分散劑、消泡劑和基材潤溼劑中的一種或幾種。
本發明的助溶劑可選自丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、丁醇、異丙醇中的一種或幾種。
在一種優選方案中，本發明的基於耐酒浸泡的玻璃酒瓶基材用水性丙烯酸氨基塗料包括如下重量份的組分：
本發明的水性丙烯酸分散體為固體含量為38-45％、ph值為7.0-8.5的水性丙烯酸分散體。
該水性丙烯酸分散體由如下重量份的組份製備而成：
其中，所述常規單體為苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯中的一種或幾種；所述羧基單體為丙烯酸、甲基丙烯酸中的一種或幾種；所述羥基單體為甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥乙酯中的一種或幾種；所述引發劑為偶氮二異丁腈；所述溶劑為丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、丁醇和異丙醇中的一種或幾種。
在一種方案中，本發明的水性丙烯酸分散體的製備方法包括以下步驟：(1)將常規單體、羧基單體、羥基單體與部分引發劑混合均勻得到單體引發劑混合物，取部分單體引發劑混合物加入溶劑中，攪拌升溫至70-90℃；將剩餘的單體引發劑混合物緩慢加入反應器內，加完後繼續保溫反應，然後再補加剩餘引發劑，保溫反應，得到熱固型丙烯酸樹脂溶液；
(2)將步驟(1)製備的熱固型丙烯酸樹脂溶液升溫至60-80℃。高速攪拌下加入n,n-二甲基乙醇胺和蒸餾水轉相成水性丙烯酸分散體，即得固體含量為38-45％、ph值為7.0-8.5的水性丙烯酸分散體。
在一種優選方案中，本發明的水性丙烯酸分散體的製備方法包括以下步驟：
(1)將常規單體、羧基單體、羥基單體與9/10的引發劑混合均勻。取1/4上述單體引發劑混合物加入溶劑中，攪拌升溫至70-90℃。將剩餘3/4單體引發劑混合物緩慢滴入反應器內，於3-3.5h滴完，並繼續保溫2h。補加剩餘引發劑，保溫2h，得到熱固型丙烯酸樹脂溶液。
(2)將步驟(1)製備的熱固型丙烯酸樹脂溶液在60-80℃(優選70℃)溫度及高速攪拌下，加入n,n-二甲基乙醇胺和蒸餾水轉相成水性丙烯酸分散體，即得固體含量為38-45％、ph值為7.0-8.5的水性丙烯酸分散體。
上述方法得到的水性丙烯酸分散體為自乳化體系，無外加乳化劑。因此，可以與相容性好的分散劑、相應的消泡劑共同研磨顏填料。
本發明中的分散劑可以為畢克公司的byk-190、byk180、byk-2012及迪高公司的dispers760w、dispers757w、dispers755w中的一種或幾種。
本發明中的消泡劑可以為畢克公司的byk-024、byk-028及迪高公司的airex904w、airex901w、foamex810中的一種或幾種。
本發明中的顏料可以是f3rk大紅顏料和/或金紅石型鈦白顏料。
本發明中的甲醚化氨基樹脂可以為湛新公司的cymel327、cymel325、cymel300、cymel373及cymel370中的一種或幾種。
本發明中的ph值調節劑可以為n-乙基嗎啉、n,n-二甲基乙醇胺、三乙胺、氨水中的一種或幾種。
本發明中的基材潤溼劑可以為畢克公司的byk-345、迪高公司的wetkl2450中的一種或幾種。
本發明中的水可採用飲用自來水，但它只能含有微量的mgcl2、cacl2等礦物質和nacl電解質。
本發明中的附著力促進劑可以為γ-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷、β-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、γ-(2,3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基矽烷、γ-巰基丙基三甲氧基矽烷、n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧矽烷中的一種或幾種。
本發明中的常規單體可以為苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯中的一種或幾種。
本發明中的羧基單體可以為丙烯酸、甲基丙烯酸中的一種或幾種。
本發明中的羥基單體可以為甲基丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥乙酯中的一種或幾種。
本發明中的引發劑為偶氮二異丁腈。
本發明中的溶劑可以為丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、丁醇和異丙醇中的一種或幾種。
本發明公開了一種上述基於耐酒浸泡的玻璃酒瓶基材用水性丙烯酸氨基塗料的製備方法，其包括以下步驟：
(1)首先將水性丙烯酸分散體加入到容器中，然後在攪拌的狀態下分別依次加入二丙二醇甲醚、分散劑和消泡劑，並攪拌均勻，最後加入顏料粉充分分散均勻；
(2)將步驟(1)所得物料進行研磨至細度合格，得色漿；
(3)向步驟(2)得到的色漿中分別依次加入甲醚化氨基樹脂、ph值調節劑、基材潤溼劑、丙二醇甲醚、異丙醇和水並充分攪拌；
(4)將步驟(3)得到的漆料過濾、包裝，即得到玻璃酒瓶用水性丙烯酸氨基酒瓶塗料主體部分；
(5)附著力促進劑單獨分裝，使用時將其加入所述玻璃酒瓶用水性丙烯酸氨基酒瓶塗料主體部分中，充分攪拌均勻並靜置後施塗。
在一種優選方案中，本發明的基於耐酒浸泡的玻璃酒瓶基材用水性丙烯酸氨基塗料包括如下製備方法：
步驟1)首先將準確計量的水性丙烯酸分散體加入到配漿釜中，然後在攪拌的狀態下分別依次按配比加入二丙二醇甲醚、分散劑和消泡劑，並充分攪拌均勻。最後按質量百分比稱取顏料粉加入到配漿釜中，充分分散20min。其中顏料粉應緩慢加入，充分分散。加入二丙二醇甲醚、分散劑和消泡劑時攪拌機混合物料攪拌的轉速為500-800轉/min，攪拌混合時間為40min。
步驟2)將步驟1)物料料放入砂磨機中研磨當細度合格，得色漿。進一步的，研磨後細度≤5μm。研磨可採用循環冷卻水冷卻，溫度不超過50℃。
步驟3)將研磨後的(2)放入配漆釜內，按照比例要求分別依次加入甲醚化氨基樹脂、ph值調節劑、基材潤溼劑、丙二醇甲醚、異丙醇和飲用自來水並充分攪拌。其中基材潤溼劑須緩慢加入且充分攪拌均勻。
步驟4)將攪拌後的漆料用絹絲布過濾、包裝，既得到玻璃酒瓶用水性丙烯酸氨基酒瓶塗料。其中絹絲布濾孔徑優選120目。
步驟5)附著力促進劑須單獨分裝，使用時加入到水性丙烯酸氨基漆中並充分攪拌均勻後靜置10分鐘後施塗。
水性丙烯酸氨基塗料是由帶官能基的丙烯酸酯單體的水性丙烯酸聚合物與甲醚化氨基樹脂按照一定固體比例配製而成，並經烘烤後交聯成三維結構的塗膜。其塗膜堅硬、耐酒浸泡、附著力、光亮、保光保色性極好，耐候性佳，耐熱性好，耐化學腐蝕性穩定，是綜合性能優異的一種高裝飾性塗料品種。
該塗料在施工過程中以飲用自來水為分散介質、不燃，有利用施工者的身心健康，voc(可揮發性有機物)相對較低，完全達到國家水性漆的環保要求，使用安全方便。漆膜在玻璃基材表面附著力極佳且塗膜堅硬、耐酒浸泡性能突出、光亮、保光保色性極好，耐候性佳，耐熱性好，耐化學腐蝕性穩定，是綜合性能優異的一種高裝飾性塗料品種。本發明的水性丙烯酸氨基塗料在乾燥速度方面較快。施工工藝特點是：施塗於玻璃酒瓶表面後在(80-100)℃條件下閃蒸(2-5)分鐘後，進入烘道為溫度(160-200)℃條件下烘烤(20-12)分鐘後，硬度達到4h、附著力1級。耐酒浸泡24h後漆膜硬度仍能達到3h、附著力為1級。
本發明通過上面技術方案，利用水性丙烯酸分散體與親水性氨基樹脂作為玻璃酒瓶烤漆的基料並在施工過程中引入附著力促進劑為體系帶來漆膜與玻璃之間提供優良的附著力和更好的耐酒性。同時鉛筆硬度可達4h以上，耐酒性能達到240h以上，完全可以滿足市場上對玻璃酒瓶漆的要求。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明的方案做進一步說明，但本發明的保護範圍並不局限於以下各實施例。
實施例1：
(1)水性丙烯酸分散體的製備
以質量計算，原料組分取料如下：苯乙烯25份、丙烯酸丁酯28份、甲基丙烯酸甲酯38份、丙烯酸12份、甲基丙烯酸羥丙酯5份、丙烯酸羥乙酯15份、偶氮二異丁腈1份、丁醇40份、n,n-二甲基乙醇胺10份、蒸餾水126份。
製作方法如下：
步驟1)將所有單體與9/10的引發劑混合均勻。取1/4上述單體引發劑混合物加入溶劑中，攪拌升溫至85℃。將剩餘3/4單體引發劑混合物緩慢滴入反應器內，於3h滴完，並繼續保溫2h。補加剩餘引發劑，保溫2h，得到熱固型丙烯酸樹脂溶液，固含75.7％。
步驟2)將得到的熱固型丙烯酸樹脂溶液升溫至65℃。高速攪拌下加入n,n-二甲基乙醇胺和蒸餾水轉相成水性丙烯酸分散體，即得固體含量為41.5％、ph值為8.0的水性丙烯酸分散體。
(2)水性丙烯酸氨基塗料的製備
以質量計算，原料組分取料如下：水性丙烯酸分散體48份、dispers755w分散劑0.6份、foamex810消泡劑0.1份、二丙二醇甲醚10份、f3rk大紅粉6份、cymel327氨基樹脂4.5份、cymel325氨基樹脂5份、n-乙基嗎啉ph值調節劑0.3份、byk-345基材潤溼劑0.2份、丙二醇甲醚13份、異丙醇7份、飲用自來水9份、γ-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷附著力促進劑2份。
製作方法如下：
步驟1)首先將準確計量的水性丙烯酸分散體加入到配漿釜中，然後在攪拌的狀態下分別依次按配比二丙二醇甲醚、分散劑和消泡劑，並充分攪拌均勻。最後按重量百分百稱取大紅粉，緩慢加入到配料釜中分散20min。
步驟2)將步驟1)的混合物料放在砂磨機中研磨至細度≤5μm，得色漿。
步驟3)將研磨後的(2)放入配漆釜內，按照比例要求分別依次加入甲醚化氨基樹脂、ph值調節劑、基材潤溼劑、丙二醇甲醚、異丙醇和飲用自來水並充分攪拌。
步驟4)將攪拌後的漆料用絹絲布過濾、包裝，既得到玻璃酒瓶用水性丙烯酸氨基酒瓶塗料。
步驟5)附著力促進劑須單獨分裝，使用時加入到水性丙烯酸氨基塗料中並充分攪拌均勻後靜置10分鐘後施塗。
實施例2：
(1)水性丙烯酸分散體的製備
以質量計算，原料組分取料如下：苯乙烯15份、丙烯酸丁酯10份、丙烯酸甲酯65份、甲基丙烯酸15份、丙烯酸羥丙酯18份、偶氮二異丁腈1.5份、丙二醇甲醚45份、n,n-二甲基乙醇胺9份、蒸餾水110份。
製作方法如下：
步驟1)將所有單體與9/10的引發劑混合均勻。取1/4上述單體引發劑混合物加入溶劑中，攪拌升溫至80℃。將剩餘3/4單體引發劑混合物緩慢滴入反應器內，於3h滴完，並繼續保溫2h。補加剩餘引發劑，保溫2h，得到熱固型丙烯酸樹脂溶液，固含73.4％。
步驟2)將得到的熱固型丙烯酸樹脂溶液升溫至65℃。高速攪拌下加入n,n-二甲基乙醇胺和蒸餾水轉相成水性丙烯酸分散體，即得固體含量為43.0％、ph值為7.5的水性丙烯酸分散體。
(2)水性丙烯酸氨基塗料的製備
以質量計算，原料組分取料如下：水性丙烯酸分散體40份、bky-180分散劑0.5份、二丙二醇甲醚10份、鈦白粉20份、cymel370氨基樹脂8.5份、n,n-二甲基乙醇胺ph值調節劑0.3份、丙二醇甲醚10份、異丙醇6份、飲用自來水3份、γ-(2,3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基矽烷附著力促進劑2份。
製作方法如下：
步驟1)首先將準確計量的水性丙烯酸分散體加入到配漿釜中，然後在攪拌的狀態下分別依次按配比二丙二醇甲醚、分散劑和消泡劑，並充分攪拌均勻。然後按重量百分百稱取金紅石型鈦白粉，緩慢加入到配漿釜中分散20min。
步驟2)將步驟1)混合物料放在砂磨機中研磨至細度≤5μm，得色漿。
步驟3)將研磨後的(2)放入配漆釜內，按照比例要求分別依次加入甲醚化氨基樹脂、ph值調節劑、基材潤溼劑、丙二醇甲醚、異丙醇和飲用自來水並充分攪拌。
步驟4)將攪拌後的漆料用絹絲布過濾、包裝，既得到玻璃酒瓶用水性丙烯酸氨基酒瓶塗料。
步驟5)附著力促進劑須單獨分裝，使用時加入到水性丙烯酸氨基塗料中並充分攪拌均勻後靜置10分鐘後施塗。
對比例1
(1)水性丙烯酸分散體的製備
以質量計算，原料組分取料如下：苯乙烯15份、丙烯酸丁酯15份、丙烯酸甲酯65份、甲基丙烯酸20份、丙烯酸羥丙酯8份、偶氮二異丁腈1.5份、丙二醇甲醚45份、n,n-二甲基乙醇胺9份、蒸餾水110份。
製作方法如下：
步驟1)將所有單體與9/10的引發劑混合均勻。取1/4上述單體引發劑混合物加入溶劑中，攪拌升溫至80℃。將剩餘3/4單體引發劑混合物緩慢滴入反應器內，於3h滴完，並繼續保溫2h。補加剩餘引發劑，保溫2h，得到熱固型丙烯酸樹脂溶液，固含73.0％。
步驟2)將得到的熱固型丙烯酸樹脂溶液升溫至65℃。高速攪拌下加入n,n-二甲基乙醇胺和蒸餾水轉相成水性丙烯酸分散體，即得固體含量為42.9％、ph值為7.5的水性丙烯酸分散體。
(2)水性丙烯酸氨基塗料的製備
以質量計算，原料組分取料如下：水性丙烯酸分散體40份、bky-180分散劑0.5份、二丙二醇甲醚10份、鈦白粉20份、cymel370氨基樹脂8.5份、n,n-二甲基乙醇胺ph值調節劑0.3份、丙二醇甲醚10份、異丙醇6份、飲用自來水3份、γ-(2,3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基矽烷附著力促進劑2份。
製作方法如下：
步驟1)首先將準確計量的水性丙烯酸分散體加入到配漿釜中，然後在攪拌的狀態下分別依次按配比二丙二醇甲醚、分散劑和消泡劑，並充分攪拌均勻。然後按重量百分百稱取金紅石型鈦白粉，緩慢加入到配漿釜中分散20min。
步驟2)將步驟1)混合物料放在砂磨機中研磨至細度≤5μm，得色漿。
步驟3)將研磨後的(2)放入配漆釜內，按照比例要求分別依次加入甲醚化氨基樹脂、ph值調節劑、基材潤溼劑、丙二醇甲醚、異丙醇和飲用自來水並充分攪拌。
步驟4)將攪拌後的漆料用絹絲布過濾、包裝，既得到玻璃酒瓶用水性丙烯酸氨基酒瓶塗料。
步驟5)附著力促進劑須單獨分裝，使用時加入到水性丙烯酸氨基塗料中並充分攪拌均勻後靜置10分鐘後施塗。
對比例2：
(1)水性丙烯酸分散體的製備
以質量計算，原料組分取料如下：苯乙烯15份、丙烯酸丁酯10份、丙烯酸甲酯65份、甲基丙烯酸15份、丙烯酸羥丙酯18份、偶氮二異丁腈1.5份、丙二醇甲醚45份、n,n-二甲基乙醇胺9份、蒸餾水110份。
製作方法如下：
步驟1)將所有單體與9/10的引發劑混合均勻。取1/4上述單體引發劑混合物加入溶劑中，攪拌升溫至80℃。將剩餘3/4單體引發劑混合物緩慢滴入反應器內，於3h滴完，並繼續保溫2h。補加剩餘引發劑，保溫2h，得到熱固型丙烯酸樹脂溶液，固含73.4％。
步驟2)將得到的熱固型丙烯酸樹脂溶液升溫至65℃。高速攪拌下加入n,n-二甲基乙醇胺和蒸餾水轉相成水性丙烯酸分散體，即得固體含量為43.0％、ph值為7.5的水性丙烯酸分散體。
(2)水性丙烯酸氨基塗料的製備
以質量計算，原料組分取料如下：水性丙烯酸分散體40份、bky-180分散劑0.5份、二丙二醇甲醚10份、鈦白粉20份、cymel370氨基樹脂8.5份、n,n-二甲基乙醇胺ph值調節劑0.3份、丙二醇甲醚10份、異丙醇6份、飲用自來水3份。
製作方法如下：
步驟1)首先將準確計量的水性丙烯酸分散體加入到配漿釜中，然後在攪拌的狀態下分別依次按配比二丙二醇甲醚、分散劑和消泡劑，並充分攪拌均勻。然後按重量百分百稱取金紅石型鈦白粉，緩慢加入到配漿釜中分散20min。
步驟2)將步驟1)混合物料放在砂磨機中研磨至細度≤5μm，得色漿。
步驟3)將研磨後的(2)放入配漆釜內，按照比例要求分別依次加入甲醚化氨基樹脂、ph值調節劑、基材潤溼劑、丙二醇甲醚、異丙醇和飲用自來水並充分攪拌。
步驟4)將攪拌後的漆料用絹絲布過濾、包裝，既得到玻璃酒瓶用水性丙烯酸氨基酒瓶塗料。
測試例
將實施例1、實施例2、對比例1及對比例2所製得的塗料按如下方法進行施塗：施塗於玻璃酒瓶表面後在80℃條件下閃蒸3分鐘，隨後進入烘道，在溫度170℃條件下烘烤20分鐘。
然後測試其塗膜性能，具體數據及測試方法列表如下。
表1
通過比較實施例2與對比例1的性能測試結果可以得到以下結論：合理的分散體羥基含量是塗膜性能的保證。當分散體羥基含量過低時(對比例1)，塗層的光澤、豐滿度降低。更重要的是，水性分散體不能與氨基樹脂形成緻密的塗層，從而使塗層的硬度、附著力、耐水性、耐揮髮油性、耐酒浸泡性均出現明顯降低。
通過比較實施例2與對比例2的性能測試結果可以得到以下結論：附著力促進劑對於高性能水性玻璃塗料必不可少。當塗料缺少附著力促進劑時(對比例2)，塗層的外觀無明顯差異，但塗層的附著力明顯降低，從而直接導致耐水性、耐揮髮油性、耐酒浸泡性大幅下降。