技术领域
本发明涉及一种产品包装金属盒用改性丙烯酸树脂节能环保涂料。
背景技术
丙烯酸树脂是由丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯以及其他烯属单体共聚制 成的树脂，与其他合成高分子树脂相比，丙烯酸树脂具有许多突出的优点， 如优异的耐光、耐候性，户外暴晒耐久性强，耐紫外光照射不易分解和变 黄，能长期保持原有的光泽和色泽，耐热性好，有较好的耐酸、碱、盐、 油脂和洗涤剂等化学品沾污及腐蚀性能，极好的柔韧性和最低颜料反应性。 因此，在汽车、家电、金属家具、卷材工业、仪器仪表、建筑、纺织品、 木制品、造纸和塑料制品等工业上有着广泛的应用。
然而，丙烯酸树脂的线形结构导致的热黏冷脆、抗回黏性和耐热性不 佳等缺点对其应用范围有一定限制。丙烯酸树脂的均相结构使得它的耐寒 性能和耐热性能难以兼顾，如要增加耐低温性能，则会损失耐高温性能， 反之亦然，因而普通的丙烯酸类涂饰材料就不可避免地存在上述缺点。
要克服丙烯酸树脂“热粘冷脆”的缺点，拓宽其耐候性能，最佳的方 法是改变材料的聚集态结构，使材料的玻璃化温度和粘流温度不再相互关 连。其中采用聚氨酯改性丙烯酸树脂是一种较为可取的方法，也是目前国 内外研究得较多、较深入的方法。
聚氨酯是通过逐步加聚反应制得的、由聚醚软段和氨基甲酸酯硬段构 成的嵌段高分子材料，其独特的聚集态结构赋予了聚氨酯优良的耐候性能。 聚氨酯的两相结构为它提供了极佳的耐候性能。采用聚氨酯改性丙烯酸树 脂的目的即是通过相应的改性技术，将聚氨酯分子链引入丙烯酸树脂中， 使改性后的材料呈两相或多相结构，从而使材料的玻璃化温度和粘流温度 由不同相区决定，以拓宽材料的耐候性能。
目前，国内存在如下聚氨酯改性丙烯酸树脂涂料：
中国专利CN201010269992.X，公开了一种丙烯酸树脂-聚氨酯树脂保 温涂料，它主要是由下列原料按照重量配比搅拌制成：60份丙烯酸树脂， 30份闭孔珍珠岩，25份环烷酸钴，10份甲基纤维素，75份聚氨酯树脂， 12份重质碳酸钙，10份硅藻土，6份砂浆王，10份香蕉水，65份水，2 份消泡剂，8份增稠剂，6份成膜助剂。然而，其仅仅罗列了丙烯酸树脂 与聚氨酯树脂，但二者并未有机结合形成聚氨酯改性丙烯酸树脂，仍然无 法实现聚氨酯改性丙烯酸树脂的性能。
此外，现有丙烯酸树脂涂料的涂装方式大多采用喷涂涂装，例如中国 专利CN201310607469.7，公开了一种粉末涂料用热固性丙烯酸树脂，该 树脂酯配以其他物料制成的热固性粉末涂料，喷涂后所形成的涂膜，具有 优异的耐候性、良好的流平性能、优异的表面硬度和高光泽性、耐久性和 装饰性能；可用于室内或室外金属型材或建筑材料。能够在一定程度上替 代TGIC，避免了毒性物的使用。
然而，其中，喷涂是通过喷枪或碟式雾化器，借助于压力或离心力， 分散成均匀而微细的雾滴，施涂于被涂物表面的涂装方法。喷涂中的主要 问题是高度分散的漆雾和挥发出来的溶剂(即挥发性有机污染物，VOCs)， 既污染环境，不利于人体健康，又浪费涂料，造成经济损失。挥发、扩散 到空气中的涂料，则形成挥发性有机污染物，危害人体健康。在喷涂车间， 涂料作为挥发性有机污染物的主要来源，喷涂车间内空气中挥发性有机化 合物浓度过高时很容易引起急性中毒，轻者会出现头痛、头晕、咳嗽、恶 心、呕吐、或呈酩醉状；重者会出现肝中毒甚至很快昏迷，有的还可能有 生命危险。长期待在挥发性有机化合物污染的喷涂车间内，可引起慢性中 毒，损害肝脏和神经系统、引起全身无力、瞌睡、皮肤瘙痒等。有的还可 能引起内分泌失调、影响性功能；苯和二甲苯还能损害系统，以至引发白 血病。
发明内容
本发明的目的在于提供一种产品包装金属盒用改性丙烯酸树脂节能 环保涂料，所述涂料采用聚氨酯改性丙烯酸树脂，使得所述涂料具有优异 的阻燃和耐磨性能，而且固化速度快，还具有较好的力学性能、耐老化性 能及耐化学腐蚀性能，附着力强、延展性好、耐高温、使用寿命长，改变 加工工艺，在产品包装金属盒板坯上集中完成辊涂处理，简化加工手续， 无需单独设置喷涂车间。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种产品包装金属盒用改性丙烯酸树脂节能环保涂料，所述涂料中各 成分质量分数如下：聚氨酯改性丙烯酸树脂：70～80份，羟丙基纤维素： 3～5份，氨基树脂：5～10份，二氨基环己烷：10～15份，二氨基二苯基甲 烷：3～8份，硅酸钠水玻璃：5～15份，十六烷基三甲基溴化铵：1～5份， 硅酸铝：10～20份，高岭土：15～20份，聚二甲基硅氧烷：2～6份，聚醚 消泡剂：2～5份，云母氧化铁灰：5～8份，羧甲基纤维素钠：4～8份，聚 酰胺蜡浆：5～10份，乙二醇丁醚：30～40份，水：90～100份。
进一步，所述涂料中各成分质量分数如下：聚氨酯改性丙烯酸树脂： 70～73份，羟丙基纤维素：3～5份，氨基树脂：5～7份，二氨基环己烷： 10～13份，二氨基二苯基甲烷：3～4份，硅酸钠水玻璃：5～8份，十六烷 基三甲基溴化铵：1～3份，硅酸铝：10～13份，高岭土：15～18份，聚二 甲基硅氧烷：2～5份，聚醚消泡剂：2～3份，云母氧化铁灰：5～7份，羧 甲基纤维素钠：4～5份，聚酰胺蜡浆：5～6份，乙二醇丁醚：30～34份， 水：90～94份。
优选地，所述涂料中各成分质量分数如下：聚氨酯改性丙烯酸树脂： 70份，羟丙基纤维素：3份，氨基树脂：7份，二氨基环己烷：13份，二 氨基二苯基甲烷：4份，硅酸钠水玻璃：6份，十六烷基三甲基溴化铵：2 份，硅酸铝：10份，高岭土：15份，聚二甲基硅氧烷：3份，聚醚消泡剂： 2份，云母氧化铁灰：6份，羧甲基纤维素钠：5份，聚酰胺蜡浆：6份， 乙二醇丁醚：32份，水：90份。
另，所述聚氨酯改性丙烯酸树脂的制备，包括如下步骤：
1)配制核乳化液
取30～40质量分的端OH基聚氨酯预聚体，加入到60～80质量分的水中，搅 拌混匀，得核乳化液；
2)配制壳乳化液
将50～60质量分的甲基丙烯酸甲酯，5～10质量分的甲基丙烯酸乙酯，5～10 质量分的苯乙烯，1～3质量分的乳化剂及40～50质量分的水混合，搅拌，乳化， 得壳乳化液；
3)配制聚氨酯改性丙烯酸树脂
取反应瓶，向瓶内加入30～40质量分的水，1～5质量分的引发剂，1～3质 量分的乳化剂，0.5～2质量分的缓冲剂，搅拌混匀，然后加入所述核乳化液， 加入升温至70～80℃后，保温40～60min，然后向所述反应瓶内滴加壳乳化液， 匀速滴加，1.5～2h内滴加完毕，其中，在壳乳化液余量为1/5～1/3时，加入还 原剂，壳乳化液滴加完毕后，在75～80℃下，保温1～1.5h，冷却至室温，过滤 得所述聚氨酯改性丙烯酸树脂。
另有，所述步骤2)和步骤3)中的乳化剂选自乙氧基酚醚硫酸铵、壬基酚 聚氧乙烯醚、烯丙基醚羟丙基磺酸钠中的一种。
再，步骤3)中所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二酰、过硫酸盐中的 一种。
再有，步骤3)中所述缓冲剂选自磷酸氢钠、磷酸氢二钠和碳酸氢钠中的 一种。
且，步骤3)中所述还原剂为硫酸钠盐或次磷酸钠。
另，所述涂料通过辊涂方式涂覆到产品包装金属盒板坯表面，辊涂温度 230～240℃，辊涂次数为1～2次。
本发明的有益效果在于：
所述涂料采用聚氨酯改性丙烯酸树脂，具有优异的阻燃和耐磨性能，而 且固化速度快，还具有较好的力学性能、耐老化性能及耐化学腐蚀性能，附 着力强、延展性好、耐高温、使用寿命长，改变加工工艺，在产品包装金属 盒板坯上集中完成辊涂处理，简化加工手续，无需单独设置喷涂车间。
在产品包装金属盒板坯阶段即可通过辊涂将本发明所提供的涂料涂装在 产品包装金属盒板坯表面，形成涂层，可直接进行后续加工，得成型产品包 装金属盒，即使结构复杂的产品包装金属盒结构，也在板坯阶段完成了涂料 涂装，无需后续涂装，代替了现有工艺中“先加工成所需形状，然后再喷涂得 到成型产品”的工艺，涂料与产品包装金属盒板坯附着力强，不会因加工工艺 而产生裂纹或脱落。由于是辊涂成型快干的辊涂工艺代替喷涂工艺，涂装时 涂料的利用度能达到90％以上，减少了空气中的挥发和浪费，有效降低因喷 涂导致涂料挥发形成的VOCs，辊涂车间内VOCs排放量≤420ppm，涂料环保 效果好。对辊涂涂装完成的产品包装金属盒制品进行加工，产品包装金属盒T 弯性能可达0T(辊涂后的成品厚板180°弯折后，完全无缝隙并拢，涂料不爆 裂脱落)或者1T(厚板两次180°折弯后，最外层的涂料面不脱落，不爆裂)， 保证产品包装金属盒质量。
所述聚氨酯改性丙烯酸树脂通过核壳乳液聚合的方式制备而成，得到非 均相乳胶粒子，可有效提升涂料的低温成膜性能、高温时的抗回粘性，并使 得涂料具有优良的贮存稳定性，涂覆在板坯表面形成涂膜后，在高温下可保 持较高的硬度，涂层的耐磨性能得到很大提升。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但实施例并不限制本 发明的保护范围。
表1为本发明实施例所述一种产品包装金属盒用改性丙烯酸树脂节 能环保涂料成分质量分数列表。表2为本发明实施例所述配制聚氨酯改性 丙烯酸树脂成分列表。表3为本发明实施例所述一种产品包装金属盒用改 性丙烯酸树脂节能环保涂料性能参数列表。表4为本发明实施例所述一种 产品包装金属盒用改性丙烯酸树脂节能环保涂料辊涂在产品包装金属盒 板坯表面后的涂层性能参数列表。
所述产品包装金属盒用改性丙烯酸树脂节能环保涂料配制方法如下：
将各组分加入高速分散机内，搅拌均匀后，高速分散30～60min，搅 拌、出料、过滤、包装、入库。
所述聚氨酯改性丙烯酸树脂配制过程如下：
取反应瓶，向瓶内加入30～40质量分的水，1～5质量分的引发剂，1～3质 量分的乳化剂，0.5～2质量分的缓冲剂，搅拌混匀，然后加入所述核乳化液， 加入升温至70～80℃后，保温40～60min，然后向所述反应瓶内滴加壳乳化液， 匀速滴加，1.5～2h内滴加完毕，其中，在壳乳化液余量为1/5～1/3时，加入还 原剂，壳乳化液滴加完毕后，在75～80℃下，保温1～1.5h，冷却至室温，过滤 得所述聚氨酯改性丙烯酸树脂。
其中，所述乳化剂选自乙氧基酚醚硫酸铵、壬基酚聚氧乙烯醚、烯丙基 醚羟丙基磺酸钠中的一种。所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二酰、过硫 酸盐中的一种。所述缓冲剂选自磷酸氢钠、磷酸氢二钠和碳酸氢钠中的一种。 所述还原剂为硫酸钠盐或次磷酸钠。
表1(单位：份)
表2(单位：质量分)
表3
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 拉伸强度(MPa) 40 35 36 37 38 断裂伸长率(％) 9.5 8.5 8.8 9.3 9.2 邵氏硬度 70 65 60 68 62
将本发明实施例所述一种产品包装金属盒用改性丙烯酸树脂节能环 保涂料通过辊涂方式涂覆在产品包装金属盒板坯表面，在200℃下固化后， 冷却至室温，放置48小时，测定板坯表面涂层性能如表4所示。其中， 耐冲击性能测试方法参照国家标准GB/T1732-93规定的测定漆膜耐冲击 性能的方法，以固定质量(1kg)的重锤落于试板上而不引起漆膜破坏的 最大高度(cm)表示漆膜耐冲击性能。
表4
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 耐冲击性能(cm) 120 110 118 116 114 耐盐雾时长(h) 3150 3100 2900 2950 3130 人工加速老化时长(h) 3200 3250 3280 3100 3190 耐热性能 780 740 750 700 760
采用本发明所提供的一种产品包装金属盒用改性丙烯酸树脂节能环 保涂料涂装产品包装金属盒板坯后制得的产品包装金属盒，T弯性能可达 0T或者1T。涂料利用率高，每30公斤涂料可涂装1吨板坯。在230℃高 温下不开裂、不变色，抗老化能力强，放置在户外连续日照10～15年不泛 黄、不变色。耐酸耐腐蚀能力强，将辊涂好的产品放入85℃水内煮2H生 再逐渐加热到100℃，产品无变色、掉漆、起泡。在常温下用5％的Nad 溶液浸泡24H后，产品表面无锈蚀、变色及镀层脱落。把纯棉布蘸满95％ 酒精包在500g砝码上，以每分钟40-60次的速度(20mm)左右的行程在 产品表面擦试50个循环，无掉色脱油。依照美国ASTM中的划X法检测 涂覆有本发明所提供涂料的成型产品包装金属盒制品，可达到ISO等级的 0＝ASTM等级，切口边缘完全光滑，边缘没有一点的剥落。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应 当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明 技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。