本发明涉及一种粉末涂料，具体涉及一种水性金属包装用涂料，同时本发明还涉及该涂料的制备方法。
背景技术：
为了增强金属制品的耐候性与耐腐蚀性，延长其使用寿命。通常需要对金属材料进行表面处理。金属表面处理技术有很多种，例如喷漆、电镀、化学氧化、涂层技术等。采用涂层技术对金属表面进行处理的方法由来已久，其中最为简单有效的方法是直接在金属表面涂敷适宜的涂料，通过适当的温度烘烤后，待涂料中的溶剂蒸发之后，便可在金属表面形成一层致密的保护膜。
目前，金属涂料产品是以苯类、酮类及酯类溶剂型烘烤涂料为主，按树脂类型又可分为聚酯烘烤型、环氧烘烤型、醇酸烘烤型以及丙烯酸烘烤型四大类。溶剂型烘烤金属涂料的应用比较成熟，具有附着力好、柔韧性好、高温不黄变等优点。然而，这些溶剂型涂料中含有大量有机溶剂，在使用过程中，有机溶剂挥发进入大气中，这不仅危害人体健康，而且会导致严重的环境污染。此外，溶剂型涂料都需要经过高温烘烤固化，烘烤温度大多在160-240℃之间，从而需要消耗大量的能源，不利于资源节约。随着全球范围内对环境、健康与资源问题的日益重视，金属涂料行业日益面临着巨大的环保、生态和经济压力。因此，研发新一代挥发性小、不含或微含VOC、毒性小、环保、烘烤温度低的水性金属涂料是如今涂料工业中一个主要的发展方向。在实际工业及日常应用中，以丙烯酸树脂为主剂的金属涂料产品应用最为广泛。然而，现有的该类产品在粘附性、抗冲击性、光泽、固含量及粘度方面还有待进一步改进。
技术实现要素：
本发明的目的之一是提供一种附着力高、柔韧性好、耐黄变、固含量高且粘度低的水性金属包装用涂料。
本发明提供的一种水性金属包装用涂料，包括如下成分：30-60wt%的丙烯酸树脂、5-20wt%的聚酯树脂、4-15wt%的氨基树脂、10-40wt%的颜料、3-10wt%的填料、0.5-5wt%的助溶剂、0.5-3wt%的助剂及10-40%wt的水。
作为本发明的一个实施例，所述丙烯酸树脂是由包括以下步骤的方法制备的：
（1）将50-70重量份正丁醇加入反应器中升温至105-130℃，滴加由30-50重量份含有8-15wt%的丙烯酸、3-8wt%的甲基丙烯酸、5-8wt%的丙烯酸乙酯、20-45wt%的丙烯酸丁酯、2-15wt%的甲基丙烯酸丁酯、3-5wt%的甲基丙烯酸甲酯、3-10wt%的丙烯酸羟乙酯、2-5wt%的丙烯酸羟丙酯、1-5wt%的甲基丙烯酸缩水甘油酯、3-8wt%的丙烯酸正辛酯的丙烯酸类混合单体、添加量为丙烯酸类混合单体重量0.1-0.5wt%的引发剂以及0.05-0.2wt%的链转移剂组成的混合液，并控制在3-6小时完成滴加；
（2）将反应体系保温1-2小时，再补加0.1-0.3重量份引发剂，继续保温2-5小时后抽真空除去正丁醇；
（3）随后将反应体系的温度到70℃以下，用氨水或者有机胺中和剂将pH值中和至6-7.5，最后加入适量水调节至固含量为35-60wt%。
所述步骤(3)中的有机胺中和剂包括各种有机胺，如三乙胺、二甲基乙醇胺、2，2-二甲氨基-2-甲基丙醇、2-氨基-2-甲基丙醇、N-乙基吗啉等。
本发明所述氨基树脂为六甲氧基甲基三聚氰胺树脂、丁醇醚化三聚氰胺树脂或苯代三聚氰胺树脂，如氰特公司的303、1156、659树脂；所述助溶剂为异丙醇类、乙二醇丁醚类或丙二醇醚类；所述助剂包括流平剂、分散剂、消泡剂、中和剂，其中流平剂可以是有机硅流平剂或丙烯酸酯流平剂，分散剂可以是聚羧酸钠盐分散剂或高分子嵌段共聚物分散剂比如聚丙烯酸酯嵌段共聚物分散剂、有机硅嵌段共聚物分散剂，消泡剂可以是非有机硅消泡剂或有机硅消泡剂，所述中和剂包括氨水和有机胺中和剂，有机胺中和剂包括各种有机胺，如三乙胺、二甲基乙醇胺、2，2-二甲氨基-2-甲基丙醇、2-氨基-2-甲基丙醇、N-乙基吗啉；所述颜料包括酞青蓝、永固黄、颜料红、钛白粉；所述填料包括滑石粉、高岭土、硫酸钡。在所述的各种助剂中，本领域的技术人员可以根据实际应用需要从中选择出一种或者多种进行组合使用，也可以进一步加入适量其他助剂如润湿剂、增白剂、水性蜡等。
本发明目的之二是提供一种用于制备上述水性金属包装用涂料的方法。
具体地，所述用于制备上述水性金属包装用涂料的方法，首先以30-60wt%的丙烯酸树脂、5-20wt%的聚酯树脂、4-15wt%的涂料用氨基树脂、10-40wt%的颜料、3-10wt%的填料、0.5-5wt%的助溶剂、0.5-3wt%的助剂及10-40%wt的水的原料配比，称取各原料，接着将称取的丙烯酸树脂、聚酯树脂和水加入高速分散机中分散搅拌均匀，再加入颜料和填料分散搅拌20-30min，然后将分散搅拌好的半成品在砂磨机中研磨至细度低于10um，最后加入氨基树脂、助溶剂和助剂搅拌均匀，即制得本发明的水性金属涂料。
其中，所述丙烯酸树脂是由包括以下步骤的方法制备的：
（1）将50-70重量份正丁醇加入反应器中升温至105-130℃，滴加由30-50重量份含有8-15wt%的丙烯酸、3-8wt%的甲基丙烯酸、5-8wt%的丙烯酸乙酯、20-45wt%的丙烯酸丁酯、2-15wt%的甲基丙烯酸丁酯、3-5wt%的甲基丙烯酸甲酯、3-10wt%的丙烯酸羟乙酯、2-5wt%的丙烯酸羟丙酯、1-5wt%的甲基丙烯酸缩水甘油酯、3-8wt%的丙烯酸正辛酯的丙烯酸类混合单体、添加量为丙烯酸类混合单体重量0.1-0.5wt%的引发剂以及0.05-0.2wt%的链转移剂组成的混合液，并控制在3-6小时完成滴加；
（2）将反应体系保温1-2小时，再补加0.1-0.3重量份引发剂，继续保温2-5小时后抽真空除去正丁醇；
（3）随后将反应体系的温度到70℃以下，用氨水或者有机胺中和剂将pH值中和至6-7.5，最后加入适量水调节至固含量为35-60wt%。
本发明的水性金属涂料是以水为溶剂，并加入少量助溶剂的环保涂料，优点在于：1）不易燃、不易爆、有机挥发物（VOC）的排放少、绿色环保；2）生产工艺简单、成本低、流平性好、附着力高、耐黄变、固含量高且粘度低；3）具有色浅、清晰透明度高、良好保光保色性和耐候性，涂膜丰满，耐热性好的特点；4）耐化学品性能好，对酸、碱、醇、油等稳定。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对其进行详细说明。有必要在此指出的是以下具体实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的水性金属涂料包括如下主要成分：30-60wt%的丙烯酸树脂、5-20wt%的聚酯树脂、4-15wt%的涂料用氨基树脂、10-40wt%的颜料、3-10wt%的填料、0.5-5wt%的助溶剂、0.5-3wt%的助剂及10-40%wt的水
在制备该涂料时，首先按原料重量配比称取30-60wt%的丙烯酸树脂、5-20wt%的聚酯树脂、4-15wt%的涂料用氨基树脂、10-40wt%的颜料、3-10wt%的填料、0.5-5wt%的助溶剂、0.5-3wt%的助剂及10-40%wt的水，接着将称取的丙烯酸树脂、聚酯树脂和水加入高速分散机中分散搅拌均匀，再加入颜料和填料分散搅拌20-30min，然后将分散搅拌好的半成品在砂磨机中研磨至细度低于10um，最后加入氨基树脂、助溶剂和助剂搅拌均匀，即制得本发明的水性金属涂料。
上述丙烯酸树脂是通过如下方法制备的：将50-70重量份正丁醇加入反应器中升温至105-130℃，滴加由30-50重量份含有8-15wt%的丙烯酸、3-8wt%的甲基丙烯酸、5-8wt%的丙烯酸乙酯、20-45wt%的丙烯酸丁酯、2-15wt%的甲基丙烯酸丁酯、3-5wt%的甲基丙烯酸甲酯、3-10wt%的丙烯酸羟乙酯、2-5wt%的丙烯酸羟丙酯、1-5wt%的甲基丙烯酸缩水甘油酯、3-8wt%的丙烯酸正辛酯的丙烯酸类混合单体、添加量为丙烯酸类混合单体重量0.1-0.5wt%的引发剂以及0.05-0.2wt%的链转移剂组成的混合液，并控制在3-6小时完成滴加；将反应体系保温1-2小时，再补加0.1-0.3重量份引发剂，继续保温2-5小时后抽真空除去正丁醇；随后将反应体系的温度降到70℃以下，用氨水或者有机胺中和剂将pH值中和至6-7.5，最后加入适量水调节至固含量为35-60wt%。
在以上的原料中，所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化异丙苯或异丙苯过氧化氢，优选过氧化异丙苯；所述链转移剂为四氯化碳、正丁基硫醇或正丁基硫醚，优选正丁基硫醇；所述氨基树脂为六甲氧基甲基三聚氰胺树脂、丁醇醚化三聚氰胺树脂或苯代三聚氰胺树脂，如氰特公司的303、1156、659树脂；所述有机胺中和剂包括各种有机胺，如三乙胺、二甲基乙醇胺、2，2-二甲氨基-2-甲基丙醇、2-氨基-2-甲基丙醇、N-乙基吗啉；所述助溶剂为异丙醇类、乙二醇丁醚类或丙二醇醚类；所述助剂包括流平剂、分散剂、消泡剂、中和剂，其中流平剂可以是有机硅流平剂或丙烯酸酯流平剂，分散剂可以是聚羧酸钠盐分散剂或高分子嵌段共聚物分散剂比如聚丙烯酸酯嵌段共聚物分散剂、有机硅嵌段共聚物分散剂，消泡剂可以是非有机硅消泡剂或有机硅消泡剂；所述颜料包括酞青蓝、永固黄、颜料红、钛白粉；所述填料包括滑石粉、高岭土、硫酸钡；所述中和剂包括氨水或有机胺中和剂，所述有机胺中和剂包括各种有机胺，如三乙胺、二甲基乙醇胺、2，2-二甲氨基-2-甲基丙醇、2-氨基-2-甲基丙醇、N-乙基吗啉。在所述的各种助剂中，本领域的技术人员可以根据实际应用需要从中选择出一种或者多种进行组合使用，也可以进一步加入适量其他助剂如润湿剂、增白剂、水性蜡等。
在使用本发明的涂料时，将其用涂布机涂在镀锡铁、铬铁以及铝等金属材料上，140-180℃下干燥10-45min，稍微冷却即形成涂膜，该涂膜的光泽度高、附着力好、硬度级别为H-2H、耐冲压、无溶剂残留。
下文将参照优选的实施例更进一步的详细描述本发明。其中，实施例1和2涉及丙烯酸酯树脂的制备，实施例3-6涉及以实施例1和2制备的丙烯酸酯树脂为主要成分配制金属涂料。
实施例1
将55重量份正丁醇加入反应器中升温至115℃，滴加由50重量份含有8wt%的丙烯酸、7wt%的甲基丙烯酸、5wt%的丙烯酸乙酯、42wt%的丙烯酸丁酯、15wt%的甲基丙烯酸丁酯、3wt%的甲基丙烯酸甲酯、8wt%的丙烯酸羟乙酯、2wt%的丙烯酸羟丙酯、3wt%的甲基丙烯酸缩水甘油酯、7wt%的丙烯酸正辛酯丙烯酸类混合单体、占丙烯酸类混合单体重量0.3wt%的过氧化异丙苯以及0.1wt%正丁基硫醇组成的混合液，并控制在5小时完成滴加，保温2小时，再补加0.1重量份过氧化异丙苯，继续保温5小时后抽真空除去正丁醇，随后将反应体系的温度到60℃以下，再用氨水或者有机胺中和剂将pH值中和至6.5，最后加入适量水调节至固含量为45wt%。
实施例2
将60重量份正丁醇加入反应器中升温至120℃，滴加由40重量份含有10wt%的丙烯酸、3wt%的甲基丙烯酸、8wt%的丙烯酸乙酯、37wt%的丙烯酸丁酯、2wt%的甲基丙烯酸丁酯、20wt%的甲基丙烯酸甲酯、10wt%的丙烯酸羟乙酯、2wt%的丙烯酸羟丙酯、5wt%的甲基丙烯酸缩水甘油酯、3wt%的丙烯酸正辛酯丙烯酸类混合单体、占丙烯酸类混合单体重量0.4wt%的过氧化异丙苯以及0.3wt%正丁基硫醇组成的混合液，并控制在6小时完成滴加，保温2小时，再补加0.1重量份过氧化异丙苯，继续保温3时后抽真空除去正丁醇，随后将反应体系的温度到60℃以下，再用氨水或者有机胺中和剂将pH值中和至6.5，最后加入适量水调节至固含量为50wt%。
实施例3
按以下重量配比称取：实施例1中制备的水溶性树脂：30%，10wt%的聚酯树脂，六甲氧基甲基三聚氰胺树脂：4%，三乙胺：0.1%，丙二醇醚：0.5%，水：40%，聚丙烯酸酯嵌段共聚物分散：1.5%，非有机硅消泡剂0.5%，丙烯酸酯流平剂0.4%，颜料红：1%，钛白粉：9.0%，硫酸钡：3%。将称取的自制水溶性树脂、聚酯树脂、水、聚丙烯酸酯嵌段共聚物分散剂以及丙烯酸酯流平剂分散搅拌均匀，加入颜料红、钛白粉和硫酸钡分散搅拌20min，用砂磨机研磨3-4次，直至细度10um以下，加入六甲氧基甲基三聚氰胺树脂、三乙胺、丙二醇醚以及消泡剂分散搅拌30min，分散好的产品用水调节粘度，即得本发明的水性环保金属涂料。
性能测试结果如下：
固含量：55%
产品粘度（涂4/30℃）：130S
烘烤温度：170℃
烘烤时间：15min
光泽度：85
附着力：一级
硬度：H
冲击性能（1 KG·50CM）：正、反冲漆膜不破损
耐热性能：烘烤40min/200℃不黄变。
实施例4
按以下重量配比称取：实施例1中制备的水溶性树脂：50%，5wt%的聚酯树脂、丁醇醚化三聚氰胺树脂：9.7%，二甲基乙醇胺：1.0%，乙二醇丁醚：5%，水：10%，聚羧酸钠盐分散剂：0.5%，有机硅流平剂：0.3%，非有机硅消泡剂：0.5%，酞青蓝：5%，钛白粉：8%，滑石粉：5%。将按配比称取制备的水溶性树脂、水、聚羧酸钠盐分散剂分散搅拌均匀，加入酞青蓝、钛白粉和滑石粉分散搅拌20min，用砂磨机研磨3-4次，直至细度10um以下，加入丁醇醚化三聚氰胺树脂、二甲基乙醇胺、乙二醇丁醚以及有机硅流平剂、非有机硅消泡剂分散搅拌30min，将分散好的产品用水调节粘度，即得本发明的水性环保金属涂料。
性能测试结果如下：
固含量：55%
产品粘度（涂4/30℃）：120S
烘烤温度：170℃
烘烤时间：15min
光泽度：83
附着力：一级
硬度：2H
冲击性能（1 KG·50CM）：正、反冲漆膜不破损
耐热性能：烘烤40min/200℃不黄变。
实施例5
按以下重量配比称取：实施例1中制备的水溶性树脂：30%，12wt%的聚酯树脂、苯代三聚氰胺树脂：6.4%，二甲基乙醇胺：0.5%，异丙醇：2%，水：30%，聚丙烯酸酯嵌段共聚物分散剂：0.8%，有机硅流平剂：0.3%，永固黄：10%，高岭土8%。将按配比称取自制水溶性树脂、水、聚丙烯酸酯嵌段共聚物分散剂分散搅拌均匀，加入永固黄、高岭土分散搅拌20min，用砂磨机研磨3-4次，直至细度10um以下，加入苯代三聚氰胺树脂、二甲基乙醇胺、异丙醇以及有机硅流平剂分散搅拌30min，将分散好的产品用水调节粘度，即得本发明的水性环保金属涂料。
性能测试结果如下：
固含量：40%
产品粘度（涂4/30℃）：130S
烘烤温度：150℃
烘烤时间：45min
光泽度：95
附着力：一级
硬度：H
冲击性能（1 KG·50CM）：正、反冲漆膜不破损
耐热性能：烘烤40min/200℃不黄变。
实施例6
按以下重量配比称取：实施例2中制备的水溶性树脂：32.4%，20wt%的聚酯树脂、苯代三聚氰胺树脂：8%，三乙醇胺：0.6%，丙二醇醚：2%，水：11%，有机硅嵌段共聚物分散剂：1%，有机硅流平剂0.5%，钛白粉：19.5%，高岭土：5%。将按配比称取自制水溶性树脂、水、有机硅嵌段共聚物分散剂分散搅拌均匀，加入钛白粉、高岭土分散搅拌20min，用砂磨机研磨3-4次，直至细度10um以下，加入苯代三聚氰胺树脂、三乙醇胺、丙二醇醚以及有机硅流平剂分散搅拌30min，将分散好的产品用水调节粘度，即得本发明的水性环保金属涂料。
性能测试结果如下：
固含量：65%
产品粘度（涂4/30℃）：150S
烘烤温度：180℃
烘烤时间：25min
光泽度：85
附着力：一级
硬度：H
冲击性能（1 KG·50CM）：正、反冲漆膜不破损
耐热性能：烘烤40min/200℃不黄变。