水性漆和制备方法以及铅笔及其生产方法和设备与流程

本发明涉及化工领域，具体涉及一种水性漆及其制备方法，以及具有水性漆的铅笔和其生产方法和设备。

背景技术：

虽然目前电子产品逐渐增多，但是木杆铅笔依然是生产生活中非常重要的书写、绘画等工具，将来也还是会具有不可替代的地位。目前的木杆铅笔外表面大多涂漆处理，以便改善手感、保护笔杆、增强美感。但是，目前市场上的铅笔的铅笔漆涂层，常用的为溶剂型的硝基铅笔漆。硝基铅笔漆含有大量有机溶剂，在生产过程中对工人身体有害、不利于保护自然环境；在使用过程中也会有刺激气味，影响使用者的使用感受和健康，特别是对于小学生等特殊群体，往往有小朋友喜欢啃咬铅笔。因此应尽量避免在木质笔杆上使用含有大量易挥发有机物的漆，以便符合环保安全的标准。

为了克服这样的缺陷，一些厂家推出了水性铅笔漆。然而，现有水性铅笔漆依然具有不少缺点，例如上漆量少、涂层薄、遮盖力差、丰满度低、干燥慢、有机挥发性气体含量依然较高等。

因而需要提供一种水性漆及其制备方法，以及具有水性漆的铅笔和其生产方法和设备，以至少部分地解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种水性漆及其制备方法，以及具有水性漆的铅笔和其生产方法和设备。本发明所提供的水性漆，能够解决现有的水性漆干燥慢等多种问题，兼具经济效益和环保效益。具体地，本发明所提供的水性漆包含丙烯酸乳液和聚氨酯乳液的混合乳液，从而能够兼具丙烯酸乳液和聚氨酯乳液的优点并且两种乳液能够相互弥补缺点，从而使得水性漆具有较好的抗粘性、硬度、柔韧性和快干特性。

本发明的水性漆中还可以包含遮盖性较强的粘土，从而实现了在铅笔杆上抽涂上漆工艺中高覆盖率的要求，即在强力剪切条件下的良好重涂的技术特征。并且，由于本发明所提供的水性漆的水性树脂乳液的自交联性能的特点，使漆膜成膜的致密度较高，成膜更为紧密和牢靠，漆膜的颜色鲜艳和亮度上也能够达到较优水平。同时，本发明的水性漆还具有良好的耐水性和附着力。

根据本发明的一个方面，提供了一种水性漆的制备方法，制备方法包括：将丙烯酸乳液和聚氨酯乳液混合成混合乳液，并将润湿剂、增稠剂、成膜助剂、消泡剂添加至混合乳液从而生成水性漆。

在一种实施方式中，制备方法还包括添加颜料类色浆和粘土的步骤。

在一种实施方式中，在制备方法中以如下各成分的重量占比来添加各个成分：丙烯酸乳液占比30％-50％；聚氨酯乳液占比20％-30％；颜料类色浆占比5％-15％；粘土占比1％-10％；增稠剂占比1％-2％；润湿剂占比0.3％-1％；消泡剂占比0.1％-0.5％。

在一种实施方式中，制备方法包括依次的如下步骤：

将丙烯酸乳液和聚氨酯乳液混合，并以500rpm-900rpm的速度持续搅拌28min-32min，在该搅拌过程中依次加入粘土、颜料类色浆、润湿剂、消泡剂、成膜助剂；

将搅拌速度调整为200rpm-300rpm，并加入增稠剂；

停止搅拌，静置22h-26h；

测量粘度并调整粘度值，使粘度值为10000cp-15000cp。

在一种实施方式中，制备方法不包括添加苯系有机溶剂的步骤。

根据本发明另一个方面，提供了一种将根据上述方案中任意一项所述的制备方法制备出的水性漆应用于铅笔的生产方法，生产方法包括依次的如下步骤：

采用胶圈挤压抽涂的方式将水性漆在铅笔杆的表面依次施加为底漆层、面漆层、光漆层，其中，施加水性漆2-4次以形成底漆层；施加水性漆3-6次以形成面漆层；施加水性漆1-3次以形成光漆层；

将涂覆有水性漆的铅笔杆置于内部温度为40℃-50℃的烘房内进行干燥。

在一种实施方式中，干燥步骤包括：

第一干燥过程，第一干燥过程持续时间在1min之内，第一干燥过程结束时水性漆的干燥程度达到表面干燥程度；

第一干燥过程之后的第二干燥过程，第二干燥过程的持续时间为5min-10min，第二干燥过程结束时水性漆的干燥程度达到实际干燥程度。

在一种实施方式中，挤压抽涂的步骤中使用的胶圈为硅胶胶圈。

在一种实施方式中，所述生产方法还包括在铅笔杆的表面施加底漆层、面漆层、光漆层的步骤之前的制备底漆层涂料、面漆层涂料和光漆层涂料的步骤，其包括：

将水性漆烘干以形成水性漆固体；

将水性漆固体和水以第一比例混合得到底漆层涂料、将水性漆固体和水以第二比例混合得到面漆层涂料、将水性漆固体和水以第三比例混合得到光漆层涂料，

其中，在底漆层涂料、面漆层涂料和光漆层涂料中，底漆层涂料中的水的质量占比最小，光漆层涂料中的水的质量占比最大。

在一种实施方式中，所述底漆层涂料中的水的质量占比为20％-30％；所述面漆层涂料中的水的质量占比为30％-40％；所述光漆层涂料中的水的质量占比为40％-50％。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于实施上述方案任意一项所述的生产方法的生产设备，所述生产设备包括：

涂漆装置，所述涂漆装置包括胶圈，并且所述涂漆装置被配置为能够被操作以通过胶圈挤压抽涂的方式将水性漆在铅笔杆的表面依次施加为底漆层、面漆层、光漆层；

烘房，所述烘房的内部温度为40℃-50℃；

传送装置，所述传送装置包括第一层传送带和所述第二层传送带，所述第一层传送带被配置为将施加有所述水性漆的所述铅笔杆送入所述烘房进行第一干燥过程，所述第二传送带被配置为将完成了所述第一干燥过程的铅笔杆重新送入所述烘房以进行第二干燥过程。

在一种实施方式中，所述胶圈为硅胶整体环状结构的胶圈。

在一种实施方式中，所述生产设备还包括制漆装置，所述制漆装置包括：

烘干设备，所述烘干设备被配置为能够将水性漆烘干以形成水性漆固体；

混合设备，所述混合设备被配置为能够将水性漆固体和水以第一比例混合得到底漆层涂料、将水性漆固体和水以第二比例混合得到面漆层涂料、将水性漆固体和水以第三比例混合得到光漆层涂料，其中，在底漆层涂料、面漆层涂料和光漆层涂料中，底漆层涂料中的水的质量占比最小，光漆层涂料中的水的质量占比最大。

在一种实施方式中，所述涂漆设备沿铅笔的整体生产线的传送方向位于所述烘房的上游，并且所述涂漆设备在垂直于所述传送装置的传送方向的方向上位于所述烘房的一侧。

根据本发明的第四方面，提供了一种上述第一种方案至上述第五种方案中任意一项所述的制备方法制备出的水性漆，水性漆的成分包括：丙烯酸乳液、聚氨酯乳液、润湿剂、增稠剂、成膜助剂、消泡剂。

在一种实施方式中，水性漆的成分还包括颜料类色浆和粘土。

在一种实施方式中，水性漆中各组分的重量比例为：丙烯酸乳液占比30％-50％；聚氨酯乳液占比20％-30％；颜料类色浆占比5％-15％；粘土占比1％-10％；增稠剂占比1％-2％；润湿剂占比0.3％-1％；消泡剂占比0.1％-0.5％。

在一种实施方式中，水性漆中不包含苯系有机溶剂。

根据本发明的第五方面，提供了一种铅笔，铅笔包括铅笔杆和涂覆在铅笔杆表面的水性漆复合涂层，所述水性漆复合涂层包括：

直接涂覆在所述铅笔杆上的底漆层；

涂覆于所述底漆层之上的面漆层；以及

涂覆于所述面漆层之上的光漆层，

其中，所述底漆层、所述面漆层和所述光漆层为所述水性漆复合涂层为根据上述方案中任意一项所述的水性漆。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1示出了根据本发明的优选实施方式的铅笔漆的制备方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明的优选实施方式的铅笔的生产设备的示意图；

图3示出了根据本发明的优选实施方式的铅笔的示意图，其中铅笔的笔杆的靠近笔尖位置处的漆层被部分剥开；

图4-图6示出了图3中所示的铅笔的漆层的成分检测表。

具体实施方式

现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。

本发明提供了一种水性漆、具有其的铅笔和铅笔的生产方法以及生产设备。下面将结合图1-图6对根据本发明的优选实施方式进行描述。图1为优选实施方式中的水性漆复合涂层的制备方法的流程示意图；图2为优选实施方式的铅笔的生产设备的示意图；图3为由图2中生产设备生产出的铅笔的示意图，其中铅笔的笔杆的靠近笔尖位置处的漆层被部分剥开；图4-图6为图3中的铅笔的漆层的成分检测表。

在根据本发明的优选实施方式中，制备水性漆复合涂层的方法主要包括将丙烯酸乳液和聚氨酯乳液混合成混合乳液，并采用润湿剂、增稠剂、成膜助剂、消泡剂共同作用于混合乳液从而生成水性漆。

化工行业中通常会单独使用丙烯酸乳液和聚氨酯乳液，行业内并不具有将两种乳液混合的先例。事实上，这两种乳液具有彼此不相关的使用特性，所以化工从业者通常不会想到将这两种乳液混合成混合乳液。

而本发明将彼此并不相关的丙烯酸乳液和聚氨酯乳液混合成混合乳液，这样的设置能够使得制成的水性漆兼具丙烯酸乳液和聚氨酯乳液各自特性中的优点，并且丙烯酸乳液和聚氨酯乳液也能够相互弥补其各自的特性中的缺点，从而得到具有较好性能的水性漆。具体地，聚氨酯乳液柔韧性好、干燥速度快，并能够弥补丙烯酸乳液的容易粘连、硬度低的缺陷；丙烯酸乳液能够弥补聚氨酯乳液容易发脆的缺陷。最终得到的混合乳液从而能够具有柔韧性好、成膜硬度较好、干燥速度快、不易粘连等优点。并且，由于水性树脂乳液的自交联性能的特点，使漆膜成膜的致密度较高，成膜更为紧密和牢靠，漆膜的颜色鲜艳和亮度上也能够达到较优水平。

优选地，制备方法还包括向混合乳液中添加颜料类色浆和粘土的步骤。其中，粘土特别地为遮盖性较强的粘土。这样的设置能够实现了在铅笔杆上抽涂上漆工艺中高覆盖率的要求，即在强力剪切条件下的良好重涂的技术特征。

同样优选地，在制备方法中以如下各成分的重量占比来添加各个成分：丙烯酸乳液占比30％-50％；聚氨酯乳液占比20％-30％；颜料类色浆占比5％-15％；粘土占比1％-10％；增稠剂占比1％-2％；润湿剂占比0.3％-1％；消泡剂占比0.1％-0.5％，以及根据需要而添加的任意剂量的水。在制备过程中，可以根据所需的水性漆的量以及上述各组分比例确定出各组分的预定剂量。

具体地，参考图1，在一种优选实施方式中，制备方法包括步骤s1至s5。

步骤s1为将预定剂量的丙烯酸乳液和聚氨酯乳液混合的步骤。

在步骤s2中，以500rpm-900rpm的速度将混合乳液持续搅拌28min-32min，例如搅拌30min，在该搅拌过程中依次加入预定剂量的粘土、颜料类色浆、润湿剂、消泡剂、成膜助剂。

在步骤s3中，降低搅拌速度，例如将搅拌速度调整为200rpm-300rpm，并加入预定剂量的增稠剂。

在步骤s4中，停止搅拌，将混合液静置22h-26h，例如静置24h。

在步骤s5中，测量粘度并调整粘度值(该调整步骤例如可以通过继续添加增稠剂实现)，使粘度值为10000cp-15000cp。

以上各组分的比例以及操作中的具体参数，是经过反复实验和调配，得出的最优结果。根据如上比例制成的水性漆，能够使得水性漆在抗粘性、硬度、柔韧性和快干特性等方面具有更优的性能表现。

在本实施方式中，制备水性漆的方法不包含苯系有机溶剂。这样制备出的水性漆较为环保和低碳，不会对环境造成影响，也不会损害消费者的健康安全。本实施方式所提供的制备方法所制备出的水性漆能够代替传统的溶剂型硝基铅笔漆，在环保安全上高于水性漆国家标准，使得制成的水性漆具有低气味、不可燃的特点。本实施方式所提供的水性漆的重金属含量指标符合欧盟en71-3标准，能够保证使用者的安全健康。

本发明的优选实施方式中还提供了根据上述方案制备出的水性漆，该水性漆的成分包括丙烯酸乳液、聚氨酯乳液、润湿剂、增稠剂、成膜助剂、消泡剂，优选地还包括颜色类色浆和粘土。水性漆的各成分的重量占比为：丙烯酸乳液占比30％-50％；聚氨酯乳液占比20％-30％；颜料类色浆占比5％-15％；粘土占比1％-10％；增稠剂占比1％-2％；润湿剂占比0.3％-1％；消泡剂占比0.1％-0.5％。并且，水性漆中不包含苯系有机溶剂。

该水性漆能够弥补普通水性漆的干燥慢等多种问题。本实施方式中的水性漆能够兼具丙烯酸乳液和聚氨酯乳液的优点并能够相互弥补缺点，从而使得水性漆具有较好的抗粘性、硬度、柔韧性和快干特性，并且能够满足在铅笔杆上抽涂上漆工艺中高覆盖率的要求，即在强力剪切条件下的良好重涂的技术特征。本实施方式的水性漆在使用时能够使漆膜成膜的致密度较高，成膜更为紧密和牢靠，漆膜的颜色鲜艳和亮度上也能够达到较优水平。

本发明的优选实施方式还提供了将上述水性漆应用于铅笔的生产方法，该生产方法包括依次的如下步骤：采用胶圈挤压抽涂的方式将水性漆在铅笔杆的表面依次施加底漆层、面漆层、光漆层，其中施加水性漆中的底漆层涂料的次数为2-4次，施加水性漆中的面漆层涂料的次数为3-6次，施加水性漆中的光漆层涂料的次数为1-3次，其中该步骤中使用的胶圈为硅胶胶圈，取代传统的橡胶胶圈；将涂覆有水性漆复合涂层的铅笔杆置于专用的烘房内进行干燥，该烘房的内部温度为40℃-50℃，内部湿度为10rh-20rh。

该生产方法还包括在铅笔杆的表面施加底漆层、面漆层、光漆层的步骤之前的制备底漆层涂料、面漆层涂料和光漆层涂料的步骤，其包括：将水性漆烘干以形成水性漆固体、将水性漆固体和水以第一比例混合得到底漆层涂料、将水性漆固体和水以第二比例混合得到面漆层涂料、将水性漆固体和水以第三比例混合得到光漆层涂料。其中，在底漆层涂料、面漆层涂料和光漆层涂料中，底漆层涂料中的水的质量占比最小，光漆层涂料中的水的质量占比最大。

更详细地，底漆层涂料中的水的质量占比为20％-30％；面漆层涂料中的水的质量占比为30％-40％；光漆层涂料中的水的质量占比为40％-50％。

在上述生产方法中，以上述次数施加底漆层涂料、面漆层涂料、光漆层涂料之后，能够在铅笔杆上达到合格的覆盖率和涂膜饱满度。遮盖率指标达到了同类水性漆的最好水平。

该干燥步骤在专用烘干房中实现，该干燥步骤具体又包括：第一干燥过程，第一干燥过程持续时间在1min之内，第一干燥过程结束时水性漆的干燥程度达到表面干燥程度；第一干燥过程之后的第二干燥过程，第二干燥过程的持续时间为5min-10min，第二干燥过程结束时水性漆的干燥程度达到实际干燥程度。这样的操作简单高效，并能够满足水性漆膜表面干燥和实际干燥的工艺要求。

以上各组分的比例以及操作中的具体参数，是经过反复实验和调配，得出的最适合匹配本发明所提供的水性漆的生产工艺。经过这样的生产步骤制造出的铅笔，其上的漆膜不仅具有较好的抗粘性、硬度、柔韧性和快干特性，并且在铅笔杆上具有较高覆盖率。并且铅笔杆上的漆膜的致密度较高，漆膜的颜色鲜艳和亮度也具有较优水平。

本发明的优选实施方式还提供了实施上述生产方法的生产设备，图2示出了该生产设备的示意图。在图2中，生产设备100包括涂漆装置、烘房1和传送装置。

其中，涂漆装置包括漆斗3和漆壶2，待涂漆的铅笔杆会被放置在漆斗3内，漆壶2内的水性漆将被施加到漆斗3内的铅笔杆上。并且，涂漆装置还包括胶圈5，操作者或操作机械能够通过胶圈挤压抽涂的方式将水性漆涂覆到铅笔杆上。例如，胶圈5的中心可以设置有径向尺寸略小于铅笔杆的小孔，铅笔杆能够被挤压以通过该小孔，在挤压穿过的过程中水性漆被施加到铅笔杆上。优选地，胶圈5例如可以为硅胶整体环状结构的胶圈。

在涂漆装置对铅笔杆施加水性漆之后，传送装置会将涂有漆层的铅笔输送至烘房1，烘房1内的温度为40℃-50℃。传输装置包括第一传送带4和第二传送带，所述第一传送带4被配置为将施加有所述水性漆的铅笔杆送入所述烘房1进行第一干燥过程，第二传送带被配置为将完成了第一干燥过程的铅笔杆重新送入烘房1以进行第二干燥过程。图2中仅示出了第一传送带4而未示出第二传送带，第二传送带可以位于第一传送带4下方。在图2中，第一传送带4正在将一列铅笔200运送至烘房1。

继续参考图2，由于铅笔杆要先进行涂漆之后再进行干燥，因而涂漆设备(包括漆斗3、漆壶2和胶圈5)沿铅笔的整体生产线的传送方向位于烘房1的上游。并且，涂漆设备在垂直于第一传送带4的传送方向的方向上位于烘房1的一侧。这样的设置能缩短整个生产线的长度，更合理地布置各个生产装置的位置，使得整个生产设备100布局合理、占地较小。

并且，生产设备还包括制漆装置，制漆装置包括烘干设备和混合设备。烘干设备被配置为能够将水性漆烘干以形成水性漆固体。混合设备被配置为能够将水性漆固体和水以第一比例混合得到底漆层涂料、将水性漆固体和水以第二比例混合得到面漆层涂料、将水性漆固体和水以第三比例混合得到光漆层涂料，其中，在底漆层涂料、面漆层涂料和光漆层涂料中，底漆层涂料中的水的质量占比最小，光漆层涂料中的水的质量占比最大。

图3示出了图2所示的生产设备生产出的铅笔100。铅笔100包括笔杆2、笔芯3和笔杆2外侧的水性漆复合涂层1，在图2中，笔杆2上的靠近笔尖处的水性漆复合涂层1被部分剥开。铅笔100的水性漆复合涂层包括：直接涂覆在铅笔100的笔杆2上的无添加苯系有机溶剂的底漆层；涂覆于底漆层之上的无添加苯系有机溶剂的面漆层；以及涂覆于面漆层之上的无添加苯系有机溶剂的光漆层。

其中，底漆层为含水比例小于面漆层的含水比例、光漆层的含水比例的外表面平滑或凹凸的薄层结构；面漆层为和底漆层的外表面形状相适应的平滑或凹凸的薄层结构；光漆层为含水比例大于面漆层的含水比例并和面漆层的外表面形状相适应的表面平滑或凹凸的薄层结构。优选地，水性漆复合涂层为掺杂有颜料类色浆和粘土的表面平滑或凹凸的薄层结构。

由于含水比例不同，使得底漆层、面漆层和光漆层的粘度和透明度不同。具体地，底漆层为粘度大于面漆层的粘度、光漆层的粘度的外表面平滑或凹凸的薄层结构；面漆层为和底漆层的外表面形状相适应的平滑或凹凸的薄层结构；光漆层为透明度大于面漆层的透明度、底漆层的透明度并和面漆层的外表面形状相适应的表面平滑或凹凸的薄层结构。

更具体地，水性漆复合涂层为包含质量占比为30％-50％的丙烯酸乳液、质量占比为20％-30％的聚氨酯乳液、质量占比为5％-15％的颜料类色浆、质量占比为1％-10％的粘土、质量占比为1％-2％的增稠剂、质量占比为0.3％-1％的润湿剂、质量占比为0.1％-0.5％的消泡剂的表面平滑或凹凸的薄层结构。

可以看到，铅笔100的水性漆复合涂层1即包括上文所述的水性漆，其成分包括丙烯酸乳液、聚氨酯乳液、润湿剂、增稠剂、成膜助剂、消泡剂，优选地还包括颜色类色浆和粘土。

铅笔100的水性漆复合涂层1的具体检测成分表(即前文所述的水性漆的检测成分表)在图4-图6中示出。从图4-图6中可以看到，常见的油漆内的可能有害的有机物质，在本实施方式的水性漆复合涂层1内的成分都远远低于限制值，尤其是有多种常见的可能有害的有机物，例如如图4所示的甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯以及图5中所示的挥发性有机化合物以及图6中所示的游离甲醛在本实施方式的水性漆复合涂层1内的含量都低于检测限而无法被检出，因而铅笔的漆层具有较好的安全环保性能。本发明所提供的水性漆，能够解决水性漆干燥慢等多种问题，兼具经济效益和环保效益。具体地，本发明所提供的水性漆包含丙烯酸乳液和聚氨酯乳液的混合乳液，从而能够兼具丙烯酸乳液和聚氨酯乳液的优点并能够相互弥补缺点，从而使得水性漆具有较好的抗粘性、硬度、柔韧性和快干特性。

本发明的水性漆中还可以包含遮盖性较强的粘土，从而实现了在铅笔杆上抽涂上漆工艺中高覆盖率的要求，即在强力剪切条件下的良好重涂的技术特征。并且，由于本发明所提供的水性漆的水性树脂乳液的自交联性能的特点，使漆膜成膜的致密度较高，成膜更为紧密和牢靠，漆膜的颜色鲜艳和亮度上也能够达到较优水平。

本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上所述，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。