环保高性能水性卷材涂料及其制备工艺的制作方法

本发明属于涂料制备，特别涉及一种水性卷材涂料，具体为环保高性能水性卷材涂料及其制备工艺。

背景技术：

1、长久以来，化工行业一直被认为是高能耗和高污染的行业，这完全违背了全世界大力倡导的环保理念。在世界上的大多数国家和地区，挥发性有机物的排放被立法控制，众多的化工企业生产受限甚至面临工厂的关闭。因此，新能源和绿色化工快速成为了化工行业的新星专业和发展热门，涂料化工行业更是在不断探索低能耗、高效率、零污染的生产路径。

2、卷材涂料是采用快速、自动化流水线的生产方式将涂料涂布于连续的金属薄板上经固化后达到一定机械性能的一种专业涂料。涂装后的卷材产品经冲压加工后被广泛应用于建筑、家电、汽车、装饰等各种领域。卷材涂料的涂装是以冷轧钢板、镀锌钢板、镀锌钢板等为基板，采用高度自动化的辊涂方式，钢板经过脱脂、化学处理、涂底漆、高温烘烤、涂面漆、高温烘烤后成膜并达到一定物理性能和抗性的涂层。传统的涂料可能会使用大量易挥发的有机溶剂，不仅会污染自然环境，还可能极大地损害人们的健康。无论是法律法规的要求还是基于人们对生命安全的考虑，有毒、有害的溶剂不应当继续出现在涂料体系中，因此“安全，环保，健康”逐渐成为人们为涂料设定的属性词。依照当前的发展前景和市场需求，不难看出在涂料化工行业环保型涂料将取代传统溶剂型涂料的必然性。

3、目前使用的绝大多数工业用涂料中含有大量的有机溶剂，这是涂料工业中有机挥发物的主要来源，也是空气中pm2.5的重要来源。因此，降低涂料的voc或低voc是环保型卷材涂料的发展方向之一。水性涂料降低了有机溶剂的含量，降低了voc的排放降低了火灾爆炸的危险，有利于降低成本，节约能源，已成为卷材涂料的一个新的发展方向。

4、因此，本发明制备了具有纤维结构的纳米微球颗粒，并配合丙烯酸接枝环氧树脂的复合乳液制备出了环保高性能水性卷材涂料。将其应用在镀锌钢板卷材上，为卷材提供了良好的附着力、机械性能和耐腐蚀性。

技术实现思路

1、为于克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水性卷材涂料，具体为环保高性能水性卷材涂料及其制备工艺。并通过以下技术方案来实现：

2、s1、在1000 ml的装有搅拌器、回流冷凝器和温度计的四口烧瓶中加入180-220 g的环氧树脂e51和35-52 g的丙二醇丁醚，加热至完全溶解；温度控制在108-125 ℃，加入2.2-3.6 g的磷酸或硼酸，并保持2-4 h；升温至145-155 ℃，滴加13-21 g的丙烯酸（aa），丙烯酸的滴加控制在1-1.5 h内滴完，保温1-2 h后加入0.01-0.03 g的过硫酸钠，再保温2-3h；降温至65-68 ℃加入5-8 g的三乙醇胺中和剂，搅拌0.5-1.2 h；然后加入去离子水乳化，即可获得水性丙烯酸环氧复合乳液；

3、s2、三金属微球前驱体：将5-8 g的fe(no3)2、3-6 g的co(no3)2、2-5 g的ce(no3)2、0.5-0.8 g的尿素和0.6-0.7 g的nh4f溶解在60 ml的去离子水中，然后转移到100 ml的聚四氟乙烯反应釜中，在150-180 ℃下，煅烧18-24 h，离心干燥后获得fe/co/ce-oh微球。该步骤制备的fe/co/ce-oh微球为纤维球结构，该纤维微球结构的引入有利于提高涂料的力学性能，另外fe、co和ce三金属之间有协同作用，在水热过程中可以快速达到热力学平衡，从而保证材料的纤维球结构。

4、s3、取8-10 g步骤s2制备的fe/co/ce-oh微球和1-1.5 g的十六烷基三甲基溴化铵ctab加入到100 ml的微波反应釜中，之后加入20 ml的乙腈、10 ml的乙二醇和10 ml的去离子水，搅拌均匀后，微波处理30-40 min，微波功率设定为200-300 w，温度设定为220-240℃，反应结束后即可获得纳米微球颗粒。该步骤利用微波快速放热的特点，可以将浸泡在含有乙腈有机溶剂中的fe/co/ce-oh微球表面迅速生成一层碳膜保护层，乙二醇使用可以确保纳米微球颗粒表面存有足够的羟基，有利于后续和水性丙烯酸改性环氧复合乳液快速融合。

5、s4、将150-210 g的步骤s1制得的水性丙烯酸改性环氧复合乳液和22-34 g的离子交换型二氧化硅防锈颜料301和6-11g步骤s3制备的纳米微球颗粒加入到研磨罐中，在振荡机中振荡 3-5 h后过滤，制得树脂浆，再加2.3-3.6 g的三聚氰胺树脂，继续搅拌0.5-1.2h，即可获环保高性能水性卷材涂料。该步骤中三聚氰胺树脂为氨基交联树脂助剂，可以使材料交联效果更好。除此之外丙烯酸上带有羧基，当羧基基团成盐乳化后，形成带负电荷的羧酸根，使带正电荷的粒子排布在其周围。羧基基团有利于亲水基团富集在粒子表层，与水分子氢键等作用而成为一体，即亲水基团被一层水分子外壳所包围，使得亲水性提高，粒子与水相界面张力减少，有利于形成稳定的涂料。

6、s5、涂覆卷材：用22#或24#线棒把步骤s4制备的卷材涂料涂布上镀锌钢板上，迅速放入280-350 ℃高温烘箱中烘40-60秒，板温pmt控制在230-250 ℃，迅速取出后在水中骤冷，即可获得环保高性能水性卷材。

7、优选地：所述步骤s1中丙烯酸（aa）购自于上海华谊丙烯酸公司。

8、优选地：所述步骤s1中在1000 ml的装有搅拌器、回流冷凝器和温度计的四口烧瓶中加入180 g的环氧树脂e51和35 g的丙二醇丁醚，加热至完全溶解；温度控制在108 ℃，加入2.2 g的磷酸，并保持2 h；升温至145 ℃，滴加13 g的丙烯酸，丙烯酸的滴加控制在1 h内滴完，保温1 h后加入0.01 g的过硫酸钠，再保温2 h；降温至65 ℃加入5 g的三乙醇胺中和剂，搅拌0.5 h；然后加入去离子水乳化，即可获得水性丙烯酸环氧复合乳液；

9、优选地：所述步骤s1中在1000 ml的装有搅拌器、回流冷凝器和温度计的四口烧瓶中加入220 g的环氧树脂e51和52 g的丙二醇丁醚，加热至完全溶解；温度控制在125 ℃，加入3.6 g的硼酸，并保持4 h；升温至155 ℃，滴加21 g的丙烯酸，丙烯酸的滴加控制在1.5 h内滴完，保温2 h后加入0.03 g的过硫酸钠，再保温3 h；降温至68 ℃加入8 g的三乙醇胺中和剂，搅拌1.2 h；然后加入去离子水乳化，即可获得水性丙烯酸环氧复合乳液；

10、优选地：所述步骤s2中将5 g的fe(no3)2、3 g的co(no3)2、2 g的ce(no3)2、0.5 g的尿素和0.6 g的nh4f溶解在60 ml的去离子水中，然后转移到100 ml的聚四氟乙烯反应釜中，在150 ℃下，煅烧18 h，离心干燥后获得fe/co/ce-oh微球。该步骤制备的fe/co/ce-oh微球为纤维球结构，该纤维微结构的引入有利于提高涂料的力学性能，另外fe、co和ce三金属之间有协同作用，在水热过程中可以快速达到热力学平衡，从而保证材料的纤维球结构。

11、优选地：所述步骤s2中将8 g的fe(no3)2、6 g的co(no3)2、5 g的ce(no3)2、0.8 g的尿素和0.7 g的nh4f溶解在60 ml的去离子水中，然后转移到100 ml的聚四氟乙烯反应釜中，在180 ℃下，煅烧24 h，离心干燥后获得fe/co/ce-oh微球。该步骤制备的fe/co/ce-oh微球为纤维球结构，该纤维微结构的引入有利于提高涂料的力学性能，另外fe、co和ce三金属之间有协同作用，在水热过程中可以快速达到热力学平衡，从而保证材料的纤维球结构。

12、优选地：所述步骤s3中取8 g 步骤s2制备的fe/co/ce-oh微球和1 g的十六烷基三甲基溴化铵ctab加入到100 ml的微波反应釜中，之后加入20 ml的乙腈、10 ml的乙二醇和10 ml的去离子水，搅拌均匀后，微波处理30 min，微波功率设定为200 w，温度设定为220℃，反应结束后即可获得纳米微球颗粒。

13、优选地：所述步骤s3中取10 g步骤s2制备的fe/co/ce-oh微球和1.5 g的十六烷基三甲基溴化铵ctab加入到100 ml的微波反应釜中，之后加入20 ml的乙腈、10 ml的乙二醇和10 ml的去离子水，搅拌均匀后，微波处理40 min，微波功率设定为300 w，温度设定为240℃，反应结束后即可获得纳米微球颗粒。该步骤利用微波快速放热的特点，可以将浸泡在含有乙腈有机溶剂中的fe/co/ce-oh微球表面迅速生成一层碳膜保护层，乙二醇使用可以确保纳米微球颗粒表面存有足够的羟基，有利于后续和水性丙烯酸改性环氧复合乳液快速融合。

14、优选地：所述步骤s4中将150 g的步骤s1制得的水性丙烯酸改性环氧复合乳液和22 g的离子交换型二氧化硅防锈颜料301和6 g步骤s3制备的纳米微球颗粒加入到研磨罐中，在振荡机中振荡3 h后过滤，制得树脂浆，再加2.3 g的三聚氰胺树脂，继续搅拌0.5 h，即可获环保高性能水性卷材涂料。该步骤中三聚氰胺树脂为氨基交联树脂助剂，可以使材料交联效果更好。除此之外丙烯酸上带有羧基，当羧基基团成盐乳化后，形成带负电荷的羧酸根，使带正电荷的粒子排布在其周围。羧基基团有利于亲水基团富集在粒子表层，与水分子氢键等作用而成为一体，即亲水基团被一层水分子外壳所包围，使得亲水性提高，粒子与水相界面张力减少，有利于形成稳定的涂料。

15、优选地：所述步骤s4中将210 g的步骤s1制得的水性丙烯酸改性环氧复合乳液和34 g的离子交换型二氧化硅防锈颜料301和11 g步骤s3制备的纳米微球颗粒加入到研磨罐中，在振荡机中振荡5 h后过滤，制得树脂浆，再加3.6 g的三聚氰胺树脂，继续搅拌1.2 h，即可获环保高性能水性卷材涂料。该步骤中三聚氰胺树脂为氨基交联树脂助剂，可以使材料交联效果更好。除此之外丙烯酸上带有羧基，当羧基基团成盐乳化后，形成带负电荷的羧酸根，使带正电荷的粒子排布在其周围。羧基基团有利于亲水基团富集在粒子表层，与水分子氢键等作用而成为一体，即亲水基团被一层水分子外壳所包围，使得亲水性提高，粒子与水相界面张力减少，有利于形成稳定的涂料。

16、优选地：所述步骤s5中用22#线棒把步骤s3制备的卷材涂料涂布上镀锌钢板上，迅速放入280 ℃高温烘箱中烘40秒，板温pmt控制在230 ℃，迅速取出后在水中骤冷，即可获得制得环保高性能水性卷材。

17、优选地：所述步骤s5中用24#线棒把步骤s3制备的卷材涂料涂布上镀锌钢板上，迅速放入350 ℃高温烘箱中烘60秒，板温pmt控制在250 ℃，迅速取出后在水中骤冷，即可获得环保高性能水性卷材。

18、优选地：所述步骤s1只使用的环氧树脂e51购自于济南聚美汇化工有限公司；

19、优选地：所述步骤s3中离子交换型二氧化硅防锈颜料301购自于上海元肃化工科技有限公司；

20、优选地：所述步骤s3中选用的涂覆涂料的镀锌钢板为30 cm×16 cm×0.5 mm；

21、本发明有益之处：

22、1、本发明制备的水性卷材涂料具有固含量高、硬度高、附着力和耐压性好、柔韧性好的特点。

23、2、本发明操作简单，生产的成本较低，有利于批量生产。

24、3、把本发明制备了fe/co/ce-oh微球，该纤维微球结构的引入有利于提高涂料的力学性能。

25、4、本发明利用微波快速放热的特点，可以将浸泡在含有乙腈有机溶剂中的fe/co/ce-oh微球表面迅速生成一层碳膜保护层，乙二醇使用可以确保纳米微球颗粒表面存有足够的羟基，有利于后续和水性丙烯酸改性环氧复合乳液快速融合。