技术领域
本发明涉及水性漆领域，尤其涉及一种涂装于金属表面的水性漆。
背景技术
现有的涂料(或油漆)是指涂到物体表面能干燥成膜，使物体美观并得到保护，或在物 体表面形成具有特殊功能的膜的一类成膜物质。
我国生产的涂料品种繁多，特别是涂装金属表面的涂料均以二甲苯等有机溶剂为溶剂的 油性涂料，一般称其为油漆，油漆在生产和使用过程中，对大气污染十分严重，一般每使用 一吨油漆向大气排放的溶剂约为400-700公斤，甚至更多。对环境造成的很大的污染。
目前在很多领域，由其是汽车领域，对金属漆的需求需来越大，而现有的金属漆都含有 的有害溶剂，这使得车间工作人员的身体受到极大的损伤。另外，现有的金属漆在柔韧性还 有所不足，以至于轻微的刮蹭或磕撞的力量，足以使得漆面受损，格外娇气。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涂装于金属表面的水性漆，用以克服上述技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种涂装于金属表面的水性漆，其成分以重量百分数表示 为：
水性树脂15-60；中和剂0.1-5；分散剂0.1-10；消泡剂0.01-5；体质颜料10-30；着 色颜料1-10；防锈颜料1-10；增稠剂0.1-5；基材润湿剂0.1-5；去离子水溶剂25-40；己 烯基双硬质酰胺5-8；铝矾土10-12份；硅丙乳液5-8份；表面控制剂2-4份；ph调节剂0-2； 其他助剂0.1-5；
其中，所述的水性树脂为水性醇酸树脂、水性环氧酯树脂、水性丙烯酸树脂或水性磷酸 酯树脂中的一种；
水性漆的制作方法为：
步骤a，将上述比例的水性树脂、分散剂、消泡剂、增稠剂混合加入溶解罐中，将去离 子水溶剂加入溶解罐，开动搅拌，在温度30-40℃的环境下，搅拌30分钟；
步骤b，将上述溶解罐中的溶液均匀分为3份，分别为第一溶液、第二溶液和第三溶液 各份溶液的浓度、PH值、重量都相同；
步骤c，将上述比例的体质颜料、着色颜料、防锈颜料、基材润湿剂、中和剂，加入第 一预乳化釜中，加入上述步骤b中的第一溶液，在温度85℃的环境下，搅拌速度设定300-500 转/每分，搅拌20分钟，得到第一乳化液；
步骤d，将上述比例的己烯基双硬质酰胺、铝矾土加入第二预乳化釜中，加入上述步骤b 中的第二溶液，在温度120℃的环境下，搅拌速度设定350-500转/每分，搅拌25分钟，得 到第二乳化液；
步骤e，将上述比例的硅丙乳液、表面控制剂、其他助剂加入第三预乳化釜中，加入上 述步骤b中的第三溶液，在温度90℃的环境下，搅拌速度设定400-500转/每分，搅拌15分 钟，得到第三乳化液；
步骤f，分别测定步骤c-d中的第一乳化液、第二乳化液、第三乳化液中的PH值，并通 过控制器进行运算，计算三者的PH值的重合度值运算结果在预设的范围内；若在该预设的范 围内，则将三份乳化液混合，300-500转/分钟搅拌分散30分钟，即制成灰色水性环氧底漆； 若三者的PH值的重合度值不在预设的范围内，则将三份乳化液中PH值较低中加入PH值调节 剂，搅拌均匀，重新测定PH值，并计算重合度阈值；直至满足阈值要求，将三份乳化液混合， 300-500转/分钟搅拌分散30分钟，即制成灰色水性环氧底漆。
进一步地，所述的控制器内设置一比较模块，分别采集各个PH检测仪采集的电压和电流 值；其对所有信号处理单元内存储的电流和电压采集信号进行运算处理；
所述的比较模块按照下述公式计算第二PH检测仪对第一PH检测仪采集数值的重合度 P21，本实施例中，采用PH检测仪采集的电流和电压信号进行判定；
P 21 ( u 1 , i 1 ) = Σ u 2 , i 2 ( T ( u 2 , i 2 ) * I ′ ( u 1 + u 2 , i 1 + i 2 ) ) Σ u 2 , i 2 T ( u 2 , i 2 ) 2 * Σ u 2 , i 2 I ( u 1 + u 2 , i 1 + i 2 ) 2 - - - ( 1 ) ]]>
式中，P21(u1，i1)表示每组电流和电压信号的重合度，u1和i1分别表示第一PH检测仪采 集的电压信号、电流信号，u2和i2分别表示所述第二PH检测仪采集的电压信号、电流信号， T表示均方差运算，I和I′表示积分运算。
所述的比较模块按照下述公式计算第三PH检测仪对第一PH检测仪采集数值的重合度 P31，本实施例中，采用检测仪对采集的电流和电压信号进行判定；
P 31 ( u 1 , i 1 ) = Σ u 3 , i 3 ( T ( u 3 , i 3 ) * I ′ ( u 1 + u 3 , i 1 + i 3 ) ) Σ u 3 , i 3 T ( u 3 , i 3 ) 2 * Σ u 3 , i 3 I ( u 1 + u 3 , i 1 + i 3 ) 2 - - - ( 2 ) ]]>
式中，P31(u1，i1)表示每组电流和电压信号的重合度，u1和i1分别表示第一PH检测仪采 集的电压信号、电流信号，u3和i3分别表示所述第二PH检测仪采集的电压信号、电流信号， T表示均方差运算，I和I′表示积分运算；
所述的比较模块按照下述公式计算第二PH检测仪对第三PH检测仪采集数值的重合度 P23，本实施例中，采用检测仪对采集的电流和电压信号进行判定；
P 23 ( u 3 , i 3 ) = Σ u 2 , i 2 ( T ( u 2 , i 2 ) * I ′ ( u 3 + u 2 , i 3 + i 2 ) ) Σ u 2 , i 2 T ( u 2 , i 2 ) 2 * Σ u 2 , i 2 I ( u 3 + u 2 , i 3 + i 2 ) 2 - - - ( 3 ) ]]>
式中，P23(u3，i3)表示每组电流和电压信号的重合度，u3和i3分别表示第一PH检测仪 采集的电压信号、电流信号，u2和i2分别表示所述第二PH检测仪采集的电压信号、电流信 号，T表示均方差运算，I和I′表示积分运算；
所述比较单元计算第二PH检测仪对第一PH检测仪的信号重合度P21，第三PH检测仪 对第一PH检测仪的信号重合度P31，第三PH检测仪对第二PH检测仪的信号重合度P32。
将上述测得的三个重合度阈值取平均值，得到最终重合度值。
进一步地，所述的分散剂为迪生产的760w、750w或BYK生产的YB-301，byk-154、 byk-154、byk-191。
进一步地，所述的消泡剂为TEG0生产的：Foamex-810、Foamex-845或BYK生产的byk-020。
进一步地，所述的体质颜料为：沉淀硫酸钡、重钙、滑石粉、高岭土、硅酸镁铝、云母 粉。
进一步地，所述的着色颜料为：钛白粉、氧化铁粉、炭黑粉、酞青蓝、孔雀蓝、耐晒黄、 铬黄、钼红、铬红、锌绿、酞青绿。
进一步地，所述的防锈颜料为：磷酸锌、三聚磷酸铝、硝酸钇、铬酸锶。
进一步地，所述的增稠剂为：罗门哈斯生产的碱溶胀增稠剂及聚氨酯增稠剂，ase-60、 罗门哈斯生产的RM-8w或OMG生产的OMG-0620。
进一步地，所述的基材润湿剂为：BYK生产的yb-346，迪高生产的tego270、tego4100、 立昌化工生产的LC-547、巴斯夫生产的C1211。
进一步地，其他助剂为：防闪锈剂为SERAD生产的FA-179，法国先创生产的CE-660B， 亚硝酸钠；耐盐雾剂为道康宁生产的Z6040；催干剂为Borchers生产的：OS-123/OS-421或 美国TROY生产的TROYMAXTM123。
本组分的作用机理：水性树脂制得的涂料使得防锈颜料、其他助剂的沉降速度得到明显 地控制，还能辅助颜料定向排列，颜料压缩趋于平行排列。树脂的水溶性随着树脂中羧基含 量的增加而增加，当含羧基的单体含量为10％～12％时，树脂临界水溶；但过高的羧基含量 导致并不需要的高水溶性，会引起涂膜性能下降，在水性涂料中，常常需要中和剂来调节体 系的pH值；中和剂的挥发性和碱性的强弱很重要，一般来说氨水不适宜用来中和水性树脂， 因为一方面氨水挥发太快，体系不稳定；另一方面氨水中和后的树脂对颜填料的润湿性较差。 本发明由于考虑到高温贮存时的pH值稳定性，选择中和剂LC-951作为中和剂，并保持体系 的pH值在8左右。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
本发明所提供的水性金属漆，不含有害挥发性性溶剂，有利于环境保护和使用者的身心 健康。本发明提供的水性金属漆的柔韧性极强，在受到外力的作用下，不易被受损。
本发明提供的水性漆附着力强，分散性能好，具有很好的成膜性能，不易开裂，水性漆 中几乎不含挥发性溶剂，使用时安全性高。本发明提供一种水性漆，有效地节约了能源，同 时本发明的水性漆比传统的油性漆更加环保、安全。本发明的水性漆无毒无害，对环境污染 小，不会影响所包装的食品的安全、卫生；涂布后形成的漆层坚韧，光亮度高，附着力强， 而且印刷适应性广，后续印刷加工性能极佳。
本发明在制作水性漆的过程中，将各原料分别溶解并分别控制PH值，并在各个乳化液混 合前，控制PH值在阈值范围内，水性漆在混合时具有相互适应的反应环境；水性漆最终具有 较高的韧性。
具体实施方式
以下结合，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明实施例的涂于金属表面的水性漆，其成分以重量百分数表示为：
水性树脂15-60；中和剂0.1-5；分散剂0.1-10；消泡剂0.01-5；体质颜料10-30；着 色颜料1-10；防锈颜料1-10；增稠剂0.1-5；基材润湿剂0.1-5；去离子水溶剂25-40；己 烯基双硬质酰胺5-8；铝矾土10-12份；硅丙乳液5-8份；表面控制剂2-4份；ph调节剂0-2； 其他助剂0.1-5；
其中，所述的水性树脂为水性醇酸树脂、水性环氧酯树脂、水性丙烯酸树脂或水性磷酸 酯树脂。
所述中和剂为立昌化工生产的LC-951，可为有机胺的一种或几种的混合物。
所述的分散剂为迪生产的760w、750w或BYK生产的YB-301，byk-154、byk-154、byk-191。
所述的消泡剂为TEGO生产的：Foamex-810、Foamex-845或BYK生产的byk-020。
所述的体质颜料为：沉淀硫酸钡、重钙、滑石粉、高岭土、硅酸镁铝、云母粉、
所述的着色颜料为：钛白粉、氧化铁粉、炭黑粉、酞青蓝、孔雀蓝、耐晒黄、铬黄、钼 红、铬红、锌绿、酞青绿。
所述的防锈颜料为：磷酸锌、三聚磷酸铝、硝酸钇、铬酸锶、
所述的增稠剂为：碱溶胀增稠剂及聚氨酯增稠剂如ase-60(罗门哈斯)、RM-8w(罗门哈斯)、 OMG-0620(OMG)。
所述的基材润湿剂为：BYK生产的yb-346，迪高生产的tego270、tego4100、立昌化工 生产的LC-547、巴斯夫生产的C1211。
其他助剂为：防闪锈剂为SERAD生产的FA-179，法国先创生产的CE-660B，亚硝酸钠； 耐盐雾剂为道康宁生产的Z6040；催干剂为Borchers生产的：OS-123/OS-421、美国TROY生 产的TROYMAXTM123。
所述的去离子水为符合标准的去离子水。
本发明实施例的水性漆的制作方法为：
步骤a，将上述比例的水性树脂、分散剂、消泡剂、增稠剂混合加入溶解罐中，将去离 子水溶剂加入溶解罐，开动搅拌，在温度30-40℃的环境下，搅拌30分钟；
步骤b，将上述溶解罐中的溶液均匀分为3份，分别为第一溶液、第二溶液和第三溶液 各份溶液的浓度、PH值、重量都相同；
步骤c，将上述比例的体质颜料、着色颜料、防锈颜料、基材润湿剂、中和剂，加入第 一预乳化釜中，加入上述步骤b中的第一溶液，在温度85℃的环境下，搅拌速度设定300-500 转/每分，搅拌20分钟，得到第一乳化液；
步骤d，将上述比例的己烯基双硬质酰胺、铝矾土加入第二预乳化釜中，加入上述步骤b 中的第二溶液，在温度120℃的环境下，搅拌速度设定350-500转/每分，搅拌25分钟，得 到第二乳化液；
步骤e，将上述比例的硅丙乳液、表面控制剂、其他助剂加入第三预乳化釜中，加入上 述步骤b中的第三溶液，在温度90℃的环境下，搅拌速度设定400-500转/每分，搅拌15分 钟，得到第三乳化液；
步骤f，分别测定步骤c-d中的第一乳化液、第二乳化液、第三乳化液中的PH值，并通 过控制单元进行运算，计算三者的PH值的重合度值运算结果在预设的范围内；若在该预设的 范围内，则将三份乳化液混合，300-500转/分钟搅拌分散30分钟，即制成灰色水性环氧底 漆；若三者的PH值的重合度值不在预设的范围内，则将三份乳化液中PH值较低中加入PH值 调节剂，搅拌均匀，重新测定PH值，并计算重合度阈值；直至满足阈值要求，将三份乳化液 混合，300-500转/分钟搅拌分散30分钟，即制成灰色水性环氧底漆。
在上述步骤f中，各个预乳化釜中分别设置PH检测仪，PH检测仪将采集的数据传输至 控制器中，PH检测仪分别为第一PH检测仪、第二温PH检测仪和第三PH检测仪；
所述的控制器内设置一比较模块，分别采集各个PH检测仪采集的电压和电流值；其对所 有信号处理单元内存储的电流和电压采集信号进行运算处理；
所述的比较模块按照下述公式计算第二PH检测仪对第一PH检测仪采集数值的重合度 P21，本实施例中，采用PH检测仪采集的电流和电压信号进行判定；
P 21 ( u 1 , i 1 ) = Σ u 2 , i 2 ( T ( u 2 , i 2 ) * I ′ ( u 1 + u 2 , i 1 + i 2 ) ) Σ u 2 , i 2 T ( u 2 , i 2 ) 2 * Σ u 2 , i 2 I ( u 1 + u 2 , i 1 + i 2 ) 2 - - - ( 1 ) ]]>
式中，P21(u1，i1)表示每组电流和电压信号的重合度，u1和i1分别表示第一PH检测仪采 集的电压信号、电流信号，u2和i2分别表示所述第二PH检测仪采集的电压信号、电流信号， T表示均方差运算，I和I′表示积分运算。
所述的比较模块按照下述公式计算第三PH检测仪对第一PH检测仪采集数值的重合度 P31，本实施例中，采用检测仪对采集的电流和电压信号进行判定；
P 31 ( u 1 , i 1 ) = Σ u 3 , i 3 ( T ( u 3 , i 3 ) * I ′ ( u 1 + u 3 , i 1 + i 3 ) ) Σ u 3 , i 3 T ( u 3 , i 3 ) 2 * Σ u 3 , i 3 I ( u 1 + u 3 , i 1 + i 3 ) 2 - - - ( 2 ) ]]>
式中，P31(u1，i1)表示每组电流和电压信号的重合度，u1和i1分别表示第一PH检测仪采 集的电压信号、电流信号，u3和i3分别表示所述第二PH检测仪采集的电压信号、电流信号， T表示均方差运算，I和I′表示积分运算；
所述的比较模块按照下述公式计算第二PH检测仪对第三PH检测仪采集数值的重合度 P23，本实施例中，采用检测仪对采集的电流和电压信号进行判定；
P 23 ( u 3 , i 3 ) = Σ u 2 , i 2 ( T ( u 2 , i 2 ) * I ′ ( u 3 + u 2 , i 3 + i 2 ) ) Σ u 2 , i 2 T ( u 2 , i 2 ) 2 * Σ u 2 , i 2 I ( u 3 + u 2 , i 3 + i 2 ) 2 - - - ( 3 ) ]]>
式中，P23(u3，i3)表示每组电流和电压信号的重合度，u3和i3分别表示第一PH检测仪 采集的电压信号、电流信号，u2和i2分别表示所述第二PH检测仪采集的电压信号、电流信 号，T表示均方差运算，I和I′表示积分运算；
所述比较单元计算第二PH检测仪对第一PH检测仪的信号重合度P21，第三PH检测仪 对第一PH检测仪的信号重合度P31，第三PH检测仪对第二PH检测仪的信号重合度P32。
将上述测得的三个重合度阈值取平均值，得到最终重合度值；在控制器中还包括数据存 储器，其从数据存储器中获取重合度阈值，将所述计算所得的重合度值与重合度阈值进行比 对，若所述重合度值大于阈值，则断定度超出阈值范围；若在该阈值范围内，则没有超出， 将三溶液混合。
下面通过实施例对上述各种水性漆的组成进行描述。
实施例一
将466克去离子水加入分散罐，开动搅拌，加水性环氧树脂176克，760w3.59克，810 消泡剂0.9克，ase-602.97克，搅拌，按照上述步骤a-b操作；
取沉淀硫酸钡277克，钛白粉51克，磷酸锌12克，LC-951中和剂8.27克，OMG-06204.04 克，LR97250.98克；混合，按照上述步骤c操作；
取己烯基双硬质酰胺12g；铝矾土5g；混合，按照上述步骤d操作；
炭黑8.5克，亚硝酸钠2.85克，表面控制剂6g；按照上述步骤e-f操作。
实施例二
将366.2克去离子水加入分散罐，开动搅拌，加水性醇酸树脂300克；810消泡剂0.03 克；760w3.9克，
取沉淀硫酸钡160克，氧化铁红100克，滑石粉50克，膨润土10亚硝酸钠2.8克，LC-951 中和剂4.5克，gel0620增稠剂2.75克；
然后加入RM-8w增稠剂3.1克，其他原料与上述实施例一相同，操作同上。
实施例三
将135克去离子水加入分散罐，开动搅拌，加水性醇酸树脂600克，LC-951中和剂7.5 克，760w4克，810消泡剂0.1克，LC-547润湿剂1克；
沉淀硫酸钡50克，钛白粉20克，大红粉(3132)80克，磷酸锌20克，亚硝酸钠2.5 克；
加入RM-8w增稠剂4.5克，gel0620增稠剂5克；
其他原料与上述实施例一相同，操作同上。
实施例四
将265克去离子水加入分散罐，开动搅拌，加水性环氧树脂206克，OS-123催干剂12.5 克；LC-951中和剂10.2克，760w2.5克，810消泡剂0.1克；
沉淀硫酸钡165克，钛白粉82.3炭黑9克，磷酸锌8.5克，ase-60增稠剂2.1克，gel0620 增稠剂4.3克。
其他原料与上述实施例一相同，操作同上。
本发明的性能测试参数如表1：
表1本发明各实施例测试性能
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 附着力 1级 1级 1级 1级 表干时间(室温)min 5-8 6-9 4-8 4-12 耐酸性 168h无异样 168h无异样 168h无异样 168h无异样 耐碱性 168h无异样 168h无异样 168h无异样 168h无异样 工作温度范围 -12℃及以上 -14℃及以上 -10℃及以上 -10℃及以上 耐人工老化 0级 0级 0级 0级 弹性模量 0.33MPa 0.35MPa 0.32MPa 0.34MPa 综合柔韧性等级 1级 1级 1级 1级
水性树脂制得的涂料使得防锈颜料、其他助剂的沉降速度得到明显地控制，还能辅助颜 料定向排列，颜料压缩趋于平行排列。树脂的水溶性随着树脂中羧基含量的增加而增加，当 含羧基的单体含量为10％～12％时，树脂临界水溶；但过高的羧基含量导致并不需要的高水 溶性，会引起涂膜性能下降。在水性涂料中，常常需要中和剂来调节体系的pH值。中和剂 的挥发性和碱性的强弱很重要，一般来说氨水不适宜用来中和水性树脂，因为一方面氨水挥 发太快，体系不稳定；另一方面氨水中和后的树脂对颜填料的润湿性较差。本发明由于考虑 到高温贮存时的pH值稳定性，选择中和剂LC-951作为中和剂，并保持体系的pH值在8左右。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本 发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范 围内。