CN116554748B - 一种用于金属材料的水性涂层及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水性涂层领域，具体涉及一种用于金属材料的水性涂层及制备工艺。其中水性涂层，按照重量份数计算，包括以下成分：85‑125份改性水性丙烯酸乳液、24‑48份填料、0.5‑1.5份分散剂、0.3‑0.8份消泡剂、1‑2份成膜助剂、1.2‑1.6份催干剂和20‑40份去离子水；其中，改性水性丙烯酸树脂是通过使用硅化钇交联微球对水性丙烯酸树脂进行改性后制备得到。本发明通过制备了一种能够用于金属材料表面的水性涂层，该水性涂层属于水性丙烯酸类涂料，本发明通过对现有的水性丙烯酸乳液进行改性，制备得到的涂层不仅具有较好的耐高温性以及耐盐雾性，而且干燥速度快，同时硬度、防腐性和附着力也表现优异。
Description
技术领域
本发明涉及水性涂层领域，具体涉及一种用于金属材料的水性涂层及制备工艺。
背景技术
在金属材料表面处理领域，使用防腐涂料在材料表面形成防腐涂层是材料防腐表面处理的重要手段，是提高材料耐蚀性能的主要方法，通过涂料涂层形成阻隔层，阻隔空气、水及其它腐蚀介质与材料基体的接触，从而达到延长材料使用寿命的目的。随着全球气候的变化、资源能源的日趋紧张，世界各国相继制定了一系列严格的环保法规和政策。由于传统溶剂型涂料的挥发性有机化合物(VOC)的排放对环境造成了严重的污染，水性涂料开始逐渐代替传统溶剂型涂料。水性涂料作为涂料的一种产品，其溶剂是水，不存在易燃易爆的隐患，且对环境无污染，因此，水性涂料必将是未来涂料发展的主要方向，而丙烯酸树脂由于具有涂层颜色多样、光泽好以及装饰性强，成为了常用的金属材料水性涂层。
然而，目前市场上的水性丙烯酸涂料遇到的问题主要是，常规水性丙烯酸酯涂层存在硬度低、耐盐雾性不好、附着力差等缺点。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于金属材料的水性涂层及制备工艺。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种用于金属材料的水性涂层，按照重量份数计算，包括以下成分：
85-125份改性水性丙烯酸乳液、24-48份填料、0.5-1.5份分散剂、0.3-0.8份消泡剂、1-2份成膜助剂、1.2-1.6份催干剂和20-40份去离子水；
其中，改性水性丙烯酸树脂是通过使用硅化钇交联微球对水性丙烯酸树脂进行改性后制备得到。
优选地，所述水性丙烯酸树脂的制备方法为：
将乳化剂与去离子水配置成混合溶液，称取丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸环己酯混合至混合溶液内，充分搅拌后，等质量分为两部分，即第一溶液和第二溶液；
其中，乳化剂为磺基琥珀酸二异辛酯钠盐；按照质量比例，丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸环己酯、乳化剂与去离子水为0.8-1.2:0.5-0.7:1.3-1.7:0.2-0.6:0.7-1.1:0.005-0.01:4-8；
向第一溶液内第一次加入引发剂过氧化苯甲酰，混合均匀后，升温至85-95℃，保温反应10-20min后，在1h内逐滴加入第二溶液，全部滴加后，第二次加入引发剂过氧化苯甲酰，继续保温反应3-4h，之后降温至40-50℃，调节pH至8，即得到水性丙烯酸树脂；
其中，两次加入的过氧化苯甲酰质量相同，均为第一溶液质量的0.05%-0.15%。
优选地，所述改性水性丙烯酸乳液的制备方法为：
将硅化钇交联微球投入至乳化剂磺基琥珀酸二异辛酯钠盐与去离子水的混合溶液内，充分搅拌后，形成硅化钇交联微球溶液，然后逐渐地加入至不断搅拌地水性丙烯酸树脂内，全部加入之后，继续搅拌0.5-1h，得到改性水性丙烯酸乳液；
其中，按照质量比例，硅化钇交联微球、乳化剂与去离子水为1:0.05-0.1:4-6；硅化钇交联微球溶液与水性丙烯酸树脂的质量比是1:15-25。
优选地，所述填料为钛白粉、石英粉、碳酸钙、硫酸钡、云母粉中的至少一种；填料的粒径是0.2-0.4μm。
优选地，所述分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂，包括型号为AMS-5040、ZH-6007、KSK-426中的至少一种。
优选地，所述消泡剂为聚醚类消泡剂，包括型号为GL-58、F-521、SGR1832中的至少一种。
优选地，所述成膜助剂为醇酯十二、丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚中的至少一种。
优选地，所述催干剂为水性催干剂J2502。
优选地，所述硅化钇交联微球的制备方法包括：
（1）称取硅化钇微粉与0.05mol/L的氢氧化钠溶液混合，升温至50-60℃，保温处理0.5-1h，之后离心出微粉颗粒，使用纯水洗涤至中性，干燥，得到活化硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，硅化钇微粉与氢氧化钠溶液为1:10-20；硅化钇微粉的粒径是200-300nm；
（2）称取偶联剂KH-550加入至去离子水内，搅拌均匀后，投入活化硅化钇微粉，升温至沸腾状态，保温处理6-10h，离心出微粉颗粒，使用纯水冲洗三次后，干燥，得到氨基硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，偶联剂KH-550、活化硅化钇微粉与去离子水为0.4-0.8:1.2-1.8:20-30；
（3）称取二巯基琥珀酸与N,N-二甲基甲酰胺混合，滴加醋酸酐，升温至50-60℃，保温处理6-10h，除去溶剂后，干燥，得到二巯基琥珀酸酐；
其中，按照质量比例，醋酸酐、二巯基琥珀酸与N,N-二甲基甲酰胺为0.5-0.9:0.3-0.7:3-5；
（4）将氨基硅化钇微粉与N,N-二甲基甲酰胺混合，再加入冰醋酸，搅拌均匀后，加入二巯基琥珀酸酐，升温至75-80℃，保温反应10-15h，经过离心、洗涤和干燥后，即得到二巯基硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，氨基硅化钇微粉、N,N-二甲基甲酰胺、冰醋酸与二巯基琥珀酸酐为1:50-70:30-50:4.2-6.8；
（5）称取双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)与N,N-二甲基甲酰胺混合，搅拌均匀后，加入二巯基硅化钇微粉，升温至50-60℃，然后滴加三乙胺，持续搅拌地搅拌反应2-4h后，过滤出生成的固体颗粒，使用纯水洗涤三次后，干燥，得到硅化钇交联微球；
其中，按照质量比例，双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)、二巯基硅化钇微粉与N,N-二甲基甲酰胺为0.24-0.38:1:20-30。
第二方面，本发明提供一种用于金属材料的水性涂层的制备工艺，包括：
步骤1，按照重量份数，依次称取填料、分散剂、消泡剂、成膜助剂和去离子水混合在搅拌机内，充分搅拌后，形成预制浆液；
步骤2，按照重量份数，称取改性水性丙烯酸乳液、催干剂与预制浆液混合，在1000-1500rpm的速度下搅拌0.5-1h，即得到预制涂料；
步骤3，将预制涂料涂覆至金属材料的表面，室温干燥处理2-6h后，即得到水性涂层。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过制备了一种能够用于金属材料表面的水性涂层，该水性涂层属于水性丙烯酸类涂料，本发明通过对现有的水性丙烯酸乳液进行改性，制备得到的涂层不仅具有较好的耐高温性以及耐盐雾性，而且干燥速度快，同时硬度、防腐性和附着力也表现优异。
2、在本发明中，改性水性丙烯酸树脂是采用硅化钇交联微球对于水性丙烯酸树脂改性后制备得到。而硅化钇交联微球的制备采用了以硅化钇为内核，以有机交联化合物为外壳制备得到，内核的硅化钇与外壳的含有硫醚键的交联化合物所组成的壳核结构微球，不仅与丙烯酸树脂有更好的结合交联性，且对于丙烯酸涂料性能具有较好的提升增强作用。
3、为了能够更加清楚地了解本发明的内容，本发明对硅化钇交联微球的制备方法进行了原理上的分析：（1）将硅化钇微粉在碱液内处理使表面活化，然后通过氨基偶联剂KH-550对其进行表面处理，得到氨基硅化钇微粉；（2）在冰醋酸的作用下，通过使用含有双巯基的二巯基丁二酸处理氨基硅化钇微粉，得到二巯基硅化钇微粉；（3）使用含有双马来酰亚胺基团的双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)与含有双巯基的二巯基硅化钇微粉发生点击化学反应(Click Chemistry)，形成含有硫醚键（C-S键）的交联化合物包覆在硅化钇的表面，最终得到硅化钇交联微球。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种用于金属材料的水性涂层，按照重量份数计算，包括以下成分：
100份改性水性丙烯酸乳液、36份填料、1份分散剂、0.5份消泡剂、1.5份成膜助剂、1.4份催干剂和30份去离子水；
改性水性丙烯酸树脂是通过使用硅化钇交联微球对水性丙烯酸树脂进行改性后制备得到。
填料为钛白粉与石英粉按照质量比2:1混合；填料的粒径是0.3μm。
分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂AMS-5040，消泡剂为聚醚类消泡剂GL-5，成膜助剂为醇酯十二，催干剂为水性催干剂J2502。
水性丙烯酸树脂的制备方法为：
将乳化剂与去离子水配置成混合溶液，称取丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸环己酯混合至混合溶液内，充分搅拌后，等质量分为两部分，即第一溶液和第二溶液；
其中，乳化剂为磺基琥珀酸二异辛酯钠盐；按照质量比例，丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸环己酯、乳化剂与去离子水为1:0.6:1.5:0.4:0.9:0.005:6；
向第一溶液内第一次加入引发剂过氧化苯甲酰，加入量为第一溶液质量的0.1%，混合均匀后，升温至90℃，保温反应15min后，在1h内逐滴加入第二溶液，全部滴加后，第二次加入引发剂过氧化苯甲酰，第一溶液质量的0.1，继续保温反应3-4h，之后降温至45℃，调节pH至8，即得到水性丙烯酸树脂。
硅化钇交联微球的制备方法包括：
（1）称取硅化钇微粉与0.05mol/L的氢氧化钠溶液混合，升温至55℃，保温处理0.5h，之后离心出微粉颗粒，使用纯水洗涤至中性，干燥，得到活化硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，硅化钇微粉与氢氧化钠溶液为1:15；硅化钇微粉的粒径是200-300nm；
（2）称取偶联剂KH-550加入至去离子水内，搅拌均匀后，投入活化硅化钇微粉，升温至沸腾状态，保温处理8h，离心出微粉颗粒，使用纯水冲洗三次后，干燥，得到氨基硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，偶联剂KH-550、活化硅化钇微粉与去离子水为0.6:1.5:25；
（3）称取二巯基琥珀酸与N,N-二甲基甲酰胺混合，滴加醋酸酐，升温至55℃，保温处理8h，除去溶剂后，干燥，得到二巯基琥珀酸酐；
其中，按照质量比例，醋酸酐、二巯基琥珀酸与N,N-二甲基甲酰胺为0.7:0.5:4；
（4）将氨基硅化钇微粉与N,N-二甲基甲酰胺混合，再加入冰醋酸，搅拌均匀后，加入二巯基琥珀酸酐，升温至80℃，保温反应10h，经过离心、洗涤和干燥后，即得到二巯基硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，氨基硅化钇微粉、N,N-二甲基甲酰胺、冰醋酸与二巯基琥珀酸酐为1:60:40:5.4；
（5）称取双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)与N,N-二甲基甲酰胺混合，搅拌均匀后，加入二巯基硅化钇微粉，升温至55℃，然后滴加三乙胺，持续搅拌地搅拌反应3h后，过滤出生成的固体颗粒，使用纯水洗涤三次后，干燥，得到硅化钇交联微球；
其中，按照质量比例，双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)、二巯基硅化钇微粉与N,N-二甲基甲酰胺为0.32:1:25。
改性水性丙烯酸乳液的制备方法为：
将硅化钇交联微球投入至乳化剂磺基琥珀酸二异辛酯钠盐与去离子水的混合溶液内，充分搅拌后，形成硅化钇交联微球溶液，然后逐渐地加入至不断搅拌地水性丙烯酸树脂内，全部加入之后，继续搅拌0.5-1h，得到改性水性丙烯酸乳液；
其中，按照质量比例，硅化钇交联微球、乳化剂与去离子水为1:0.05:5；硅化钇交联微球溶液与水性丙烯酸树脂的质量比是1:20。
上述用于金属材料的水性涂层的制备工艺，包括：
步骤1，按照重量份数，依次称取填料、分散剂、消泡剂、成膜助剂和去离子水混合在搅拌机内，充分搅拌后，形成预制浆液；
步骤2，按照重量份数，称取改性水性丙烯酸乳液、催干剂与预制浆液混合，在1500rpm的速度下搅拌1h，即得到预制涂料；
步骤3，将预制涂料涂覆至金属材料的表面，室温干燥处理4h后，即得到水性涂层。
实施例2
一种用于金属材料的水性涂层，按照重量份数计算，包括以下成分：
85份改性水性丙烯酸乳液、24份填料、0.5份分散剂、0.3份消泡剂、1份成膜助剂、1.2份催干剂和20份去离子水；
改性水性丙烯酸树脂是通过使用硅化钇交联微球对水性丙烯酸树脂进行改性后制备得到。
填料为钛白粉与碳酸钙按照质量比为3:1混合；填料的粒径是0.2μm。
分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂ZH-6007，消泡剂为聚醚类消泡剂F-521，成膜助剂为丙二醇丁醚，催干剂为水性催干剂J2502。
水性丙烯酸树脂的制备方法为：
将乳化剂与去离子水配置成混合溶液，称取丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸环己酯混合至混合溶液内，充分搅拌后，等质量分为两部分，即第一溶液和第二溶液；
其中，乳化剂为磺基琥珀酸二异辛酯钠盐；按照质量比例，丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸环己酯、乳化剂与去离子水为0.8:0.5:1.3:0.2:0.7:0.005:4；
向第一溶液内第一次加入引发剂过氧化苯甲酰，加入量为第一溶液质量的0.05%，混合均匀后，升温至85℃，保温反应10min后，在1h内逐滴加入第二溶液，全部滴加后，第二次加入引发剂过氧化苯甲酰，第一溶液质量的0.05%，继续保温反应3h，之后降温至40℃，调节pH至8，即得到水性丙烯酸树脂。
硅化钇交联微球的制备方法包括：
（1）称取硅化钇微粉与0.05mol/L的氢氧化钠溶液混合，升温至50℃，保温处理0.5h，之后离心出微粉颗粒，使用纯水洗涤至中性，干燥，得到活化硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，硅化钇微粉与氢氧化钠溶液为1:10；硅化钇微粉的粒径是200-300nm；
（2）称取偶联剂KH-550加入至去离子水内，搅拌均匀后，投入活化硅化钇微粉，升温至沸腾状态，保温处理6h，离心出微粉颗粒，使用纯水冲洗三次后，干燥，得到氨基硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，偶联剂KH-550、活化硅化钇微粉与去离子水为0.4:1.2:20；
（3）称取二巯基琥珀酸与N,N-二甲基甲酰胺混合，滴加醋酸酐，升温至50℃，保温处理6h，除去溶剂后，干燥，得到二巯基琥珀酸酐；
其中，按照质量比例，醋酸酐、二巯基琥珀酸与N,N-二甲基甲酰胺为0.5:0.3:3；
（4）将氨基硅化钇微粉与N,N-二甲基甲酰胺混合，再加入冰醋酸，搅拌均匀后，加入二巯基琥珀酸酐，升温至75℃，保温反应10h，经过离心、洗涤和干燥后，即得到二巯基硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，氨基硅化钇微粉、N,N-二甲基甲酰胺、冰醋酸与二巯基琥珀酸酐为1:50:30:4.2；
（5）称取双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)与N,N-二甲基甲酰胺混合，搅拌均匀后，加入二巯基硅化钇微粉，升温至50℃，然后滴加三乙胺，持续搅拌地搅拌反应2h后，过滤出生成的固体颗粒，使用纯水洗涤三次后，干燥，得到硅化钇交联微球；
其中，按照质量比例，双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)、二巯基硅化钇微粉与N,N-二甲基甲酰胺为0.24:1:20。
改性水性丙烯酸乳液的制备方法为：
将硅化钇交联微球投入至乳化剂磺基琥珀酸二异辛酯钠盐与去离子水的混合溶液内，充分搅拌后，形成硅化钇交联微球溶液，然后逐渐地加入至不断搅拌地水性丙烯酸树脂内，全部加入之后，继续搅拌0.5h，得到改性水性丙烯酸乳液；
其中，按照质量比例，硅化钇交联微球、乳化剂与去离子水为1:0.05:4；硅化钇交联微球溶液与水性丙烯酸树脂的质量比是1:15。
上述用于金属材料的水性涂层的制备工艺，包括：
步骤1，按照重量份数，依次称取填料、分散剂、消泡剂、成膜助剂和去离子水混合在搅拌机内，充分搅拌后，形成预制浆液；
步骤2，按照重量份数，称取改性水性丙烯酸乳液、催干剂与预制浆液混合，在1000rpm的速度下搅拌0.5h，即得到预制涂料；
步骤3，将预制涂料涂覆至金属材料的表面，室温干燥处理2h后，即得到水性涂层。
实施例3
一种用于金属材料的水性涂层，按照重量份数计算，包括以下成分：
125份改性水性丙烯酸乳液、48份填料、1.5份分散剂、0.8份消泡剂、2份成膜助剂、1.6份催干剂和40份去离子水；
改性水性丙烯酸树脂是通过使用硅化钇交联微球对水性丙烯酸树脂进行改性后制备得到。
填料为钛白粉与云母粉按照质量比为1:1混合；填料的粒径是0.4μm。
分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂KSK-426，消泡剂为聚醚类消泡剂SGR1832，成膜助剂为二乙二醇丁醚，催干剂为水性催干剂J2502。
水性丙烯酸树脂的制备方法为：
将乳化剂与去离子水配置成混合溶液，称取丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸环己酯混合至混合溶液内，充分搅拌后，等质量分为两部分，即第一溶液和第二溶液；
其中，乳化剂为磺基琥珀酸二异辛酯钠盐；按照质量比例，丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸环己酯、乳化剂与去离子水为1.2:0.7:1.7:0.6:1.1:0.01:8；
向第一溶液内第一次加入引发剂过氧化苯甲酰，加入量为第一溶液质量的0.15%，混合均匀后，升温至95℃，保温反应20min后，在1h内逐滴加入第二溶液，全部滴加后，第二次加入引发剂过氧化苯甲酰，第一溶液质量的0.15%，继续保温反应4h，之后降温至50℃，调节pH至8，即得到水性丙烯酸树脂。
硅化钇交联微球的制备方法包括：
（1）称取硅化钇微粉与0.05mol/L的氢氧化钠溶液混合，升温至60℃，保温处理1h，之后离心出微粉颗粒，使用纯水洗涤至中性，干燥，得到活化硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，硅化钇微粉与氢氧化钠溶液为1:20；硅化钇微粉的粒径是200-300nm；
（2）称取偶联剂KH-550加入至去离子水内，搅拌均匀后，投入活化硅化钇微粉，升温至沸腾状态，保温处理10h，离心出微粉颗粒，使用纯水冲洗三次后，干燥，得到氨基硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，偶联剂KH-550、活化硅化钇微粉与去离子水为0.8:1.8:30；
（3）称取二巯基琥珀酸与N,N-二甲基甲酰胺混合，滴加醋酸酐，升温至60℃，保温处理10h，除去溶剂后，干燥，得到二巯基琥珀酸酐；
其中，按照质量比例，醋酸酐、二巯基琥珀酸与N,N-二甲基甲酰胺为0.9:0.7:5；
（4）将氨基硅化钇微粉与N,N-二甲基甲酰胺混合，再加入冰醋酸，搅拌均匀后，加入二巯基琥珀酸酐，升温至80℃，保温反应15h，经过离心、洗涤和干燥后，即得到二巯基硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，氨基硅化钇微粉、N,N-二甲基甲酰胺、冰醋酸与二巯基琥珀酸酐为1:70:50:6.8；
（5）称取双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)与N,N-二甲基甲酰胺混合，搅拌均匀后，加入二巯基硅化钇微粉，升温至60℃，然后滴加三乙胺，持续搅拌地搅拌反应4h后，过滤出生成的固体颗粒，使用纯水洗涤三次后，干燥，得到硅化钇交联微球；
其中，按照质量比例，双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)、二巯基硅化钇微粉与N,N-二甲基甲酰胺为0.38:1:30。
改性水性丙烯酸乳液的制备方法为：
将硅化钇交联微球投入至乳化剂磺基琥珀酸二异辛酯钠盐与去离子水的混合溶液内，充分搅拌后，形成硅化钇交联微球溶液，然后逐渐地加入至不断搅拌地水性丙烯酸树脂内，全部加入之后，继续搅拌0.5-1h，得到改性水性丙烯酸乳液；
其中，按照质量比例，硅化钇交联微球、乳化剂与去离子水为1:0.1:6；硅化钇交联微球溶液与水性丙烯酸树脂的质量比是1:25。
上述用于金属材料的水性涂层的制备工艺，包括：
步骤1，按照重量份数，依次称取填料、分散剂、消泡剂、成膜助剂和去离子水混合在搅拌机内，充分搅拌后，形成预制浆液；
步骤2，按照重量份数，称取改性水性丙烯酸乳液、催干剂与预制浆液混合，在1500rpm的速度下搅拌1h，即得到预制涂料；
步骤3，将预制涂料涂覆至金属材料的表面，室温干燥处理6h后，即得到水性涂层。
对比例1
一种用于金属材料的水性涂层，与实施例1的区别在于，将实施例1中改性水性丙烯酸乳液替换成水性丙烯酸乳液；
按照重量份数计算，包括以下成分：
100份水性丙烯酸乳液、36份填料、1份分散剂、0.5份消泡剂、1.5份成膜助剂、1.4份催干剂和30份去离子水；
水性丙烯酸树脂的制备方法同实施例1。
水性丙烯酸乳液的制备方法为：
将乳化剂磺基琥珀酸二异辛酯钠盐与去离子水的混合溶液内，充分搅拌后，然后逐渐地加入至不断搅拌地水性丙烯酸树脂内，全部加入之后，继续搅拌0.5-1h，得到水性丙烯酸乳液；
其中，按照质量比例，乳化剂与去离子水为0.05:5；去离子水与水性丙烯酸树脂的质量比是1:20。
对比例2
一种用于金属材料的水性涂层，与实施例1的区别在于，改性水性丙烯酸乳液的制备方法与实施例1不相同；
按照重量份数计算，包括以下成分：
100份改性水性丙烯酸乳液、36份填料、1份分散剂、0.5份消泡剂、1.5份成膜助剂、1.4份催干剂和30份去离子水；
改性水性丙烯酸乳液通过使用硅化钇微粉对水性丙烯酸树脂进行改性后制备得到。
水性丙烯酸树脂的制备方法同实施例1。
改性水性丙烯酸乳液的制备方法为：
将硅化钇微粉投入至乳化剂磺基琥珀酸二异辛酯钠盐与去离子水的混合溶液内，充分搅拌后，形成硅化钇微粉溶液，然后逐渐地加入至不断搅拌地水性丙烯酸树脂内，全部加入之后，继续搅拌0.5-1h，得到改性水性丙烯酸乳液；
其中，按照质量比例，硅化钇微粉、乳化剂与去离子水为1:0.05:5；硅化钇微粉溶液与水性丙烯酸树脂的质量比是1:20。
对比例3
一种用于金属材料的水性涂层，与实施例1的区别在于，改性水性丙烯酸乳液的制备方法与实施例1不相同；
按照重量份数计算，包括以下成分：
100份改性水性丙烯酸乳液、36份填料、1份分散剂、0.5份消泡剂、1.5份成膜助剂、1.4份催干剂和30份去离子水；
改性水性丙烯酸乳液通过使用双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)对水性丙烯酸树脂进行改性后制备得到。
水性丙烯酸树脂的制备方法同实施例1。
改性水性丙烯酸乳液的制备方法为：
将双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)投入至乳化剂磺基琥珀酸二异辛酯钠盐与去离子水的混合溶液内，充分搅拌后，形成双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)溶液，然后逐渐地加入至不断搅拌地水性丙烯酸树脂内，全部加入之后，继续搅拌0.5-1h，得到改性水性丙烯酸乳液；
其中，按照质量比例，双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)、乳化剂与去离子水为1:0.05:5；双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)溶液与水性丙烯酸树脂的质量比是1:20。
为了更清楚地说明本发明，将本发明实施例1以及对比例1-3得到的水性涂层分别涂覆在多个SUS30不锈钢片（钢片厚度2mm）的表面，涂覆厚度是150μm，涂覆和干燥方法与实施例1相同，对最终的产品进行编号，然后检测产品的性能，硬度利用铅笔法检测，附着力利用划圈法检测，耐冲击性参考GB/T 1732，耐酸碱性是将涂层钢片先在5%的NaOH溶液内浸泡72h，然后在5%的盐酸溶液内浸泡72h，干燥后观察涂层表面变化；耐盐雾性参考GB/T 1765，记录时间。
结果见表1。
表1 涂层的性能表现
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |
| 硬度 | 2H | 2H | 2H | HB | H | HB |
| 附着力（级） | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 2 |
| 耐冲击性（cm） | 60 | 55 | 60 | 45 | 50 | 45 |
| 耐高温性（℃） | 125 | 121 | 129 | 106 | 118 | 103 |
| 耐酸碱性 | 起泡率＜5% | 起泡率＜5% | 起泡率＜5% | 起泡率＞10% | 起泡率＞5% | 起泡率＞10% |
| 耐盐雾性 | ＞1000h | ＞1000h | ＞1200h | 800h | ＞1000h | ＜800h |
从表1的内容能够看出，本发明实施例1-3的硬度、附着力、耐冲击性、耐高温性、耐酸碱性以及耐盐雾性均表现更好，更加适合作为金属材料的涂层使用，比其他对比例产品具有更加广阔的应用前景。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本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实质和范围。
Claims (7)
1.一种用于金属材料的水性涂层，其特征在于，按照重量份数计算，包括以下成分：
85-125份改性水性丙烯酸乳液、24-48份填料、0.5-1.5份分散剂、0.3-0.8份消泡剂、1-2份成膜助剂、1.2-1.6份催干剂和20-40份去离子水；
其中，改性水性丙烯酸乳液是通过使用硅化钇交联微球对水性丙烯酸树脂进行改性后制备得到；
所述水性丙烯酸树脂的制备方法为：
将乳化剂与去离子水配置成混合溶液，称取丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸环己酯混合至混合溶液内，充分搅拌后，等质量分为两部分，即第一溶液和第二溶液；
其中，乳化剂为磺基琥珀酸二异辛酯钠盐；按照质量比例，丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸环己酯、乳化剂与去离子水为0.8-1.2:0.5-0.7:1.3-1.7:0.2-0.6:0.7-1.1:0.005-0.01:4-8；
向第一溶液内第一次加入引发剂过氧化苯甲酰，混合均匀后，升温至85-95℃，保温反应10-20min后，在1h内逐滴加入第二溶液，全部滴加后，第二次加入引发剂过氧化苯甲酰，继续保温反应3-4h，之后降温至40-50℃，调节pH至8，即得到水性丙烯酸树脂；
其中，两次加入的过氧化苯甲酰质量相同，均为第一溶液质量的0.05%-0.15%；
所述改性水性丙烯酸乳液的制备方法为：
将硅化钇交联微球投入至乳化剂磺基琥珀酸二异辛酯钠盐与去离子水的混合溶液内，充分搅拌后，形成硅化钇交联微球溶液，然后逐渐地加入至不断搅拌地水性丙烯酸树脂内，全部加入之后，继续搅拌0.5-1h，得到改性水性丙烯酸乳液；
其中，按照质量比例，硅化钇交联微球、乳化剂与去离子水为1:0.05-0.1:4-6；硅化钇交联微球溶液与水性丙烯酸树脂的质量比是1:15-25；
所述硅化钇交联微球的制备方法包括：
（1）称取硅化钇微粉与0.05mol/L的氢氧化钠溶液混合，升温至50-60℃，保温处理0.5-1h，之后离心出微粉颗粒，使用纯水洗涤至中性，干燥，得到活化硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，硅化钇微粉与氢氧化钠溶液为1:10-20；硅化钇微粉的粒径是200-300nm；
（2）称取偶联剂KH-550加入至去离子水内，搅拌均匀后，投入活化硅化钇微粉，升温至沸腾状态，保温处理6-10h，离心出微粉颗粒，使用纯水冲洗三次后，干燥，得到氨基硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，偶联剂KH-550、活化硅化钇微粉与去离子水为0.4-0.8:1.2-1.8:20-30；
（3）称取二巯基琥珀酸与N,N-二甲基甲酰胺混合，滴加醋酸酐，升温至50-60℃，保温处理6-10h，除去溶剂后，干燥，得到二巯基琥珀酸酐；
其中，按照质量比例，醋酸酐、二巯基琥珀酸与N,N-二甲基甲酰胺为0.5-0.9:0.3-0.7:3-5；
（4）将氨基硅化钇微粉与N,N-二甲基甲酰胺混合，再加入冰醋酸，搅拌均匀后，加入二巯基琥珀酸酐，升温至75-80℃，保温反应10-15h，经过离心、洗涤和干燥后，即得到二巯基硅化钇微粉；
其中，按照质量比例，氨基硅化钇微粉、N,N-二甲基甲酰胺、冰醋酸与二巯基琥珀酸酐为1:50-70:30-50:4.2-6.8；
（5）称取双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)与N,N-二甲基甲酰胺混合，搅拌均匀后，加入二巯基硅化钇微粉，升温至50-60℃，然后滴加三乙胺，持续搅拌地搅拌反应2-4h后，过滤出生成的固体颗粒，使用纯水洗涤三次后，干燥，得到硅化钇交联微球；
其中，按照质量比例，双酚A双(4-马来酰亚胺苯醚)、二巯基硅化钇微粉与N,N-二甲基甲酰胺为0.24-0.38:1:20-30。
2.根据权利要求1所述的一种用于金属材料的水性涂层，其特征在于，所述填料为钛白粉、石英粉、碳酸钙、硫酸钡、云母粉中的至少一种；填料的粒径是0.2-0.4μm。
3.根据权利要求1所述的一种用于金属材料的水性涂层，其特征在于，所述分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂，包括型号为AMS-5040、ZH-6007、KSK-426中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种用于金属材料的水性涂层，其特征在于，所述消泡剂为聚醚类消泡剂，包括型号为GL-58、F-521、SGR1832中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于金属材料的水性涂层，其特征在于，所述成膜助剂为醇酯十二、丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种用于金属材料的水性涂层，其特征在于，所述催干剂为水性催干剂J2502。
7.一种权利要求1-6任意之一所述的用于金属材料的水性涂层的制备工艺，其特征在于，包括：
步骤1，按照重量份数，依次称取填料、分散剂、消泡剂、成膜助剂和去离子水混合在搅拌机内，充分搅拌后，形成预制浆液；
步骤2，按照重量份数，称取改性水性丙烯酸乳液、催干剂与预制浆液混合，在1000-1500rpm的速度下搅拌0.5-1h，即得到预制涂料；
步骤3，将预制涂料涂覆至金属材料的表面，室温干燥处理2-6h后，即得到水性涂层。
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