隨著罐頭行業(yè)的發(fā)展，金屬罐逐漸興起，由于其比玻璃容器輕便、強(qiáng)度高，比塑料容器的化學(xué)穩(wěn)定性好，而且金屬容器不燃、不碎，運(yùn)輸方便，可回收利用，安全環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品、飲料、化工等包裝行業(yè)。通常金屬罐按結(jié)構(gòu)可以分為二片罐和三片罐。由于所用材料通常由馬口鐵組成，三片罐通常也叫馬口鐵三片罐。三片罐是食品罐頭的主要包裝容器，同時非罐頭食品、化工、日用品工業(yè)等行業(yè)也有廣泛的用途。據(jù)了解，直至2013年，亞洲三片飲料罐和食品罐銷售量在過去10年的增長率分別為63%、71%，我國三片飲料罐年消費(fèi)量為40億只，人均消費(fèi)不足8罐，罐頭食品消費(fèi)水平也偏低，因此，我國三片罐市場還存在較大的發(fā)展空間。

由于聚酯樹脂高固低粘，應(yīng)用聚酯樹脂制成的涂料成膜后不僅具有高光澤和豐滿度好的特點(diǎn)，還有良好的附著力和耐化學(xué)性能、柔韌性好、便于加工等優(yōu)點(diǎn)。因此，目前國內(nèi)的罐聽涂料，大部分都是溶劑型聚酯樹脂體系。而溶劑型涂料在施工和使用過程中會有一定的有機(jī)溶劑的揮發(fā)，具有刺激性氣味，危害人的身體健康，造成嚴(yán)重的大氣污染。而目前水性罐聽涂料大部分是丙烯酸體系，可丙烯酸體系存在光澤低，豐滿度差，漆膜較脆導(dǎo)致加工性能差等，所以水性丙烯酸罐聽涂料相對于油性聚酯體系為主的溶劑型罐聽涂料性能相差太遠(yuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致了罐聽涂料的水性化難以大面積推廣。由于油性聚酯在罐聽涂料中的優(yōu)異表現(xiàn)，所以罐聽涂料水性化也應(yīng)該往水性聚酯方面發(fā)展。水性聚酯因?yàn)樗舛鸬膬Υ娣€(wěn)定性難題一直困擾著業(yè)內(nèi)，長期無法得到有效解決，這樣水性聚酯在罐聽涂料的推廣自然也就無法開展，所以業(yè)內(nèi)也只能選擇水性丙烯酸體系，這就導(dǎo)致了水性罐聽涂料與溶劑型罐聽涂料性能差距太大，這直接造成了水性化在罐聽涂料界止步不前的根本原因。所以水性化在罐聽涂料界要有所突破，我們首先要從樹脂方面去突破，也就是如何去突破水性聚酯的水解問題。其實(shí)解決水性聚酯的水解問題，關(guān)鍵在于水性聚酯的分子量，當(dāng)分子量大的時候，就能長時間抵御水解，這樣就能使水性聚酯長期穩(wěn)定儲存。廣州產(chǎn)協(xié)高分子公司(南方樹脂)經(jīng)過多年的潛心研究，終于解決了水性聚酯的水解難題，開發(fā)出了高分子量的水性聚酯，可以成熟運(yùn)用到罐聽涂料領(lǐng)域，使水性聚酯罐聽涂料的性能媲美于溶劑型聚酯產(chǎn)品，推動罐聽涂料的水性化大步往前發(fā)展。

隨著社會的進(jìn)步與人們對生活質(zhì)量要求的提高，涂料的水性化成為目前涂料市場的一個新的風(fēng)向標(biāo)。水性涂料以水作為分散介質(zhì)，無毒，無異味，不燃，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)排放少。環(huán)境保護(hù)法對VOC排放限制，以及原油價格的持續(xù)上漲都將推動涂料的水性化進(jìn)程。

本文采用我司所生產(chǎn)的水性飽和聚酯樹脂為主要原料，研究其在三片罐外涂涂料水性化中的應(yīng)用。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

水性飽和聚酯樹脂WP-531，廣州產(chǎn)協(xié)高分子有限公司(南方樹脂);甲醚化氨基樹脂R-747，英國INEOS;水性底材潤濕劑TEGO-270，德國迪高;水性流平劑3772，EFKA;氨中和劑DMEA，美國陶氏;水性消泡劑BYK-028，德國BYK;去離子水，自制;水性抑泡劑Surfynol104E，美國氣體;硅烷偶聯(lián)劑KBM-403，日本信越;白漿(70%)，自研磨。

1.2實(shí)驗(yàn)器材

馬口鐵;高速分散機(jī);刀片;3M膠帶;WGG-60通用型光澤度儀;NK-2#杯;三菱鉛筆B~H一套;BYKO-TEST1500測厚儀;DHG系列臺式鼓風(fēng)干燥箱;JECO-6173PH計(jì);QCJ型沖擊儀。

1.3水性飽和聚酯的技術(shù)指標(biāo)

型號WP-531

外觀淺色透明液體

色澤2(Maximum)

Tg26℃

粘度(25℃)3500~5500mpas

固含量50±1%

pH值7~8.5

羥值50mgKOH/g

酸價≤50mgKOH/g

助溶劑乙二醇丁醚

1.4水性飽和聚酯樹脂三片罐外涂涂料的制備

水性飽和聚酯樹脂三片罐外涂涂料配方見表1。

表1 水性飽和聚酯樹脂三片罐外涂涂料配方

備注：

1、水性樹脂/氨基樹脂=75/25(固體份比)

2、P/B(顏基比)=1.5/1

3、PH=7.5~8.5(DMEAorAMP-95調(diào)整)

4、原漆VOC：126g/L，按1:0.3(原漆：水)開稀后VOC:97g/L

按配方量將水性飽和聚酯樹脂投入配料罐，在高速攪拌下依次加入水性氨基樹脂、潤濕劑、流平劑、消泡劑、抑泡劑、白漿、硅烷偶聯(lián)劑以及適量胺中和劑和去離子水，充分?jǐn)嚢璺稚?，調(diào)節(jié)pH值，用JECO-6173PH計(jì)測量涂料PH，控制在7.5~8.5之間，過濾，包裝備用。

1.5涂膜的制備

用95%乙醇將馬口鐵擦拭干凈，再用無塵布擦干。用自來水將涂料開稀，開稀比約為1:0.3，以NK-2#杯測量涂料粘度，將涂料施工粘度控制在60~80s，進(jìn)行涂布，涂膜厚度控制在8~15μm，于180℃烘箱中烘烤15min，取出冷卻，測試涂膜的各項(xiàng)性能。

1.6性能測試

根據(jù)GB/T13448-2005測定涂膜厚度;根據(jù)GB/9754-1988測試涂膜光澤度;根據(jù)GB/T6739-1996測定鉛筆硬度;根據(jù)GB/9286-1998，采用劃格實(shí)驗(yàn)測定涂膜附著力;根據(jù)GB/T1732-1993測定涂膜耐沖擊性;根據(jù)GB/T13448-2005采用MEK測定涂膜耐有機(jī)溶劑性能;將涂膜的2/3浸入95%乙醇2小時，進(jìn)行耐酒精試驗(yàn)，測定涂膜耐酒精性能;將涂膜的2/3浸入自來水48小時，進(jìn)行耐水試驗(yàn)，測定涂膜耐水性能;將涂膜的2/3浸入10%的鹽酸2min，進(jìn)行耐酸試驗(yàn)，測定涂膜的耐酸性能;將涂膜在121℃蒸煮13min，測定涂膜耐蒸煮性能。

2結(jié)果與討論

2.1水性飽和聚酯樹脂三片罐涂料性能

不同配比的水性飽和聚酯樹脂三片罐涂料性能對比列于表2.

表2 水性飽和聚酯樹脂三片罐涂料性能對比

備注：

表中“80/20”是指水性樹脂/氨基樹脂=80/20(固體份比)，以下相同;“80/20+403”表示該比例的配方中加入3%的硅烷偶聯(lián)劑KBM-403，以下相同。

本實(shí)驗(yàn)采用的水性飽和聚酯樹脂是廣州產(chǎn)協(xié)高分子有限公司生產(chǎn)的WP-531樹脂，該款樹脂具有有良好的水分散性，在金屬上有優(yōu)異附著力，高光澤，豐滿度好，硬度與柔韌性達(dá)到良好的平衡，并具備優(yōu)異的耐候性，在兼顧飽和聚酯樹脂各種性能的基礎(chǔ)上增強(qiáng)了自身的耐熱性與耐蒸煮性，用氨基交聯(lián)，適宜于汽車面涂，卷材涂料，水性金屬涂料等。

以水性飽和聚酯樹脂為主要原料的三片罐外涂涂料，涂膜光滑平整、無起泡、縮孔、桔皮等現(xiàn)象，這是由于水性飽和聚酯樹脂具有優(yōu)異的潤濕性，可以降低水性涂料的表面張力，改善其流平效果，抑制縮孔、起泡等現(xiàn)象出現(xiàn)。

根據(jù)表2的性能對比，可見水性飽和聚酯樹脂與氨基樹脂以不同比例搭配，涂料的性能存在差異。比例75/25較之80/20，涂膜交聯(lián)反應(yīng)更完全，附著力和柔韌性更優(yōu)異。從表2可見，75/25+403的涂膜經(jīng)耐蒸煮試驗(yàn)后，光澤仍大于90。，無失光現(xiàn)象，而80/20+403的涂膜的光澤則只略大于80。。此外，80/20的涂膜在經(jīng)過蒸煮后，涂膜光澤只能勉強(qiáng)達(dá)到70°，明顯遜色于80/20+403和75/25+403。硅烷偶聯(lián)劑KBM-403的加入進(jìn)一步的增強(qiáng)了涂膜的交聯(lián)程度，從而增強(qiáng)了涂膜的耐蒸煮性。

因此，水性飽和聚酯樹脂與氨基樹脂以75/25的固體份比搭配，并加入3%的硅烷偶聯(lián)劑KBM-403，能制備出光澤佳，柔韌性好，耐蒸煮，附著力強(qiáng)，耐熱性好，耐化學(xué)性能優(yōu)異的三片罐外涂涂料。

2.2性能比較

目前市面所用溶劑型印鐵涂料產(chǎn)品及水性丙烯酸印鐵涂料的一些性能指標(biāo)，列于表3。

表3 溶劑型印鐵涂料及水性丙烯酸印鐵涂料性能

對比表2、表3，可見水性飽和聚酯樹脂三片罐外涂涂料綜合性能可以媲美溶劑型三片罐外涂涂料。而且，以水性飽和聚酯樹脂為主要材料的三片罐外涂涂料，施工時可直接用自來水開稀，節(jié)約能源，1：0.3開稀后VOC僅有97g/L，而溶劑型涂料中含有50%左右的有機(jī)溶劑，溶劑型體系VOC甚至高達(dá)400~500g/L，可見以水性飽和聚酯體系取代溶劑型涂料會大大降低有機(jī)溶劑對人體和環(huán)境的危害。

同時，水性飽和聚酯樹脂三片罐外涂涂料涂膜硬度可達(dá)2H，不遜于水性丙烯酸樹脂，而且在耐沖擊測試實(shí)驗(yàn)中優(yōu)于水性丙烯酸體系，體現(xiàn)了水性飽和聚酯樹脂WP-531的硬度與柔韌性的良好平衡。此外，水性飽和聚酯樹脂三片罐外涂涂料，光澤好、附著力與耐化學(xué)性能相當(dāng)優(yōu)異：從表2可見，水性飽和聚酯體系光澤大于95。且附著力為0級，涂膜耐有機(jī)溶劑MEK試驗(yàn)擦拭次數(shù)大于100次來回及耐酸、耐蒸煮等關(guān)鍵性能均優(yōu)于水性丙烯酸體系。

由此可見，我司生產(chǎn)的水性飽和聚酯樹脂分子量大，不僅克服過去飽和聚酯樹脂易水解的性質(zhì)，無論是樹脂還是其所制得的涂料，都可在常溫下儲存高達(dá)一年之久，并且所制得的涂料綜合性能相當(dāng)優(yōu)異，填補(bǔ)了水性飽和聚酯樹脂在三片罐外涂涂料應(yīng)用中的空白。

結(jié)語

綜上所述，水性涂料無毒，無異味，不燃，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)排放少，節(jié)能環(huán)保。利用水性飽和聚酯樹脂制備的三片罐外涂涂料，光澤度高，柔韌性好，耐熱性好，并具備出色的耐化學(xué)性能，綜合性能優(yōu)異，與溶劑型涂料所能達(dá)到的涂膜性能相當(dāng)，符合現(xiàn)階段我國工業(yè)走綠色環(huán)保發(fā)展的目標(biāo)，值得大力推進(jìn)工業(yè)涂料的發(fā)展。希望水性涂料能得到更多的認(rèn)可，技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)，逐步取代溶劑型涂料，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)保節(jié)能的雙贏!