一种水性金属保护油墨及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于油墨技术领域，具体涉及一种水性金属保护油墨及其制备方法和应用。


背景技术：

2.金属在做精细切削加工时，为了增加良率往往对其表面喷涂一层保护油墨。为了能够耐住切削液加工，传统的油性保护油墨往往具有较好的耐酸碱和耐水性，加工完毕后在脱除时需要用到强酸或强碱性脱墨剂以及加热处理。在进行脱除保护油墨时，金属常常会被酸碱腐蚀产生新的不良，且脱除后的废液不易处理。普通的水溶性保护油墨具有良好的水溶性，遇水即溶，易脱除，但在金属数控加工的过程中耐不住金属切削液，从而失去保护效果。
3.cn111269612公开了一种水性金属保护油墨，所述水性金属保护油墨按重量份数计包括：水性丙烯酸乳液20-25份、水性环氧树脂55-60份、甲醚化氨基树脂5-10份、水5-10份、水性消泡剂0.5-1份、水性流平剂0.5-1份和水性偶联剂0.5-1份。该技术方案提供的水性金属保护油墨固化后具有较好的耐水性，耐切削液性，但存在着不能用水做脱墨剂，在除墨过程易造成金属产生新的不良的缺点。
4.cn107686680a公开了一种抗菌耐热型印刷油墨，所述抗菌耐热型印刷油墨由包含以下重量份的组分制成：去离子水10-25份、载银锌4a沸石5-10份、8-羟基喹啉3-8份、环氧树脂20-30份、聚乙烯醇15-20份、双酚a双缩水甘油醚11-16份、双胺丙基聚二甲基硅氧烷5-7份、酰胺改性氢化蓖麻油6-10份、碳酸钙5-9份、氧化镁10-12份、钛酸钡4-6份、1,6-己二醇6-8份、二羟甲基丙酸4-5份、耐温填料15-25份、丙烯酸分散剂5-7份、防开裂助剂4-6份、流平剂2-3份、抗氧化剂0.5-1.4份、着色颜料0-30份和助剂10-20份。该技术方案以环氧树脂作为连接料，具有与金属材料粘结能力强，耐高温低温性能高的特点，因此，也难以从金属表面脱除干净。
5.因此，急需开发一种能耐金属切削液、加工后易脱除、安全环保的高性能的金属保护油墨。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水性金属保护油墨及其制备方法，所述水性金属保护油墨制得的涂层在常温时具有优异耐水性和耐金属切削液的性能，数控加工时可对金属进行保护，加工后可用高温的水清除，安全环保。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.第一方面，本发明提供一种水性金属保护油墨，所述水性金属保护油墨包括a组分、b组分和水；
9.所述a组分的制备原料按照重量份数计包括如下组分：
[0010][0011]
所述b组分的制备原料包括固化剂；
[0012]
所述a组分、b组分和水的质量比为100:1-3:3-5。
[0013]
所述纯净水可以为45份、48份、50份、52份、55份、58份、60份、62份、65份、70份或78份等。
[0014]
所述聚乙烯醇可以为8份、10份、12份、14份、16份、18份、19份或20份等。
[0015]
所述成膜剂可以为1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份或4.5份等。
[0016]
所述消泡剂可以为0.5份、0.7份、1份、1.2份、1.3份、1.5份、1.7份、1.8份或2份等。
[0017]
所述填料可以为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。
[0018]
所述防沉剂可以为0.5份、0.7份、1份、1.2份、1.3份、1.5份、1.7份、1.8份或2份等。
[0019]
所述抗菌剂可以为0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份等。
[0020]
所述a组分、b组分和水的质量比可以为100:1:3、100:1:4、100:1:5、100:2:3、100:2:4、100:2:5、100:3:3、100:3:4或100:3:5等。
[0021]
本发明中，“常温”意指0℃-40℃，例如1℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃或40℃等；“高温”意指70℃-100℃，例如70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃等，下述如有涉及相同表述，均有相同含义。
[0022]
优选地，所述聚乙烯醇的聚合度≤3000，例如200、400、600、800、1000、1200、1500、2000、2500或2800等。
[0023]
本发明中，所述聚乙烯醇的分子结构中含有大量的羟基基团，具有强亲水性，聚乙烯醇在水中的溶解性很大程度上受温度的影响。水温越低越难溶，水温越高越易溶。本发明通过利用聚乙烯醇的水溶性特点，通过聚乙烯醇和固化剂复配制备了在室温的水中不溶，在高温的水中能快速溶解、脱墨的水性金属保护油墨。
[0024]
优选地，所述聚乙烯醇包括pva-203、pva-205或pva-420中的任意一种或至少两种的组合。
[0025]
优选地，所述成膜剂包括醇类成膜剂和/或醇醚类成膜剂。
[0026]
本发明中，所述成膜剂的主要作用是降低水性金属保护油墨的成膜温度。
[0027]
优选地，所述成膜剂包括1,5-戊二醇、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、乙二醇苯醚或
醇酯十二中的任意一种或至少两种的组合。
[0028]
优选地，所述消泡剂包括辛醇、磷酸三丁酯或有机硅消泡剂中的任意一种或至少两种的组合。
[0029]
优选地，所述有机硅消泡剂包括迪高tego-810。
[0030]
优选地，所述填料包括滑石粉、碳酸钙或水滑石中的任意一种或至少两种的组合。
[0031]
本发明中，通过添加填料来调节水性金属保护油墨的附着力和着色力。
[0032]
优选地，所述滑石粉的目数为3000-10000目，例如3000目、3500目、4000目、5000目、6000目、7000目、8000目、9000目或10000目等。
[0033]
优选地，所述防沉剂为气相二氧化硅和/或膨润土。
[0034]
本发明中，所述防沉剂的主要作用是防止填料沉淀结块。
[0035]
优选地，所述防沉剂包括卡博特m5和/或瓦克n20。
[0036]
优选地，所述抗菌剂为n-辛基-异噻唑啉酮、苯并异噻唑啉酮、吡啶硫酮锌或聚六亚甲基双胍盐酸盐中的任意一种或至少两种的组合。
[0037]
本发明中，所述抗菌剂的主要作用是防止水性金属保护油墨放置长时间后细菌滋生发霉变臭。
[0038]
优选地，所述抗菌剂包括陶氏skane m-8。
[0039]
优选地，所述a组分的制备原料还包括0.5-1份(例如0.5份、0.55份、0.6份、0.65份、0.7份、0.75份、0.8份、0.85份、0.9份、0.95份或1份等)的水性色浆。
[0040]
优选地，所述水性色浆的颜色为蓝色，示例性地，所述色浆包括科迪6153si。
[0041]
优选地，所述固化剂包括硅烷偶联剂。
[0042]
优选地，所述固化剂包括单氨基硅烷偶联剂。
[0043]
优选地，所述固化剂包括美国联碳a-1100、日本信越kbm-903或道康宁z-6011中的任意一种或至少两种的组合。
[0044]
本发明中，所述a组份中聚乙烯醇含有的羟基与b组份中硅烷偶联剂所含的氨基进行反应、固化，在金属表面形成涂层，在数控加工中对金属起到了保护作用。
[0045]
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的水性金属保护油墨的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0046]
(1)将纯和聚乙烯醇混合，升温，保温，冷却至室温，得到聚乙烯醇溶液。
[0047]
(2)在搅拌下，向步骤(1)制得的聚乙烯醇溶液中加入成膜剂、消泡剂、防沉剂、抗菌剂和任选的水性色浆，分散均匀后再加入填料搅拌，得到a组分。
[0048]
(3)将a组分、b组分和水混合，得到所述水性金属保护油墨。
[0049]
优选地，步骤(1)所述纯净水的温度为0-40℃，例如1℃、3℃、5℃、10℃、15℃、18℃、30℃、32℃、35℃、38℃或40℃等。
[0050]
优选地，步骤(1)所述混合的步骤为向纯净水中边搅拌边添加聚乙烯醇，保持水温≤25℃(例如0℃、3℃、5℃、8℃、10℃、12℃、15℃、18℃、20℃、23℃或25℃等)，添加聚乙烯醇完成后再搅拌10-15分钟，例如10分钟、11分钟、12分钟、13分钟、14分钟或15分钟等。
[0051]
本发明中，所述添加聚乙烯醇为缓慢添加聚乙烯醇，使添加过程中不发生结团现象。
[0052]
优选地，步骤(1)所述升温为边搅拌边升温到80-100℃，例如81℃、83℃、85℃、87
℃、90℃、93℃、95℃、97℃或100℃等。
[0053]
优选地，步骤(1)所述保温为在搅拌下保温0.5-1.5小时，例如0.5小时、0.7小时、1小时、1.1小时、1.2小时、1.3小时、1.4小时或1.5小时等。
[0054]
优选地，步骤(1)所述冷却为边搅拌边冷却。
[0055]
优选地，步骤(2)所述加入填料搅拌的时间为1.5-3小时，例如1.5小时、1.7小时、2小时、2.3小时、2.5小时、2.7小时、2.9小时或3小时等。
[0056]
第三方面，本发明提供一种金属保护涂层，所述金属保护涂层利用第一方面所述的水性金属保护油墨制备得到。
[0057]
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0058]
本发明通过对水性金属保护油墨组分的设计，进一步通过对a组分和固化剂含量的设计，制备得到的水性金属保护油墨。采用所述水性金属保护油墨制得的涂层在常温时具有优异耐水性和耐金属切削液的性能，在数控加工过程中能对金属进行保护，加工后不需要用强酸或强碱性脱墨剂进行脱除，用70-100℃的水即可脱除，对金属件无损伤，安全环保，在生产和使用过程中操作简单、方便高效。
具体实施方式
[0059]
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0060]
实施例1
[0061]
本实施例提供一种水性金属保护油墨及其制备方法和应用，制备方法如下：
[0062]
a组分：
[0063]
(1)向76.5份纯净水(20℃)中边搅拌边添加10份聚乙烯醇(pva-203)，添加完成后再搅拌15分钟使其分散均匀，持续搅拌，升温至95℃，保温60分钟，然后冷却至室温，得到聚乙烯醇溶液。
[0064]
(2)在搅拌下，向步骤(1)制得的聚乙烯醇溶液中加入1份成膜剂(1,5-戊二醇)、0.5份消泡剂(辛醇)、1份防沉剂(卡博特m5)、0.5％抗菌剂(陶氏skane m-8)和0.5份水性色浆(科迪6153si)，分散均匀后再加入剩余的10份填料(6000目滑石粉)搅拌，得到a组分。
[0065]
b组分：硅烷偶联剂，美国联碳a-1100。
[0066]
将a组分、b组分和水按质量比为100:1:3混合，得到所述水性金属保护油墨。
[0067]
实施例2-7和对比例1-6采用与实施例1相同的制备方法，不同之处在于加入的原料及含量不同，具体见表1，表1中用量按重量份数计。
[0068]
表1
[0069][0070][0071]
表2
[0072][0073][0074]
注：表2中，
“‑”
代表未添加该组分。
[0075]
性能测试
[0076]
将实施例和对比例提供的水性金属保护油墨得到进行如下性能测试。
[0077]
(1)固化时间：将水性金属保护油墨在120℃固化，形成金属保护涂层，测试完全固化所需时间。
[0078]
(2)百格附着：参照iso2409-1992测试水性金属保护油墨制成的金属保护涂层的附着效果。
[0079]
(3)数控加工是否掉油墨：在数控加工(cnc)机台精雕加工含有水性金属保护油墨形成的金属保护涂层的工件，观察精雕位置处金属保护涂层是否有翘起或脱落。
[0080]
(4)切削液耐性：将含有水性金属保护油墨形成的金属保护涂层的工件浸泡在切削液中，切削液温度为50℃，60分钟后观察保护油是否溶解脱落。
[0081]
(5)脱墨时间：将含有水性金属保护油墨形成的金属保护涂层的工件浸泡于70℃
的水中观察金属保护涂层多长时间从工件完全脱落。
[0082]
(6)脱墨后在工件上的残留性：目测脱墨后在工件表面有无残留的水性金属保护油墨的颜色或白色发蒙现象。
[0083]
测试的结果如下表3所示。
[0084]
表3
[0085][0086]
由表3的内容可知，实施例1-7提供的水性金属保护油墨固化效果好、耐切削液、数控加工后易脱墨，适用于做数控加工过程中的金属保护油墨。其固化时间25-60min，其百格附着测试结果为5b，数控加工不掉油墨，在切削液50℃浸泡60min后不溶，在70℃的水中的脱墨时间为30-70s，脱墨后在工件上无残留。
[0087]
根据实施例1～4的测试结果可知，随着固化剂的含量增加水性金属保护油墨在高温的水中脱墨时间会延长。
[0088]
与实施例2相比，若不添加固化剂(对比例1)，制得的水性金属保护油墨百格附着效果差，数控加工时掉油墨，不耐切削液。这是由于聚乙烯醇中的羟基没有反应形成固化，水性金属保护油墨的形成金属保护涂层对工件附着效果差，在切削液中容易脱落。
[0089]
与实施例2相比，若添加固化剂含量过少(对比例2)，制得的水性金属保护油墨存在百格附着效果差，数控加工时掉油墨，不耐切削液等问题。聚乙烯醇中的部分羟基反应，形成固化的程度不够，水性金属保护油墨的形成金属保护涂层对工件附着效果差，在切削液中容易脱落。
[0090]
与实施例2相比，若添加固化剂含量过高(对比例3和4)，制得的水性金属保护油墨存在脱墨时间变长且工件上有残留，不能完全脱除的问题。
[0091]
与实施例2相比，若添加填料含量过高(对比例5)，百格附着测试显示附着效果下降，这是由于，滑石粉用量过大会导致聚乙烯醇没有完全包裹滑石粉，百格附着测试时粘在3m胶带上，发生脱落。
[0092]
与实施例2相比，若不添加填料(对比例6)，水性金属保护油墨涂在工件表面制成的金属保护涂层，当金属保护涂层的厚度为5μm或35μm时，显示的颜色相同，均能透过金属
保护涂层看到工件，着色力低，无法区分金属保护涂层的厚度，不利于控制金属保护涂层的厚度，不便于实际使用。
[0093]
综上所述，本发明所述水性金属保护油墨制得的涂层能耐切削液对金属进行保护，数控加工后用高温的水即可脱除，对金属件无损伤，安全环保。
[0094]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的水性金属保护油墨及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种水性金属保护油墨，其特征在于，所述水性金属保护油墨包括a组分、b组分和水；所述a组分的制备原料按照重量份数计包括如下组分：所述b组分的制备原料包括固化剂；所述a组分、b组分和水的质量比为100:1-3:3-5。2.根据权利要求1所述的水性金属保护油墨，其特征在于，所述聚乙烯醇的聚合度≤3000；优选地，所述聚乙烯醇包括pva-203、pva-205或pva-420中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2中任一项所述的水性金属保护油墨，其特征在于，所述成膜剂包括醇类成膜剂和/或醇醚类成膜剂；优选地，所述成膜剂包括1,5-戊二醇、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、乙二醇苯醚或醇酯十二中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1-3中任一项所述的水性金属保护油墨，其特征在于，所述消泡剂包括辛醇、磷酸三丁酯或有机硅消泡剂中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1-4中任一项所述的水性金属保护油墨，其特征在于，所述填料包括滑石粉、碳酸钙或水滑石中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述滑石粉的目数为3000-10000目。6.根据权利要求1-5中任一项所述的水性金属保护油墨，其特征在于，所述防沉剂包括气相二氧化硅和/或膨润土。7.根据权利要求1-6中任一项所述的水性金属保护油墨，其特征在于，所述抗菌剂包括n-辛基-异噻唑啉酮、苯并异噻唑啉酮、吡啶硫酮锌或聚六亚甲基双胍盐酸盐中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述a组分的制备原料还包括0.5-1份的水性色浆；优选地，所述水性色浆的颜色为蓝色。8.根据权利要求1-7中任一项所述的水性金属保护油墨，其特征在于，所述固化剂包括硅烷偶联剂；
优选地，所述固化剂包括单氨基硅烷偶联剂。9.根据权利要求1-8中任一项所述的水性金属保护油墨的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将纯净水和聚乙烯醇混合，升温，保温，冷却至室温，得到聚乙烯醇溶液；(2)在搅拌下，向步骤(1)制得的聚乙烯醇溶液中加入成膜剂、消泡剂、防沉剂、抗菌剂和任选的水性色浆，分散均匀后再加入填料搅拌，得到a组分；(3)将a组分、b组分和水混合，得到所述水性金属保护油墨；优选地，步骤(1)所述纯净水的温度为0-40℃；优选地，步骤(1)所述混合的步骤为向纯净水中边搅拌边添加聚乙烯醇，保持水温≤25℃，添加聚乙烯醇完成后再搅拌10-15分钟；优选地，步骤(1)所述升温为边搅拌边升温到80-100℃；优选地，步骤(1)所述保温为在搅拌下保温0.5-1.5小时；优选地，步骤(1)所述冷却为边搅拌边冷却；优选地，步骤(2)所述加入填料搅拌的时间为1.5-3小时。10.一种金属保护涂层，其特征在于，所述金属保护涂层利用权利要求1～8任一项所述的水性金属保护油墨制备得到。

技术总结
本发明提供一种水性金属保护油墨及其制备方法和应用。所述水性金属保护油墨包括A组分、B组分和水；所述A组分的制备原料按照重量份数计包括如下组分：纯净水45-78.5份、聚乙烯醇8-20份、成膜剂1-5份、消泡剂0.5-2份、填料10-20份、防沉剂0.5-2份、抗菌剂0.5-1份；所述B组分的制备原料包括固化剂，所述A组分、B组分和水的质量比为100:1-3:3-5。本发明提供的水性金属保护油墨制得的涂层在常温时具有优异耐水性和耐金属切削液的性能，数控加工时可对金属进行保护，加工后可用高温的水清除，安全环保。环保。


技术研发人员：王继冬 邝宁春 李学伟
受保护的技术使用者：广州亦盛环保科技有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/9/7