随着罐头行业的发展，金属罐逐渐兴起，由于其比玻璃容器轻便、强度高，比塑料容器的化学稳定性好，而且金属容器不燃、不碎，运输方便，可回收利用，安全环保等突出优点，广泛应用于食品、饮料、化工等包装行业。通常金属罐按结构可以分为二片罐和三片罐。由于所用材料通常由马口铁组成，三片罐通常也叫马口铁三片罐。三片罐是食品罐头的主要包装容器，同时非罐头食品、化工、日用品工业等行业也有广泛的用途。据了解，直至2013年，亚洲三片饮料罐和食品罐销售量在过去10年的增长率分别为63%、71%，我国三片饮料罐年消费量为40亿只，人均消费不足8罐，罐头食品消费水平也偏低，因此，我国三片罐市场还存在较大的发展空间。
由于聚酯树脂高固低粘，应用聚酯树脂制成的涂料成膜后不仅具有高光泽和丰满度好的特点，还有良好的附着力和耐化学性能、柔韧性好、便于加工等优点。因此，目前国内的罐听涂料，大部分都是溶剂型聚酯树脂体系。而溶剂型涂料在施工和使用过程中会有一定的有机溶剂的挥发，具有刺激性气味，危害人的身体健康，造成严重的大气污染。而目前水性罐听涂料大部分是丙烯酸体系，可丙烯酸体系存在光泽低，丰满度差，漆膜较脆导致加工性能差等，所以水性丙烯酸罐听涂料相对于油性聚酯体系为主的溶剂型罐听涂料性能相差太远，进而导致了罐听涂料的水性化难以大面积推广。由于油性聚酯在罐听涂料中的优异表现，所以罐听涂料水性化也应该往水性聚酯方面发展。水性聚酯因为水解而引起的储存稳定性难题一直困扰着业内，长期无法得到有效解决，这样水性聚酯在罐听涂料的推广自然也就无法开展，所以业内也只能选择水性丙烯酸体系，这就导致了水性罐听涂料与溶剂型罐听涂料性能差距太大，这直接造成了水性化在罐听涂料界止步不前的根本原因。所以水性化在罐听涂料界要有所突破，我们首先要从树脂方面去突破，也就是如何去突破水性聚酯的水解问题。其实解决水性聚酯的水解问题，关键在于水性聚酯的分子量，当分子量大的时候，就能长时间抵御水解，这样就能使水性聚酯长期稳定储存。广州产协高分子公司(南方树脂)经过多年的潜心研究，终于解决了水性聚酯的水解难题，开发出了高分子量的水性聚酯，可以成熟运用到罐听涂料领域，使水性聚酯罐听涂料的性能媲美于溶剂型聚酯产品，推动罐听涂料的水性化大步往前发展。
随着社会的进步与人们对生活质量要求的提高，涂料的水性化成为目前涂料市场的一个新的风向标。水性涂料以水作为分散介质，无毒，无异味，不燃，挥发性有机化合物(VOC)排放少。环境保护法对VOC排放限制，以及原油价格的持续上涨都将推动涂料的水性化进程。
本文采用我司所生产的水性饱和聚酯树脂为主要原料，研究其在三片罐外涂涂料水性化中的应用。
1实验部分
1.1主要原料
水性饱和聚酯树脂WP-531，广州产协高分子有限公司(南方树脂);甲醚化氨基树脂R-747，英国INEOS;水性底材润湿剂TEGO-270，德国迪高;水性流平剂3772，EFKA;氨中和剂DMEA，美国陶氏;水性消泡剂BYK-028，德国BYK;去离子水，自制;水性抑泡剂Surfynol104E，美国气体;硅烷偶联剂KBM-403，日本信越;白浆(70%)，自研磨。
1.2实验器材
马口铁;高速分散机;刀片;3M胶带;WGG-60通用型光泽度仪;NK-2#杯;三菱铅笔B~H一套;BYKO-TEST1500测厚仪;DHG系列台式鼓风干燥箱;JECO-6173PH计;QCJ型冲击仪。
1.3水性饱和聚酯的技术指标
型号WP-531
外观浅色透明液体
色泽2(Maximum)
Tg26℃
粘度(25℃)3500~5500mpas
固含量50±1%
pH值7~8.5
羟值50mgKOH/g
酸价≤50mgKOH/g
助溶剂乙二醇丁醚
1.4水性饱和聚酯树脂三片罐外涂涂料的制备
水性饱和聚酯树脂三片罐外涂涂料配方见表1。
表1 水性饱和聚酯树脂三片罐外涂涂料配方
备注：
1、水性树脂/氨基树脂=75/25(固体份比)
2、P/B(颜基比)=1.5/1
3、PH=7.5~8.5(DMEAorAMP-95调整)
4、原漆VOC：126g/L，按1:0.3(原漆：水)开稀后VOC:97g/L
按配方量将水性饱和聚酯树脂投入配料罐，在高速搅拌下依次加入水性氨基树脂、润湿剂、流平剂、消泡剂、抑泡剂、白浆、硅烷偶联剂以及适量胺中和剂和去离子水，充分搅拌分散，调节pH值，用JECO-6173PH计测量涂料PH，控制在7.5~8.5之间，过滤，包装备用。
1.5涂膜的制备
用95%乙醇将马口铁擦拭干净，再用无尘布擦干。用自来水将涂料开稀，开稀比约为1:0.3，以NK-2#杯测量涂料粘度，将涂料施工粘度控制在60~80s，进行涂布，涂膜厚度控制在8~15μm，于180℃烘箱中烘烤15min，取出冷却，测试涂膜的各项性能。
1.6性能测试
根据GB/T13448-2005测定涂膜厚度;根据GB/9754-1988测试涂膜光泽度;根据GB/T6739-1996测定铅笔硬度;根据GB/9286-1998，采用划格实验测定涂膜附着力;根据GB/T1732-1993测定涂膜耐冲击性;根据GB/T13448-2005采用MEK测定涂膜耐有机溶剂性能;将涂膜的2/3浸入95%乙醇2小时，进行耐酒精试验，测定涂膜耐酒精性能;将涂膜的2/3浸入自来水48小时，进行耐水试验，测定涂膜耐水性能;将涂膜的2/3浸入10%的盐酸2min，进行耐酸试验，测定涂膜的耐酸性能;将涂膜在121℃蒸煮13min，测定涂膜耐蒸煮性能。
2结果与讨论
2.1水性饱和聚酯树脂三片罐涂料性能
不同配比的水性饱和聚酯树脂三片罐涂料性能对比列于表2.
表2 水性饱和聚酯树脂三片罐涂料性能对比
备注：
表中“80/20”是指水性树脂/氨基树脂=80/20(固体份比)，以下相同;“80/20+403”表示该比例的配方中加入3%的硅烷偶联剂KBM-403，以下相同。
本实验采用的水性饱和聚酯树脂是广州产协高分子有限公司生产的WP-531树脂，该款树脂具有有良好的水分散性，在金属上有优异附着力，高光泽，丰满度好，硬度与柔韧性达到良好的平衡，并具备优异的耐候性，在兼顾饱和聚酯树脂各种性能的基础上增强了自身的耐热性与耐蒸煮性，用氨基交联，适宜于汽车面涂，卷材涂料，水性金属涂料等。
以水性饱和聚酯树脂为主要原料的三片罐外涂涂料，涂膜光滑平整、无起泡、缩孔、桔皮等现象，这是由于水性饱和聚酯树脂具有优异的润湿性，可以降低水性涂料的表面张力，改善其流平效果，抑制缩孔、起泡等现象出现。
根据表2的性能对比，可见水性饱和聚酯树脂与氨基树脂以不同比例搭配，涂料的性能存在差异。比例75/25较之80/20，涂膜交联反应更完全，附着力和柔韧性更优异。从表2可见，75/25+403的涂膜经耐蒸煮试验后，光泽仍大于90。，无失光现象，而80/20+403的涂膜的光泽则只略大于80。。此外，80/20的涂膜在经过蒸煮后，涂膜光泽只能勉强达到70°，明显逊色于80/20+403和75/25+403。硅烷偶联剂KBM-403的加入进一步的增强了涂膜的交联程度，从而增强了涂膜的耐蒸煮性。
因此，水性饱和聚酯树脂与氨基树脂以75/25的固体份比搭配，并加入3%的硅烷偶联剂KBM-403，能制备出光泽佳，柔韧性好，耐蒸煮，附着力强，耐热性好，耐化学性能优异的三片罐外涂涂料。
2.2性能比较
目前市面所用溶剂型印铁涂料产品及水性丙烯酸印铁涂料的一些性能指标，列于表3。
表3 溶剂型印铁涂料及水性丙烯酸印铁涂料性能
对比表2、表3，可见水性饱和聚酯树脂三片罐外涂涂料综合性能可以媲美溶剂型三片罐外涂涂料。而且，以水性饱和聚酯树脂为主要材料的三片罐外涂涂料，施工时可直接用自来水开稀，节约能源，1：0.3开稀后VOC仅有97g/L，而溶剂型涂料中含有50%左右的有机溶剂，溶剂型体系VOC甚至高达400~500g/L，可见以水性饱和聚酯体系取代溶剂型涂料会大大降低有机溶剂对人体和环境的危害。
同时，水性饱和聚酯树脂三片罐外涂涂料涂膜硬度可达2H，不逊于水性丙烯酸树脂，而且在耐冲击测试实验中优于水性丙烯酸体系，体现了水性饱和聚酯树脂WP-531的硬度与柔韧性的良好平衡。此外，水性饱和聚酯树脂三片罐外涂涂料，光泽好、附着力与耐化学性能相当优异：从表2可见，水性饱和聚酯体系光泽大于95。且附着力为0级，涂膜耐有机溶剂MEK试验擦拭次数大于100次来回及耐酸、耐蒸煮等关键性能均优于水性丙烯酸体系。
由此可见，我司生产的水性饱和聚酯树脂分子量大，不仅克服过去饱和聚酯树脂易水解的性质，无论是树脂还是其所制得的涂料，都可在常温下储存高达一年之久，并且所制得的涂料综合性能相当优异，填补了水性饱和聚酯树脂在三片罐外涂涂料应用中的空白。
结语
综上所述，水性涂料无毒，无异味，不燃，挥发性有机化合物(VOC)排放少，节能环保。利用水性饱和聚酯树脂制备的三片罐外涂涂料，光泽度高，柔韧性好，耐热性好，并具备出色的耐化学性能，综合性能优异，与溶剂型涂料所能达到的涂膜性能相当，符合现阶段我国工业走绿色环保发展的目标，值得大力推进工业涂料的发展。希望水性涂料能得到更多的认可，技术进一步改进，逐步取代溶剂型涂料，实现经济发展与环保节能的双赢!
