本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种不锈钢保温杯外壁用水性陶瓷涂料及其制备方法。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，日常饮水方式和饮水杯具也在发生着变化。由传统的搪瓷缸、玻璃杯、陶瓷杯、紫砂杯等器具发展为具有保温性能的不锈钢保温杯。不锈钢保温杯主要由内外双层不锈钢材料组合通过抽真空技术生产而成。不锈钢保温杯的真空结构可以有效地控制热传导、热对流和热辐射三种传热的途径，以达到保温、保冷、保鲜的目的。可以用来装水，茶，咖啡，酒，奶或者中药等等，方便了人们的生活。保温杯的保温性能是衡量保温杯质量很重要的指标，但是市面上常见的不锈钢保温杯的保温性能不太理想。
随着人们审美观的提高，不锈钢单一的颜色不能满足人们对于保温杯外观的需求，因此人们期望通过在不锈钢保温杯外壁喷涂涂料、印刷各种图案等措施来达到美观的目的。
陶瓷涂料是一种水性、健康、环保的无机涂料，经过十几年的发展已经广泛用于食品接触类器具的表面，例如：锅子等炊具领域、电饭煲等小家电领域，将其应用于不锈钢保温杯的外壁符合环保健康的要求。
公开号为cn201610226583.9的中国发明专利，公开了一种保温杯水性透明耐候性涂料，该涂料采用氟碳乳液、苯丙乳液、羟基丙烯酸树脂和环氧大豆油作为成膜物质，氨基树脂作为固化剂，成膜物质全部为有机树脂，环保性和健康性无法得到保障。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种不锈钢保温杯外壁用水性陶瓷涂料及其制备方法。
针对上述背景问题，本发明解决了如下技术问题：
(1)市面常见的不锈钢保温杯保温效果不好，沸水倒入保温杯6小时后水温降至30℃左右，对于需要长时间保温的情况，使用极不方便。本发明的陶瓷涂料，喷涂在不锈钢保温杯外面，涂层厚度在35-40μm，就可以显著提高保温杯的保温效果，倒入沸水6小时后，水温可保持在65℃以上。
(2)不锈钢硬度高，喷砂处理后表面粗糙度小，而且杯口处面积小，喷砂时容易喷不到，使用过程中涂层容易发生脱落，严重影响了使用者的感受。本发明的陶瓷涂料与基材的附着力好，即使不锈钢基材不喷砂，只经过简单打磨即可达到良好的附着效果。
(3)陶瓷涂料固化后表面张力低，在它的上面使用油墨印刷各种图案后，油墨与陶瓷涂层的附着力不好，易发生脱落现象。本发明的陶瓷涂料表面张力大，油墨可以牢固的附着在其上面，起到装饰和美化的作用。
具体地，本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种单层水性陶瓷涂料，总量按照100重量份计，由如下组分组成：
所述丙烯酸树脂为含有碱性基团的阳离子型丙烯酸树脂。
进一步的，溶胶属于主要成膜物质，选用硅溶胶和锆溶胶以1:1-1:2的比例混合后使用。锆溶胶ph＝7-8，粒径10-12nm，固含为20-22％。硅溶胶ph＝9-10，粒径20-22nm，固含为34-40％。选用碱性溶胶，有利于提高最终涂层的耐碱性，减少保温杯外壁受碱性洗涤剂腐蚀而脱落的可能，延长保温杯的使用寿命；两种不同粒径的溶胶混合使用，成膜后可以提高涂层的交联密度，提高涂层的致密性，增加涂层的耐磨性；锆溶胶导热系数低，能迫使热量在涂层中的传递时间变长，使得涂层也具有较低的导热系数，应用在保温杯外壁上可以提高杯子的保温性。两种溶胶的比例不在上述质量比范围(1:1-1:2)内，隔热效果就与本发明相差很大。
进一步的，丙烯酸树脂选用含有季铵基团、叔铵基团、甲基吡啶等碱性基团的阳离子型丙烯酸树脂，该树脂可在ph>8的情况下可以与陶瓷涂料相溶，且稳定存在。加入丙烯酸树脂的作用有两个：(1)与溶胶一起作为成膜物质。如果单独使用溶胶作为成膜物质，由于涂层固化时收缩严重而造成开裂，加入丙烯酸树脂以后，可以适当增加涂层的柔韧性，避免涂层在固化时开裂的现象；(2)提高涂层与基材之间的附着力。丙烯酸树脂属于有机树脂，可以显著提高涂层与不锈钢基材的附着力，避免基材喷砂不充分而导致的涂层易脱落的情况。
进一步的，无机颜料，为钛白粉、氧化铁黑、铜铬黑、锰铁黑、氧化铁黄、钛黄、柠檬黄、氧化铁红、钴蓝、钴绿、氧化铁绿等。可以根据所需涂料颜色选用合适的颜料。
进一步的，选用200-300nm的气相二氧化硅、2.5-5μm的晶须硅中的一种或两种。
进一步的，表面张力调节剂选用byk-3560，由于该助剂与体系相容性不好，涂膜固化后可迁移到涂层表面，有效提高涂层的表面张力，印刷图案所用油墨可在陶瓷涂层表面牢固附着。加入量多会造成涂层失光、产生缩孔等缺陷；加入量少，提高表面张力的效果不明显，油墨与陶瓷涂层的附着力不好。
本发明还涉及一种单层水性陶瓷涂料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
s1、研磨色浆：将溶胶、无机颜料、填料、去离子水混合后，以1200-1400转/分钟研磨至细度20μm以下，测量ph值>9.2，300目滤布过滤后出料，得色浆；
s2、所述色浆中加入所述丙烯酸树脂，转速降为160-180rmp，反应0.5-1hr；
s3、步骤s2制得的组合物用300目滤布过滤，加入所述表面张力调节剂，即可进行喷涂施工。
本发明还涉及一种所述的单层水性陶瓷涂料在作为不锈钢保温杯外壁用涂料中的用途。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)配方中采用硅溶胶和锆溶胶按一定比例混合使用，可以有效延缓热量的传导；可显著提高杯子的保温性能。
(2)陶瓷涂料中加入表面张力调节剂，涂层固化后助剂可迁移到涂层表面，显著提高陶瓷涂层的表面张力，使得后续油墨印刷的图案与陶瓷涂层可以牢固附着，避免出现涂层脱落现象。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1～3
本实施例1～3分别涉及一种不锈钢保温杯外壁用水性陶瓷料及其制备方法，其组成及重量份用量如表1所示；
制备工艺如下：
s1、研磨色浆：将溶胶、无机颜料、填料、去离子水混合后，以1200-1400转/分钟研磨至细度20μm以下，测量ph值>9.2，300目滤布过滤后出料，得色浆；
s2、所述色浆中加入所述丙烯酸树脂，转速降为160-180rmp，反应0.5-1hr；
s3、步骤s2制得的组合物用300目滤布过滤，加入所述表面张力调节剂，即可进行喷涂施工。
实施例1、2中选用的丙烯酸树脂为万华化学集团股份有限公司的archsol8017丙烯酸乳液；实施例3选用archsol8042丙烯酸乳液。
对比例1
本对比例提供一种水性陶瓷涂料，用于对比溶胶只使用硅溶胶作为主要成膜物质的情况；其组成及重量份用量如表1所示；制备工艺同实施例1。
对比例2
本对比例提供一种水性陶瓷涂料，用于对比溶胶只使用锆溶胶作为主要成膜物质的情况；其组成及重量份用量如表1所示；制备工艺同实施例1。
对比例3
本对比例提供一种水性陶瓷涂料，用于对比硅溶胶和锆溶胶的质量比为2:1的情况；其组成及重量份用量如表1所示；制备工艺同实施例1。
对比例4
本对比例提供一种水性陶瓷涂料，用于对比硅溶胶和锆溶胶的质量比为1:3的情况；其组成及重量份用量如表1所示；制备工艺同实施例1。
对比例5
本对比例提供一种水性陶瓷涂料，用于对比丙烯酸树脂选用湖北江大化工有限公司的羧基丙烯酸树脂的情况；其组成及重量份用量如表1所示；制备工艺同实施例1。涂料凝胶化而结块，无法使用。
对比例6
本对比例提供一种水性陶瓷涂料，用于对比不使用表面张力调节剂byk3560的情况；其组成及重量份用量如表1所示；制备工艺同实施例1。结果是：油墨印刷的图案附着不牢固，易脱落。
表1水性陶瓷涂料的组成及重量(g)
对实施例1-3以及对比例1-5进行主要性能测试，测试结果如表2所示表2
由表2可知，(1)硅溶胶与锆溶胶的比例范围在本发明中显得尤为重要。单独使用一种溶胶或者两种溶胶的比例不在本发明的范围内，涂层的耐磨性、耐盐水性和保温性效果与本发明有很大的差距。这是因为两种溶胶的粒径不同，按照一定比例搭配使用有助于形成结构致密的涂层，如果单独使用一种溶胶或者两种溶胶比例不合适，所形成涂层的致密性不够好，导致涂层的耐磨性、耐盐水性不好，保温效果也会受到一定的影响。(2)表面张力调节剂作用很明显，一般来说，要使涂层与涂层之间附着牢固的话，上面涂层的表面张力一定要低于下层涂层。陶瓷涂料是一种低表面张力的涂层，一般油墨的表面张力均高于陶瓷涂层，导致油墨无法在陶瓷涂层表面牢固附着，这就给在陶瓷涂层表面的印刷带来麻烦，而加入表面张力调节剂，可以迅速提高陶瓷涂层的表面张力，当高于油墨的表面张力时，油墨便可以在其表面牢固附着，这样使得在陶瓷图层表面印刷图案起到装饰作用成为可能。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
1.一种单层水性陶瓷涂料，其特征在于，总量按照100重量份计，所述水性陶瓷涂料由如下组分组成：
所述丙烯酸树脂为含有碱性基团的阳离子型丙烯酸树脂。
2.根据权利要求1所述的单层水性陶瓷涂料，其特征在于，所述溶胶为质量比为1:1～1:2的硅溶胶和锆溶胶的混合物。
3.根据权利要求2所述的单层水性陶瓷涂料，其特征在于，所述锆溶胶ph＝7-8，粒径10-12nm，固含为20-22％。
4.根据权利要求2所述的单层水性陶瓷涂料，其特征在于，所述硅溶胶ph＝9-10，粒径20-22nm，固含为34-40％。
5.根据权利要求1所述的单层水性陶瓷涂料，其特征在于，所述碱性基团选自季铵基团、叔铵基团、甲基吡啶基团。
6.根据权利要求1所述的单层水性陶瓷涂料，其特征在于，所述无机颜料选自钛白粉、氧化铁黑、铜铬黑、锰铁黑、氧化铁黄、钛黄、柠檬黄、氧化铁红、钴蓝、钴绿或氧化铁绿。
7.根据权利要求1所述的单层水性陶瓷涂料，其特征在于，所述填料选用200-300nm的气相二氧化硅、2.5-5μm的晶须硅中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的单层水性陶瓷涂料，其特征在于，所述表面张力调节剂为byk-3560。
9.一种根据权利要求1所述的单层水性陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
s1、研磨色浆：将溶胶、无机颜料、填料、去离子水混合后，以1200-1400转/分钟研磨至细度20μm以下，测量ph值>9.2，300目滤布过滤后出料，得色浆；
s2、所述色浆中加入所述丙烯酸树脂，转速降为160-180rmp，反应0.5-1hr；
s3、步骤s2制得的组合物用300目滤布过滤，加入所述表面张力调节剂，即可进行喷涂施工。
10.一种根据权利要求1所述的单层水性陶瓷涂料在作为不锈钢保温杯外壁用涂料中的用途。
技术总结