自20世紀80年代在我國創(chuàng )建以來(lái),集裝箱制造業(yè)經(jīng)過(guò)了30多年的發(fā)展,已經(jīng)成為成熟的產(chǎn)業(yè),每年有250萬(wàn)~300萬(wàn)TEU的新造集裝箱的需求量,需要涂料量為18萬(wàn)~22萬(wàn)噸,基本上以溶劑型涂料為主,約為95%左右。而傳統的工業(yè)涂料含有大量的有機溶劑,溶劑在施工和干燥的過(guò)程中大都揮發(fā)出來(lái),這不僅嚴重污染了環(huán)境和危害了人類(lèi)健康,同時(shí)還對資源造成的極大浪費。據資料顯示,鋼鐵制品及其設施在涂裝過(guò)程中揮發(fā)掉的VOC總量約占全球VOC總量的20%~25%,已經(jīng)成為大氣的主要污染源之一。
近幾年來(lái),在國家政策的推動(dòng)下,各地陸續頒布了有關(guān)“油改水”的環(huán)保政策。而對于集裝箱涂料行業(yè)而言,2017年中國集裝箱行業(yè)協(xié)會(huì )在行業(yè)內強制推行“禁油推水”的政策并制定了行業(yè)標準,“箱漆”從此邁入了水性涂料的時(shí)代。經(jīng)過(guò)將近兩年的發(fā)展,“箱漆”也已從“兩強并立”發(fā)展到“群雄并起”的時(shí)代,其中兩強指的是德威與KCC,群雄指的是中涂化工、中遠關(guān)西、麥加、集泰、海虹、豪立、晨陽(yáng)等企業(yè)。
水性集裝箱涂料配套
根據行業(yè)標準,目前箱身漆體系普遍采用“3+2”的配套方式,其中“3”指的是外配套的三道漆,分別是雙組份環(huán)氧富鋅底漆,單/雙組份環(huán)氧中間漆與丙烯酸外面漆;“2”指的是內配套的兩道漆,分別是雙組份環(huán)氧富鋅底漆與雙組份環(huán)氧內面漆。對于中間漆,有選擇單組份的,也有雙組份的。
水性環(huán)氧富鋅涂料
由于鋅粉的存在,水性環(huán)氧富鋅涂料可有效地對箱體進(jìn)行陰極保護,延緩箱體腐蝕進(jìn)度,防止因磕碰引起的漆膜脫落,因此該體系得到了箱東的一致認可。
水性環(huán)氧富鋅涂料,主要成分包括環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、鋅粉及各種助劑,活潑金屬鋅粉可與水發(fā)生化學(xué)反應,因此在有鋅粉存在的組分中,不可以含有水分,而環(huán)氧涂料中的環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑也不可以在一個(gè)組分中,因此設計配方時(shí)有2種思路(鋅粉與環(huán)氧樹(shù)脂在一個(gè)組分中;鋅粉與胺類(lèi)固化劑在一個(gè)組分中)。
因水性環(huán)氧富鋅涂料是給箱體提供防腐的主要涂層,因此該產(chǎn)品的防腐性能、機械性能為配方設計要點(diǎn),同時(shí)要重點(diǎn)兼顧施工性能。
水性?xún)让嫫?/strong>
目前水性?xún)让嫫嶂饕呐浞襟w系有:水性環(huán)氧內面漆、水性丙烯酸環(huán)氧內面漆2種。
水性環(huán)氧內面漆。該體系是原溶劑型體系內面漆水性化的方案,主要組分為水性環(huán)氧乳液、水性環(huán)氧固化劑、防銹填料、顏料、功能填料等組成??紤]到體系的穩定性,一般采用自乳化的環(huán)氧乳液,但目前看來(lái)國內企業(yè)生產(chǎn)的樹(shù)脂大部分有一定提升空間。
水性固化劑方面,目前各家涂料供應商差別非常大,但從防腐角度考慮,水溶性非常優(yōu)異、反應活性較低的固化劑不適合用于水性集裝箱涂料內面漆。因親水基團的引入,在同等條件下水性涂料防腐性能沒(méi)有溶劑型的好。
水性丙烯酸環(huán)氧內面漆。該體系一般選用特種丙烯酸樹(shù)脂作為主體樹(shù)脂,再引入液體環(huán)氧進(jìn)行雜化。該配方體系的優(yōu)勢為成本相對較低,但考慮防腐的因素,目前占市場(chǎng)80%以上份額的主流涂料供應商,沒(méi)有選擇該體系。
水性中間漆
水性中間漆主要的配方體系有:水性環(huán)氧中間漆、水性丙烯環(huán)氧中間漆、水性丙烯酸中間漆3種。
水性環(huán)氧中間漆、水性丙烯酸環(huán)氧中間漆配方設計思路與水性?xún)让嫫犷?lèi)似。而水性丙烯酸中間漆的主體樹(shù)脂為高相對分子質(zhì)量的丙烯酸乳液,因丙烯酸乳液與環(huán)氧乳液成本差異巨大,該配方體系的成本優(yōu)勢明顯,但隨著(zhù)國產(chǎn)環(huán)氧乳液性能的提升,成本優(yōu)勢有降低的趨勢。
丙烯酸面漆
水性丙烯酸面漆因丙烯酸乳液?jiǎn)误w的不同,主要分為純丙乳液、硅丙乳液和苯丙乳液。
水性丙烯酸面漆主要是賦予漆膜優(yōu)良的外觀(guān)、較高的耐候性及耐水性等性能。硅丙乳液的耐候性、耐水性及耐沾污性都優(yōu)于其他2種乳液,但因硅烷等引入,成本較高;相對而言,純丙乳液的性能和成本較均衡,目前應用最多;苯丙乳液耐候性稍差,但成本優(yōu)勢明顯。
丙烯酸面漆除乳液組分外,顏料也是重要的組分之一。從環(huán)保角度看,目前使用的顏料都為無(wú)重金屬的產(chǎn)品,但部分顏料穩定存在對pH有一定的要求,因此配方設計時(shí)需對各個(gè)顏料pH需求進(jìn)行確認并處理。
性能要求及相關(guān)標準
長(cháng)期漆膜性能
長(cháng)期漆膜性能主要包括防腐性能、機械性能、耐候性3個(gè)方面。比較權威的測試標準為KTA實(shí)驗室進(jìn)行的IICL測試,另外中國集裝箱協(xié)會(huì )(CCIA)組織制定的JH/TE08—2015《集裝箱用水性涂料涂膜檢驗方法和驗收標準》中對漆膜長(cháng)期性能的要求主要參考借鑒IICL測試方法。
因內外配套體系不同,測試流程方法也有差異,具體流程如下圖所示。

集裝箱涂裝體系的IICL測試步驟
漆膜驗收標準及初期耐水性等要求規范
漆膜驗收時(shí)主要對漆膜流掛狀態(tài)、針孔/暗泡狀態(tài)、顏色外觀(guān)、露底情況等進(jìn)行考察。集裝箱協(xié)會(huì )組織編寫(xiě)的JH/TE08—2015對膜厚、附著(zhù)力、外觀(guān)等要求都進(jìn)行了具體規范,為行業(yè)重點(diǎn)參考標準,另外部分箱東也有各自公司的具體驗收標準,分別進(jìn)行了內部控制指標的設置。本文僅介紹實(shí)際應用中遇到的重點(diǎn)項目。
針孔、暗泡
因為乳化劑等表面活性劑的影響,水性涂料更容易產(chǎn)生氣泡,成膜后的表現即為針孔、暗泡;當針孔、暗泡嚴重到一定程度后,呈現蜂窩狀,將嚴重影響涂層的防腐性能,特別是穿透性針孔極易產(chǎn)生點(diǎn)銹。目前主要的處理方式是依靠添加助劑來(lái)實(shí)現,從而使涂料的成本有較大提高。


初期耐水性
主要包括箱外初期耐水性和箱內潑水實(shí)驗2個(gè)方面。其中箱外初期耐水性主要針對集裝箱下線(xiàn)后天氣持續下雨的情況,對漆膜的干燥性、初期交聯(lián)密度、漆膜水溶性物質(zhì)含量等提出較高要求;箱內潑水實(shí)驗,考察的是箱內是否有露底情況、是否有穿透性針孔及漆膜初期干燥性能。
IICL測試方法及評價(jià)標準

施工工藝介紹
“三分涂料,七分施工”,沒(méi)有良好施工性的水性涂料,即使防腐性能非常優(yōu)異也不會(huì )被市場(chǎng)所接收,對水性集裝箱涂料來(lái)說(shuō),尤為如此。
溶劑型集裝箱涂料轉為水性集裝箱涂料,最大的變化為:三噴一烘變?yōu)槿龂娙?,同時(shí)由于水性涂料對施工的溫度、濕度、風(fēng)速等要求都較高,因此整體噴涂線(xiàn)的布局變化較大。典型的涂裝線(xiàn)布局(有時(shí)可根據實(shí)際情況調整涂裝工位順序)是:車(chē)間打砂、底漆涂裝和烘烤→(成型、部裝、總裝)→(二次打砂、除油)→預熱和預涂底漆→水性環(huán)氧富鋅底漆涂裝→底漆流平→底漆烘房→冷卻→中間漆和內面漆涂裝→流平→中間漆烘房→冷卻→面漆涂裝→冷卻→線(xiàn)上修補→面漆烘房→冷卻→(木地板鋪放和完工工位)→底架漆涂裝→流平→底架漆烘干→冷卻→完工檢查。
各個(gè)工位容易遇到的問(wèn)題如下。
預熱和冷卻工位
主要是為了在噴涂前保證箱體溫度不可以太高或太低,如超過(guò)40℃噴涂,極易發(fā)生粗糙等問(wèn)題,如低于15℃,又極易發(fā)生流掛等問(wèn)題。
流平工位
可以使涂裝后的濕膜部分水分揮發(fā),避免直接進(jìn)入烘房高溫加熱。因此為保證部分水分的揮發(fā),該工位需要保證一定的風(fēng)速和溫度,風(fēng)速和溫度過(guò)低或過(guò)高都極易產(chǎn)生氣泡、針孔、流掛等漆病。
烘房工位
烘房溫度最好為梯度升高模式,最優(yōu)的方式為設置低、高溫烘房,避免剛施工完水性涂料直接進(jìn)入高溫烘房,出現漆膜被烤焦、內部產(chǎn)生蜂窩狀針孔等漆病;同時(shí)建議烘房中出風(fēng)口平行于箱體側表面,避免直吹側板引起局部過(guò)熱和過(guò)快的干燥。
涂裝工位
因水性涂料霧化沒(méi)有溶劑型涂料好,因此需要選擇小口徑槍嘴,噴涂壓力需要適當提高,同時(shí)噴涂槍距控制在35cm以上,否則漆膜極易產(chǎn)生針孔、暗泡等漆病,從而對防腐產(chǎn)生負面影響。
水性集裝箱涂料存在的主要問(wèn)題
原材料供應的問(wèn)題
樹(shù)脂、助劑等高附加值的原材料主要是由國外大公司供應,這是因為國際大公司在水性涂料技術(shù)方面有幾十年的技術(shù)積累,都有一定應用經(jīng)驗,但這也給國內各個(gè)技術(shù)型企業(yè)提供了一個(gè)“天高任鳥(niǎo)飛”的市場(chǎng)環(huán)境。
能耗高的問(wèn)題
與原溶劑型體系的三噴一烘及快干稀釋劑使用相比,水性體系只能通過(guò)外部加熱耗能的方式調節溫濕度。但隨著(zhù)國家清潔能源的進(jìn)一步推廣,低VOC排放的水性涂料應用前景更加廣闊。
水處理的問(wèn)題
因為水性涂料含有一定量的水溶性物質(zhì),因此水性噴涂工藝的廢水比溶劑型工藝的廢水更難處理。但相對來(lái)說(shuō),集裝箱涂料涂裝集中度非常高,可以對污水進(jìn)行集中處理。
漆病的控制問(wèn)題
因水性涂料對溫度、濕度、槍嘴磨損程度等都比較敏感,隨著(zhù)氣溫的變化若沒(méi)有及時(shí)調整調漆工序,極易發(fā)生粗糙和流掛現象。但目前來(lái)看,主流的水性集裝箱涂料供應商都摸索出了一套現場(chǎng)控制的手段,可對相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行預測,防止發(fā)生批量問(wèn)題,造成較大損失。
結語(yǔ)
目前水性集裝箱涂料的大規模使用,為工業(yè)涂料水性化大規模應用開(kāi)了先河,隨著(zhù)涂料研發(fā)工程師技術(shù)知識的逐漸積累、原材料技術(shù)性能的拓展、涂裝工藝的進(jìn)一步完善,水性工業(yè)涂料將進(jìn)一步走向成熟,從而為涂料行業(yè)綠色化做出巨大貢獻。
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