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    廣東迪愛生彤德樹脂有限公司
    2021-08-19 16:09

    一文看懂水性集裝箱涂料

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    前言

      Preface 

     

     

    自20世紀80年代在我國創建以來,集裝箱制造業經過了30多年的發展,已經成為成熟的產業,每年有250萬~300萬TEU的新造集裝箱的需求量,需要涂料量為18萬~22萬噸,基本上以溶劑型涂料為主,約為95%左右。

     

     

    而傳統的工業涂料含有大量的有機溶劑,溶劑在施工和干燥的過程中大都揮發出來,這不僅嚴重污染了環境和危害了人類健康,同時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程中揮發掉的VOC總量約占全球VOC總量的20%~25%,已經成為大氣的主要污染源之一。 

    近幾年來,在國家政策的推動下,各地陸續頒布了有關“油改水”的環保政策。

     

     

    而對于集裝箱涂料行業而言,2017年中國集裝箱行業協會在行業內強制推行“禁油推水”的政策并制定了行業標準,“箱漆”從此邁入了水性涂料的時代。

    經過將近兩年的發展,“箱漆”也已從“兩強并立”發展到“群雄并起”的時代,其中兩強指的是德威與KCC,群雄指的是中涂化工、中遠關西、麥加、集泰、海虹、豪立、晨陽等企業。

     

     

     1 水性集裝箱涂料配套

     

    根據行業標準,目前箱身涂料體系普遍采用“3+2”的配套方式。

    其中,“3”指的是箱外配套的三道涂料,分別是雙組分環氧富鋅底漆,單/雙組分環氧中間漆與丙烯酸外面漆;“2”指的是箱內配套的兩道涂料,分別是雙組分環氧富鋅底漆與雙組分環氧內面漆。對于中間漆,有選擇單組分的,也有雙組分的。

     

     

     

     

     
     

    水性集裝箱

    涂料配套分類簡介

     
     

     

    01 丨 水性環氧富鋅底漆

    由于鋅粉的存在,水性環氧富鋅底漆可有效地對箱體進行陰極保護,延緩箱體腐蝕進度,防止因磕碰引起的涂膜脫落,因此該體系得到了箱東的一致認可。

    水性環氧富鋅底漆,主要成分包括環氧樹脂、固化劑、鋅粉及各種助劑。

    活潑金屬鋅粉可與水發生化學反應,因此在有鋅粉存在的組分中,不可以含有水分,而環氧涂料中的環氧樹脂和固化劑也不可以在一個組分中,因此設計配方時有2種思路(鋅粉與環氧樹脂在一個組分中;鋅粉與胺類固化劑在一個組分中)。

    因水性環氧富鋅底漆是給箱體提供防腐的主要涂層,因此該產品的防腐性能、機械性能為配方設計要點,同時要重點兼顧施工性能。

     

    02 丨 水性內面漆

    目前水性內面漆主要的配方體系有:水性環氧內面漆、水性丙烯酸環氧內面漆2種。

     

    02 - 1  水性環氧內面漆

    該體系是原溶劑型體系內面漆水性化的方案,主要組分為水性環氧乳液、水性環氧固化劑、防銹填料、顏料、功能填料等組成。

    考慮到體系的穩定性,一般采用自乳化的環氧乳液,但目前看來國內企業生產的樹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,水溶性非常優異,反應活性較低的固化劑不適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有溶劑型的好。

     

    02 - 2  水性丙烯酸環氧內面漆

    該體系一般選用特種丙烯酸樹脂作為主體樹脂,再引入液體環氧進行雜化。該配方體系的優勢為成本相對較低,但考慮防腐的因素,目前占市場80%以上份額的主流涂料供應商,沒有選擇該體系。

     

    03 丨 水性中間漆

    水性中間漆主要的配方體系有:水性環氧中間漆、水性丙烯環氧中間漆、水性丙烯酸中間漆3種。

     

    水性環氧中間漆、水性丙烯酸環氧中間漆配方設計思路與水性內面漆類似。而水性丙烯酸中間漆的主體樹脂為相對分子質量高的丙烯酸乳液。

    因丙烯酸乳液與環氧乳液成本差異巨大,該配方體系的成本優勢明顯,但隨著國產環氧乳液性能的提升,成本有降低的趨勢。

     

    04 丨 丙烯酸面漆

    水性丙烯酸面漆因丙烯酸乳液單體的不同,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涂膜優良的外觀、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于其它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。從環保角度看,目前使用的顏料都為無重金屬的產品,但部分顏料穩定存在對pH有一定的要求,因此配方設計時需對各個顏料pH需求進行確認并處理。

     

     

     

     

     2 性能要求及相關標準 

     

    01 丨 長期涂膜性能

    長期涂膜性能主要包括防腐性、機械性、耐候性3個方面。

    比較權威的測試標準為KTA實驗室進行的IICL測試,另外中國集裝箱協會(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》中對涂膜長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。

     

     

     

     

    02 丨 涂膜驗收標準

              及初期耐水性等要求規范

    涂膜驗收時主要對涂膜流掛狀態、針孔/暗泡狀態、顏色外觀、露底情況等進行考察。

    集裝箱協會組織編寫的JH/TE08—2015對膜厚、附著力、外觀等要求都進行了具體規范,為行業重點參考標準,另外部分箱東也有各自公司的具體驗收標準,分別進行了內部控制指標的設置。本文僅介紹實際應用中遇到的重點項目。

    03 丨 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生點銹。目前主要的處理方式是依靠添加助劑來實現,從而使涂料的成本有較大提高。

     

     

    04丨 初期耐水性

    主要包括箱外初期耐水性和箱內潑水實驗2個方面。

    其中箱外初期耐水性主要針對集裝箱下線后天氣持續下雨的情況,對涂膜的干燥性、初期交聯密度、涂膜水溶性物質含量等提出較高要求。箱內潑水實驗,考察的是箱內是否有露底情況、是否有穿透性針孔及涂膜初期干燥性能。

     

     

     

     3 施工工藝介紹  

     

    “三分涂料,七分施工”,沒有良好施工性的水性涂料,即使防腐性能非常優異也不會被市場所接收,對水性集裝箱涂料來說,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:三噴一烘變為三噴三烘。同時由于水性涂料對施工的溫度、濕度、風速等要求都較高,因此整體噴涂線的布局變化較大。

     

      典型的涂裝線布局是:

       (有時可根據實際情況調整涂裝工位順序)

    車間打砂  →  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。

     

    各個工位

    容易遇到的問題如下

     
     

     

    01  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40℃噴涂,極易發生粗糙等問題,如低于15℃,又極易發生流掛等問題。

    02  流平工位

    可以使涂裝后的濕膜部分水分揮發,避免直接進入烘房高溫加熱。因此為保證部分水分的揮發,該工位需要保證一定的風速和溫度,風速和溫度過低或過高都極易產生氣泡、針孔、 流掛等漆病。

    03  烘房工位

    烘房溫度最好為梯度升高模式,最優的方式為設置低、高溫烘房,避免剛施工完水性涂料直接進入高溫烘房,出現涂膜被烤焦、內部產生蜂窩狀針孔等漆??;同時建議烘房中出風口平行于箱體側表面,避免直吹側板引起局部過熱和過快的干燥。

    04  涂裝工位

    因水性涂料霧化沒有溶劑型涂料好,因此需要選擇小口徑槍嘴,噴涂壓力需要適當提高,同時噴涂槍距控制在35cm以上,否則涂膜極易產生針孔、暗泡等漆病,從而對防腐產生負面影響。

     

     

     

     

     4 水性集裝箱涂料存在的

    主要問題

     

    01丨 原材料供應的問題

    樹脂、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方面有幾十年的技術積累,都有一定應用經驗。但這也給國內各個技術型企業提供了一個“天高任鳥飛”的市場環境。

    02丨 能耗高的問題

    與原溶劑型體系的三噴一烘及快干稀釋劑使用相比,水性體系只能通過外部加熱耗能的方式調節溫濕度。但隨著國家清潔能源的進一步推廣,低VOC排放的水性涂料應用前景更加廣闊。

    03丨 水處理的問題

    因為水性涂料含有一定量的水溶性物質,因此水性噴涂工藝的廢水比溶劑型工藝的廢水更難處理。但相對來說,集裝箱涂料涂裝集中度非常高,可以對污水進行集中處理。

    04丨 漆病的控制問題

    因水性涂料對溫度、濕度、槍嘴磨損程度等都比較敏感,隨著氣溫的變化若沒有及時調整調漆工序,極易發生粗糙和流掛現象。但目前來看,主流的水性集裝箱涂料供應商都摸索出了一套現場控制的手段,可對相關問題進行預測,防止發生批量問題,造成較大損失。

     

     

     

     5 結語    

     

    目前水性集裝箱涂料的大規模使用,為工業涂料大規模水性化開了先河。

    隨著涂料研發工程師技術知識的逐漸積累,原材料技術性能的拓展,涂裝工藝的進一步完善,水性工業涂料將進一步走向成熟,從而為涂料行業綠色化做出巨大貢獻。

     

     

     

     

     

    資料來源:

    水性集裝箱涂料現狀與展望(高雪田 );集裝箱水性涂料應用研究(潘佐);涂料企業網等等。

     

     

     

     

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