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一文看懂水性集装箱涂料

作者:高雪田 ;潘佐来源:涂料企业网 浏览次数: 日期:2019年4月8日 17:12

 

 

前言

  Preface 

 

 

自20世纪80年代在我国创建以来,集装箱制造业经过了30多年的发展,已经成为成熟的产业,每年有250万~300万TEU的新造集装箱的需求量,需要涂料量为18万~22万吨,基本上以溶剂型涂料为主,约为95%左右。

 

 

而传统的工业涂料含有大量的有机溶剂,溶剂在施工和干燥的过程中大都挥发出来,这不仅严重污染了环境和危害了人类健康,同时还对资源造成的极大浪费。

据资料显示,钢铁制品及其设施在涂装过程中挥发掉的VOC总量约占全球VOC总量的20%~25%,已经成为大气的主要污染源之一。 

近几年来,在国家政策的推动下,各地陆续颁布了有关“油改水”的环保政策。

 

 

而对于集装箱涂料行业而言,2017年中国集装箱行业协会在行业内强制推行“禁油推水”的政策并制定了行业标准,“箱漆”从此迈入了水性涂料的时代。

经过将近两年的发展,“箱漆”也已从“两强并立”发展到“群雄并起”的时代,其中两强指的是德威与KCC,群雄指的是中涂化工、中远关西、麦加、集泰、海虹、豪立、晨阳等企业。

 

 

 1 水性集装箱涂料配套

 

根据行业标准,目前箱身涂料体系普遍采用“3+2”的配套方式。

其中,“3”指的是箱外配套的三道涂料,分别是双组分环氧富锌底漆,单/双组分环氧中间漆与丙烯酸外面漆;“2”指的是箱内配套的两道涂料,分别是双组分环氧富锌底漆与双组分环氧内面漆。对于中间漆,有选择单组分的,也有双组分的。

 

 

水性集装箱

涂料配套分类简介

 

01 丨 水性环氧富锌底漆

由于锌粉的存在,水性环氧富锌底漆可有效地对箱体进行阴极保护,延缓箱体腐蚀进度,防止因磕碰引起的涂膜脱落,因此该体系得到了箱东的一致认可。

水性环氧富锌底漆,主要成分包括环氧树脂、固化剂、锌粉及各种助剂。

活泼金属锌粉可与水发生化学反应,因此在有锌粉存在的组分中,不可以含有水分,而环氧涂料中的环氧树脂和固化剂也不可以在一个组分中,因此设计配方时有2种思路(锌粉与环氧树脂在一个组分中;锌粉与胺类固化剂在一个组分中)。

因水性环氧富锌底漆是给箱体提供防腐的主要涂层,因此该产品的防腐性能、机械性能为配方设计要点,同时要重点兼顾施工性能。

 

02 丨 水性内面漆

目前水性内面漆主要的配方体系有:水性环氧内面漆、水性丙烯酸环氧内面漆2种。

 

02 - 1  水性环氧内面漆

该体系是原溶剂型体系内面漆水性化的方案,主要组分为水性环氧乳液、水性环氧固化剂、防锈填料、颜料、功能填料等组成。

考虑到体系的稳定性,一般采用自乳化的环氧乳液,但目前看来国内企业生产的树脂大部分有一定提升空间。

水性固化剂方面,目前各家涂料供应商差别非常大,但从防腐角度考虑,水溶性非常优异,反应活性较低的固化剂不适于水性集装箱涂料内面漆。因亲水基团的引入,在同等条件下水性涂料防腐性能没有溶剂型的好。

 

02 - 2  水性丙烯酸环氧内面漆

该体系一般选用特种丙烯酸树脂作为主体树脂,再引入液体环氧进行杂化。该配方体系的优势为成本相对较低,但考虑防腐的因素,目前占市场80%以上份额的主流涂料供应商,没有选择该体系。

 

03 丨 水性中间漆

水性中间漆主要的配方体系有:水性环氧中间漆、水性丙烯环氧中间漆、水性丙烯酸中间漆3种。

水性环氧中间漆、水性丙烯酸环氧中间漆配方设计思路与水性内面漆类似。而水性丙烯酸中间漆的主体树脂为相对分子质量高的丙烯酸乳液。

因丙烯酸乳液与环氧乳液成本差异巨大,该配方体系的成本优势明显,但随着国产环氧乳液性能的提升,成本有降低的趋势。

 

04 丨 丙烯酸面漆

水性丙烯酸面漆因丙烯酸乳液单体的不同,主要分为纯丙乳液、硅丙乳液和苯丙乳液。

水性丙烯酸面漆主要是赋予涂膜优良的外观、较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优于其它2种乳液,但因硅烷等引入,成本较高;相对而言,纯丙乳液的性能和成本较均衡,目前应用最多;苯丙乳液耐候性稍差,但成本优势明显。

丙烯酸面漆除乳液组分外,颜料也是重要的组分之一。从环保角度看,目前使用的颜料都为无重金属的产品,但部分颜料稳定存在对pH有一定的要求,因此配方设计时需对各个颜料pH需求进行确认并处理。

 

 

 

 2 性能要求及相关标准 

 

01 丨 长期涂膜性能

长期涂膜性能主要包括防腐性、机械性、耐候性3个方面。

比较权威的测试标准为KTA实验室进行的IICL测试,另外中国集装箱协会(CCIA)组织制定的JH/TE08—2015《集装箱用水性涂料涂膜检验方法和验收标准》中对涂膜长期性能的要求主要参考借鉴IICL测试方法。

因内外配套体系不同,测试流程方法也有差异,具体流程如下图所示。

集装箱涂装体系的IICL测试步骤

 

 

02 丨 涂膜验收标准

          及初期耐水性等要求规范

涂膜验收时主要对涂膜流挂状态、针孔/暗泡状态、颜色外观、露底情况等进行考察。

集装箱协会组织编写的JH/TE08—2015对膜厚、附着力、外观等要求都进行了具体规范,为行业重点参考标准,另外部分箱东也有各自公司的具体验收标准,分别进行了内部控制指标的设置。本文仅介绍实际应用中遇到的重点项目。

03 丨 针孔、暗泡

因为乳化剂等表面活性剂的影响,水性涂料更容易产生气泡,成膜后的表现即为针孔、暗泡。

当针孔、暗泡严重到一定程度后,呈现蜂窝状,将严重影响涂层的防腐性能,特别是穿透性针孔极易产生点锈。目前主要的处理方式是依靠添加助剂来实现,从而使涂料的成本有较大提高。

 

04丨 初期耐水性

主要包括箱外初期耐水性和箱内泼水实验2个方面。

其中箱外初期耐水性主要针对集装箱下线后天气持续下雨的情况,对涂膜的干燥性、初期交联密度、涂膜水溶性物质含量等提出较高要求。箱内泼水实验,考察的是箱内是否有露底情况、是否有穿透性针孔及涂膜初期干燥性能。

IICL测试方法及评价标准

 

 

 3 施工工艺介绍  

 

“三分涂料,七分施工”,没有良好施工性的水性涂料,即使防腐性能非常优异也不会被市场所接收,对水性集装箱涂料来说,尤为如此。

溶剂型集装箱涂料转为水性集装箱涂料,最大的变化为:三喷一烘变为三喷三烘。同时由于水性涂料对施工的温度、湿度、风速等要求都较高,因此整体喷涂线的布局变化较大。

 

  典型的涂装线布局是:

   (有时可根据实际情况调整涂装工位顺序)

车间打砂  →  底漆涂装和烘烤  → (成型、部装、总装) → (二次打砂、除油) →  预热和预涂底漆 水性环氧富锌底漆涂装  →  底漆流平  → 底漆烘房 →  冷却  →  中间漆和内面漆涂装  →  流平  →  中间漆烘房  → 冷却  →  面漆涂装  →  冷却  →  线上修补 →  面漆烘房 →  冷却  → (木地板铺放和完工工位)→  底架漆涂装  →  流平  →  底架漆烘干  →  冷却   →  完工检查

各个工位

容易遇到的问题如下

 

01  预热和冷却工位

主要是为了在喷涂前保证箱体温度不可以太高或太低,如超过40℃喷涂,极易发生粗糙等问题,如低于15℃,又极易发生流挂等问题。

02  流平工位

可以使涂装后的湿膜部分水分挥发,避免直接进入烘房高温加热。因此为保证部分水分的挥发,该工位需要保证一定的风速和温度,风速和温度过低或过高都极易产生气泡、针孔、 流挂等漆病。

03  烘房工位

烘房温度最好为梯度升高模式,最优的方式为设置低、高温烘房,避免刚施工完水性涂料直接进入高温烘房,出现涂膜被烤焦、内部产生蜂窝状针孔等漆病;同时建议烘房中出风口平行于箱体侧表面,避免直吹侧板引起局部过热和过快的干燥。

04  涂装工位

因水性涂料雾化没有溶剂型涂料好,因此需要选择小口径枪嘴,喷涂压力需要适当提高,同时喷涂枪距控制在35cm以上,否则涂膜极易产生针孔、暗泡等漆病,从而对防腐产生负面影响。

 

 

 

 4 水性集装箱涂料存在的

主要问题

 

01丨 原材料供应的问题

树脂、助剂等高附加值的原材料主要是由国外大公司供应,这是因为国际大公司在水性涂料技术方面有几十年的技术积累,都有一定应用经验。但这也给国内各个技术型企业提供了一个“天高任鸟飞”的市场环境。

02丨 能耗高的问题

与原溶剂型体系的三喷一烘及快干稀释剂使用相比,水性体系只能通过外部加热耗能的方式调节温湿度。但随着国家清洁能源的进一步推广,低VOC排放的水性涂料应用前景更加广阔。

03丨 水处理的问题

因为水性涂料含有一定量的水溶性物质,因此水性喷涂工艺的废水比溶剂型工艺的废水更难处理。但相对来说,集装箱涂料涂装集中度非常高,可以对污水进行集中处理。

04丨 漆病的控制问题

因水性涂料对温度、湿度、枪嘴磨损程度等都比较敏感,随着气温的变化若没有及时调整调漆工序,极易发生粗糙和流挂现象。但目前来看,主流的水性集装箱涂料供应商都摸索出了一套现场控制的手段,可对相关问题进行预测,防止发生批量问题,造成较大损失。

 

 

 

 5 结语    

 

目前水性集装箱涂料的大规模使用,为工业涂料大规模水性化开了先河。

随着涂料研发工程师技术知识的逐渐积累,原材料技术性能的拓展,涂装工艺的进一步完善,水性工业涂料将进一步走向成熟,从而为涂料行业绿色化做出巨大贡献。

 

 

 

 

资料来源:

水性集装箱涂料现状与展望(高雪田 );集装箱水性涂料应用研究(潘佐);涂料企业网等等。

 

 

 

 

 

 

 

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该资讯的关键词为:水性集装箱涂料  集装箱水性涂料应用研究  集装箱涂料现状与展望