本文轉(zhuǎn)載自:涂料工業(yè) 由于集裝箱體要應(yīng)對海上的惡劣氣候,因此對箱體本身的耐腐蝕程度要求很高,國家對集裝箱體表面的防腐層有著嚴格的標準要求。水性集裝箱涂料就是集裝箱防護防腐涂料從傳統(tǒng)的溶劑型涂料轉(zhuǎn)變?yōu)樗原h(huán)保的防腐涂料,能減少大量VOC排放所導致的環(huán)境污染問題,因此被大力提倡。目前世界集裝箱年產(chǎn)量超出350萬只標準箱,年需涂料約40萬噸,價值約60億元。 自2017年4月1日開始,全國標準干貨集裝箱生產(chǎn)廠家的涂裝生產(chǎn)線, 由溶劑型涂料體系變更為水性涂料體系,從而開啟了水性集裝箱涂料大規(guī)模使用的元年。 據(jù)不完全統(tǒng)計,2017年全年生產(chǎn)使用水性涂料的標準箱共計超過280萬TEU,使用水性集裝箱涂料約20萬噸, 從而減少VOC 排放約10萬噸。水性集裝箱涂料的大規(guī)模推廣,使整個工業(yè)涂料市場發(fā)生非常大的變化,水性化、 高固含等環(huán)保涂料的應(yīng)用得到了較大發(fā)展,帶動工程機械、交通設(shè)備等行業(yè)向環(huán)保涂裝大步邁進。 本文主要從水性集裝箱涂料目前的技術(shù)路線、相關(guān)性能標準及施工應(yīng)用等方面進行介紹。 1水性集裝箱涂料配套及目前技術(shù)路線 水性集裝箱涂料體系主要有含富鋅底漆與不含富鋅底漆2種涂料配套。由于不含富鋅底漆的配套是威士伯主推的聚偏二氯乙烯(PVDC)底漆/丙烯酸面漆體系,主要應(yīng)用在東莞馬士基工廠,而在其他客戶工廠或箱東處應(yīng)用都比較少。因此本文主要介紹含富鋅底漆的三涂層配套體系,詳見圖1。 圖1三涂層水性集裝箱涂料配套體系 從圖1可以看出,水性集裝箱涂料配套體系主要包括水性環(huán)氧富鋅涂料、水性內(nèi)面漆、水性中間漆、水性丙烯酸面漆4個品種。 1.1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行陰極保護,延緩箱體腐蝕進度,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)生化學反應(yīng),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)氧樹脂和固化劑也不可以在一個組分中,因此設(shè)計配方時有2種思路。 (1)鋅粉與環(huán)氧樹脂在一個組分中,這種配方設(shè)計思路較接近于溶劑型環(huán)氧富鋅涂料,主要的差異是其中的溶劑為可溶于水的醇醚類溶劑,環(huán)氧樹脂也為可溶于水的樹脂(乳液)。該體系因醇醚溶劑極性非常高,再加上鋅粉密度非常大,防沉降和防流掛成為配方設(shè)計的核心因素。一般都會用多種類型的防沉助劑進行復配,如同時使用膨潤土、氣相二氧化硅、聚脲類等。而該體系的固化劑一般為含水的胺類固化劑,為保證防腐性能,其在水中的溶解性大小為重點考慮因素。 (2)鋅粉與胺類固化劑在一個組分中,這種配方設(shè)計思路較溶劑型涂料的差異較大,因所用的胺類固化劑一般較少,因此鋅粉可否被樹脂充分包覆、如何降低后續(xù)施工時水與鋅粉的反應(yīng)速率成為配方的設(shè)計重點。該配方設(shè)計的優(yōu)點為配方的VOC整體含量相對較低,如,可低于250g/L。 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(shè)計要點,同時要重點兼顧施工性能。 1.2水性內(nèi)面漆 目前水性內(nèi)面漆主要的配方體系有:水性環(huán)氧內(nèi)面漆、水性丙烯酸環(huán)氧內(nèi)面漆2種。 (1)水性環(huán)氧內(nèi)面漆。該體系是原溶劑型體系內(nèi)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。目前考慮到體系的穩(wěn)定性,一般采用自乳化的環(huán)氧乳液,其對使用溫度、攪拌力度等相對不敏感,但目前看來國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的樹脂大部分有一定提升空間,一定提升空間,譬如國內(nèi)公司大多直接采購乳化劑,而非自主研發(fā),這樣就受限于乳化劑品種、性能等,其合成的環(huán)氧乳液往往在穩(wěn)定性方面有所欠缺,譬如高溫、高剪切力等條件下易破乳,亦或者穩(wěn)定性優(yōu)良情況下,因大量乳化劑的使用,環(huán)氧漆膜耐腐蝕、耐水性等較差;水性固化劑方面,目前各家涂料供應(yīng)商差別非常大,但從防腐角度考慮,水溶性非常優(yōu)異、反應(yīng)活性較低的固化劑不適合用于水性集裝箱涂料內(nèi)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,因此需要防銹填料進行補強,但防銹填料的選擇需要重點考慮該填料在水相中的電離度、pH等參數(shù)。 (2)水性丙烯酸環(huán)氧內(nèi)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(huán)氧進行雜化。除此以外,為保證體系的防腐性能,防銹填料的補強作用需要特別重點考慮。另外,體系的初期耐水性也需要特殊技術(shù)進行加強。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80%以上份額的主流涂料供應(yīng)商,沒有選擇該體系。 1.3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(shè)計思路與水性內(nèi)面漆類似。 水性丙烯酸中間漆的主體樹脂為高相對分子質(zhì)量的丙烯酸乳液,眾所周知,丙烯酸乳液在防腐涂料中一般用于面漆,其本身的防腐性能較環(huán)氧乳液差距較大,為達到或等同于可交聯(lián)的環(huán)氧乳液的防腐等級,丙烯酸中間漆的最重要的設(shè)計要點為提高防腐性能,防腐填料、防腐助劑等用量相對都較高。但因丙烯酸乳液與環(huán)氧乳液成本差異巨大,該配方體系的成本優(yōu)勢明顯,但隨著國產(chǎn)環(huán)氧乳液性能的提升,成本優(yōu)勢有降低的趨勢。 1.4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漆膜優(yōu)良的外觀、較高的耐候性及耐水性等性能。從上述3種乳液單體看,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(yīng)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重金屬的產(chǎn)品,但部分顏料穩(wěn)定存在對pH有一定的要求,因此配方設(shè)計時需對各個顏料pH需求進行確認并處理。 丙烯酸面漆的初期耐水性為目前箱廠重點考慮的性能之一,在配方設(shè)計階段,成膜助劑的選擇、功能填料的使用等為重點考慮因素。 2性能要求及相關(guān)標準 從集裝箱涂料性能方面看,主要分長期漆膜性能和施工后驗收規(guī)范2個方面。 2.1長期漆膜性能 長期漆膜性能主要包括防腐性能、機械性能、耐候性3個方面。比較權(quán)威的測試標準為KTA實驗室進行的IICL測試,該測試為集裝箱的最終客戶(箱東)重點關(guān)注的測試方法,同時為涂料供應(yīng)商大批量進入集裝箱行業(yè)的最基本的要求。另外中國集裝箱協(xié)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》中對漆膜長期性能的要求主要參考借鑒IICL測試方法。 因內(nèi)外配套體系不同,測試流程方法也有差異,具體流程如圖2所示。 圖2 集裝箱涂裝體系的IICL測試步驟 外部配套體系樣板需要借助紫外老化儀及鹽霧箱進行測試,內(nèi)部配套體系樣板僅需要鹽霧箱進行測試,每一個測試周期為7d,共需要8個測試周期,完成一個配套體系測試至少需要56d。 完成測試后,需要對樣板進行機械性能、耐腐蝕性、耐候性測試,并對每一項測試評分,設(shè)置小項最低分要求,然后根據(jù)相應(yīng)的權(quán)重進行最終評分,最終評分也設(shè)置最低分數(shù)要求。具體如表1所示。 2.2漆膜驗收標準及初期耐水性等要求規(guī)范 漆膜驗收時主要對漆膜流掛狀態(tài)、針孔/暗泡狀態(tài)、顏色外觀、露底情況等進行考察。集裝箱協(xié)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(guī)范,為行業(yè)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(nèi)部控制指標的設(shè)置。本文僅介紹實際應(yīng)用中遇到的重點項目。 2.2.1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(xiàn)即為針孔、暗泡;當針孔、暗泡嚴重到一定程度后,呈現(xiàn)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)生點銹;為控制針孔、暗泡的產(chǎn)生,主要的處理方式包括提高涂料的破泡能力、提高涂料氣泡的逸出能力、提高涂料霧化性能、提高涂料基材潤濕性能等,但這些方式主要是依靠添加助劑來實現(xiàn),從而使涂料的成本有較大提高。 2.2.2初期耐水性 主要包括箱外初期耐水性和箱內(nèi)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(xù)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(nèi)潑水實驗,考察的是箱內(nèi)是否有露底情況、是否有穿透性針孔及漆膜初期干燥性能。 表1 IICL測試方法及評價標準 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(yōu)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(zhuǎn)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(有時可根據(jù)實際情況調(diào)整涂裝工位順序)是: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(huán)氧富鋅底漆涂裝→底漆流平→底漆烘房→冷卻→中間漆和內(nèi)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。 3.1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(fā)生粗糙等問題,如低于15℃,又極易發(fā)生流掛等問題。 3.2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速和溫度,風速和溫度過低或過高都極易產(chǎn)生氣泡、針孔、流掛等漆病。 3.3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(shè)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(xiàn)漆膜被烤焦、內(nèi)部產(chǎn)生蜂窩狀針孔等漆病;同時建議烘房中出風口平行于箱體側(cè)表面,避免直吹側(cè)板引起局部過熱和過快的干燥。 3.4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。 4目前水性集裝箱涂料存在的主要問題 4.1原材料供應(yīng)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(yīng),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(yīng)用經(jīng)驗,但這也給國內(nèi)各個技術(shù)型企業(yè)提供了一個“天高任鳥飛”的市場環(huán)境。 4.2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(diào)節(jié)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(yīng)用前景更加廣闊。 4.3水處理的問題 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。 4.4漆病的控制問題 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(diào)整調(diào)漆工序,極易發(fā)生粗糙和流掛現(xiàn)象。但目前來看,主流的水性集裝箱涂料供應(yīng)商都摸索出了一套現(xiàn)場控制的手段,可對相關(guān)問題進行預測,防止發(fā)生批量問題,造成較大損失。 5結(jié)語 目前水性集裝箱涂料的大規(guī)模使用,為工業(yè)涂料水性化大規(guī)模應(yīng)用開了先河,隨著涂料研發(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、涂裝工藝的進一步完善,水性工業(yè)涂料將進一步走向成熟,從而為涂料行業(yè)綠色化做出巨大貢獻。 相關(guān)推薦:看環(huán)保如何毀滅一個工業(yè)大國史上最悲壯的元素發(fā)現(xiàn)史——氟三分鐘看懂尼龍(PA) 下一個黃金產(chǎn)業(yè):氟化工行業(yè)山東地煉巨頭因資金危機被列入失信名單揭秘: 一個真實的500強
|
|
來自: 江上向東數(shù)峰青 > 《原材料,工藝》