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水性集裝箱涂料標準、性能要求、施工工藝及發展現狀
來源:聚乙烯蠟|塑料潤滑劑|四川水性漆|玻璃鋼防腐|地坪涂料|四川祥和涂料有限公司   時間:2020.04.02
 

水性集裝箱涂料標準、性能要求、施工工藝及發展現狀


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。



水性集裝箱涂料配套


根據行業標準,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,分別是雙組份環氧富鋅底漆,單/雙組份環氧中間漆與丙烯酸外面漆;“2”指的是內配套的兩道漆,分別是雙組份環氧富鋅底漆與雙組份環氧內面漆。對于中間漆,有選擇單組份的,也有雙組份的。



水性環氧富鋅涂料


由于鋅粉的存在,水性環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。

水性環氧富鋅涂料,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)。

因水性環氧富鋅涂料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。


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。

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有溶劑型的好。

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。


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高相對分子質量的丙烯酸乳液,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,成本優勢有降低的趨勢。


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。



水性集裝箱涂料性能要求及相關標準


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》中對漆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。




漆膜驗收標準及初期耐水性等要求規范


漆膜驗收時主要對漆膜流掛狀態、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。


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。


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,對漆膜的干燥性、初期交聯密度、漆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漆膜初期干燥性能。



水性集裝箱涂料施工工藝介紹


“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(有時可根據實際情況調整涂裝工位順序)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。


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。


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。


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,出現漆膜被烤焦、內部產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表面,避免直吹側板引起局部過熱和過快的干燥。


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,否則漆膜極易產生針孔、暗泡等漆病,從而對防腐產生負面影響。



水性集裝箱涂料存在的主要問題


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。


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。


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。


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。



結語

目前水性集裝箱涂料的大規模使用,為工業涂料水性化大規模應用開了先河,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。





















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