中國(guó)是集裝箱制造大國(guó),水性集裝箱涂料的研究可以節(jié)約能源,減少環(huán)境污染,減少對(duì)生產(chǎn)線工人的傷害,是涂料
發(fā)展的必然趨勢(shì)。水性集裝箱涂料的開(kāi)發(fā)需要解決防腐性能、開(kāi)工性能、成本三個(gè)技術(shù)難題,是一項(xiàng)長(zhǎng)期而且系統(tǒng)
的工作,需要加強(qiáng)與研究機(jī)構(gòu)、原料廠家以及企業(yè)與企業(yè)之間的緊密合作與交流,相信隨著更多涂料廠家的加入,必然
會(huì)推動(dòng)水性集裝箱涂料技術(shù)的不斷進(jìn)步,推動(dòng)集裝箱行業(yè)的變革。水性集裝箱涂料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用可以在工業(yè)防腐涂料領(lǐng)
域起到示范作用,帶動(dòng)新型水性樹(shù)脂、助劑、防銹顏料等原料的發(fā)展,推動(dòng)其他行業(yè)水性防腐涂料技術(shù)的革新,具有廣
泛的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
由于環(huán)保和加工成本的原因,集裝箱制造業(yè)向中國(guó)轉(zhuǎn)移,為中國(guó)提供了大量的就業(yè)機(jī)會(huì)及經(jīng)濟(jì)收入,但同時(shí)
也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前集裝箱行業(yè)使用的涂料基本為溶劑型,生產(chǎn)過(guò)程中釋放大量的VOC。據(jù)統(tǒng)
計(jì),2007年國(guó)際集裝箱產(chǎn)銷(xiāo)量達(dá)到392萬(wàn)TEU,其中在中國(guó)生產(chǎn)的約為374.6萬(wàn)TEU,約占總量的95.6%,使用的集裝
箱溶劑型涂料約30萬(wàn)t,由此可產(chǎn)生約15萬(wàn)t二甲苯類(lèi)有機(jī)溶劑排放。隨著各種環(huán)保法律法規(guī)的建立,集裝箱涂料
環(huán)保化成為必然。水性涂料以水為溶劑,可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)開(kāi)工黏度,其以開(kāi)工方便、容易控制厚度及損耗低等
特點(diǎn)而成為集裝箱涂料的發(fā)展趨勢(shì)和研究重點(diǎn)。國(guó)際集裝箱租賃協(xié)會(huì)(IICL)也召開(kāi)了專(zhuān)門(mén)會(huì)議提出了有關(guān)集裝
箱水性涂料開(kāi)發(fā)生產(chǎn)和應(yīng)用的建議。*近幾年來(lái),國(guó)內(nèi)外很多公司在進(jìn)行集裝箱涂料水性化的研究。目前主要
的難題是,集裝箱的生速度不斷提高,*快的生產(chǎn)節(jié)拍已經(jīng)達(dá)到每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)箱3.5min一個(gè),這無(wú)疑為集裝箱涂料的
水性化增加了難度。水性集裝箱涂料的開(kāi)發(fā)需要解決防腐性能、生產(chǎn)線開(kāi)工性能、涂料成本偏高三個(gè)技術(shù)難題
,以及資金、管理等一系列問(wèn)題。目前,能夠完全滿足生產(chǎn)線要求的三涂層全水性集裝箱涂料的廠家還為數(shù)不多
,香港維新集團(tuán)便是其中之一。筆者這幾年一直進(jìn)行水性集裝箱涂料的研究,在此主要對(duì)技術(shù)難題進(jìn)行探討,希
望能夠?yàn)檎谶M(jìn)行這方面研究的科研人員提供一些幫助。
1.集裝箱涂料的技術(shù)要求
集裝箱的營(yíng)運(yùn)需要往復(fù)經(jīng)歷從陸地到海洋的全過(guò)程,在國(guó)際性運(yùn)輸和物流系統(tǒng)中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作
用。要求集裝箱涂料要經(jīng)得起地球上任何一種苛刻的氣候條件,要適應(yīng)任何一種運(yùn)輸方式。集裝箱涂料的性能
要求為：防腐性能要通過(guò)KTA檢測(cè)；要求涂膜具有良好的耐磨性和柔韌性；具有耐多種環(huán)境變化的性能,應(yīng)有較
強(qiáng)的抗粉化性、保色性、保光性；具有良好的開(kāi)工性能,滿足大批量高效率的生產(chǎn)需求；箱內(nèi)應(yīng)具備耐磨、耐
腐蝕、耐溶劑的特性,還應(yīng)該取得FDA證書(shū)以便于運(yùn)輸食品；按照國(guó)際慣例,集裝箱制造廠和供應(yīng)商要向箱主提
供保證。保證在5a內(nèi)集裝箱涂膜銹蝕、剝落的面積不大于整個(gè)涂膜面積的10％。另外,有的集裝箱制造廠家還
要求配套涂料的鹽霧測(cè)試達(dá)到1000h。以下是國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)效率*高、節(jié)奏*快的生產(chǎn)線對(duì)集裝箱涂料的具體
要求：
(1)生產(chǎn)節(jié)奏為每道工序3～6min,開(kāi)工不受環(huán)境影響,要求涂料適應(yīng)性好；
(2)采用高壓無(wú)氣噴涂,要求涂料進(jìn)行濕碰濕的開(kāi)工工藝；
(3)三涂層一道烘烤,烘烤溫度60～80℃,約15～40min；要求涂膜干燥好,不能起泡；
(4)烘烤冷卻后約0.5～1h進(jìn)行貼標(biāo),要求貼標(biāo)時(shí)不要撕裂涂膜；
(5)烘烤冷卻后約1～1.5h進(jìn)行水密封試驗(yàn),要求涂膜不能起泡；
(6)箱檢時(shí)要求涂膜表面平整,無(wú)流掛、開(kāi)裂,無(wú)針孔、縮孔等明顯涂膜弊病。
可見(jiàn)集裝箱涂料對(duì)開(kāi)工性能、涂膜性能要求較高,要求涂料廠家能根據(jù)不同的使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。一般涂
料廠家會(huì)派涂料代表到生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行24h的服務(wù),以快速解決現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的涂料問(wèn)題,以保證集裝箱生產(chǎn)廠家的
生產(chǎn)效率。
2.水性集裝箱涂料的技術(shù)難點(diǎn)和應(yīng)對(duì)措施
2.1防腐性能
*近幾年水性環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)品日益成熟,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多公司如陶氏、氰特、翰森、安邦等都已經(jīng)開(kāi)發(fā)出
粒徑為納米級(jí)的水性環(huán)氧樹(shù)脂；同時(shí)與之配套的相容性好的水性環(huán)氧固化劑產(chǎn)品也走向成熟。這些為研究集裝
箱用水性涂料提供了基礎(chǔ),通過(guò)合理使用這些成熟的產(chǎn)品,使水性環(huán)氧防腐涂料與溶劑型的環(huán)氧防腐涂料性能已
經(jīng)非常接近,基本可以滿足集裝箱的防腐要求。
集裝箱涂料的防腐性能主要是由涂料中的樹(shù)脂決定的。水性集裝箱涂料的防腐性能要達(dá)到與溶劑型相同的
防腐性能,在技術(shù)上存在一定的困難,因?yàn)樗酝苛吓c溶劑型涂料在成膜機(jī)理上的不同導(dǎo)致涂膜性能有所差異。
溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂涂料成膜機(jī)理：環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑以分子形式溶解在有機(jī)溶劑中,形成的體系是均相的,固化反
應(yīng)在分子之間進(jìn)行,因而固化反應(yīng)進(jìn)行得比較完全,能夠形成均相的、致密的涂膜,防腐性能突出。水性環(huán)氧樹(shù)
脂涂料成膜機(jī)理：大部分水分蒸發(fā)后,環(huán)氧樹(shù)脂乳膠粒子相互接觸,形成緊密堆積的結(jié)構(gòu),殘余的水分和固化劑
分子則處在分散相粒子的間隙；水分進(jìn)一步蒸發(fā),分散相粒子開(kāi)始凝結(jié),形成緊密的六邊形結(jié)構(gòu)；同時(shí)固化劑分
子擴(kuò)散到分散相粒子的界面及其內(nèi)部發(fā)生固化反應(yīng),樹(shù)脂的玻璃化溫度逐漸提高,擴(kuò)散速度變慢,粒子之間很難
凝結(jié)成膜。固化反應(yīng)進(jìn)行的不完全,不能形成均勻致密的涂膜,導(dǎo)致防腐性能與溶劑型有所差異。水性環(huán)氧樹(shù)脂
涂料固化是否充分主要取決于以下兩個(gè)因素：
(1)環(huán)氧樹(shù)脂分散相粒子的粒徑。在相同的情況下,環(huán)氧樹(shù)脂分散相的粒徑較小時(shí),粒子表面的固化劑濃度
較為適中,表面固化速度較慢,固化劑分子有足夠的時(shí)間擴(kuò)散到整個(gè)環(huán)氧樹(shù)脂分散相粒子,使之固化完全,因而可
以形成均勻、完全固化的涂膜。反之,分散相粒子尺寸較大時(shí),粒子表面的固化劑濃度相對(duì)較高,導(dǎo)致表面快速
固化,隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行,環(huán)氧樹(shù)脂分散相的表觀黏度不斷增大,玻璃化溫度也會(huì)逐漸提高,固化劑分子向環(huán)氧
樹(shù)脂粒子內(nèi)部擴(kuò)散速度逐漸變慢,環(huán)氧樹(shù)脂粒子內(nèi)部來(lái)不及固化而致使涂膜固化不完全。
(2)固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂的相容性。提高固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂的相容性,固化劑越容易向環(huán)氧樹(shù)脂微粒內(nèi)部擴(kuò)散
,越有利于固化反應(yīng)的進(jìn)行,提高體系的穩(wěn)定性。
2.2開(kāi)工性能
*近幾年由于全世界海運(yùn)事業(yè)的高速發(fā)展,使得集裝箱的需求快速增長(zhǎng),集裝箱產(chǎn)量大幅提高,生產(chǎn)效率也
快速提高,生產(chǎn)節(jié)奏*快的生產(chǎn)線達(dá)到3min的節(jié)奏,使水性集裝箱涂料在開(kāi)工上更增加了難度。眾所周知,水性
涂料在低溫高濕等環(huán)境下干燥與固化速度非常慢,如何使水性涂料全天候地滿足如此快的生產(chǎn)節(jié)奏成為制約水
性集裝箱涂料發(fā)展的**個(gè)難題。水性集裝箱涂料的研究單位希望能夠不斷到生產(chǎn)線進(jìn)行開(kāi)工性能測(cè)試,但集
裝箱生產(chǎn)廠家由于考慮到生產(chǎn)效率問(wèn)題,希望研究單位到現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)工測(cè)試的次數(shù)盡可能少,以免影響到正常生產(chǎn)。
因此需要妥善解決這一矛盾,要求研究單位所研究的水性涂料有一個(gè)較寬的開(kāi)工窗口,盡可能地在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)充分
模擬現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件、開(kāi)工條件、干燥條件,以減少箱廠的壓力。
水性集裝箱涂料要在不改變現(xiàn)有溶劑型生產(chǎn)線效率的情況下進(jìn)行高壓無(wú)氣噴涂開(kāi)工,三道涂層一道烘烤,要
求干燥速度快,涂層附著力好,耐水性能好,無(wú)流掛、開(kāi)裂、針孔等涂膜弊病。上述要求為水性集裝箱涂料的施
工帶來(lái)了****的挑戰(zhàn)。
2.3成本難題
雖然水性涂料有環(huán)保、節(jié)能、開(kāi)工方便等優(yōu)點(diǎn),也是涂料發(fā)展的方向,但是由于水性集裝箱涂料的成本始終
高于相應(yīng)的溶劑型涂料,在集裝箱制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈的今天,說(shuō)服箱廠與箱主拿出更多的資金為環(huán)保買(mǎi)單是十
分困難的,所以降低成本是水性集裝箱涂料規(guī)模應(yīng)用的必由之路。水性集裝箱涂料降低成本主要是自主研發(fā)水
性樹(shù)脂、防銹顏料、水性助劑,國(guó)內(nèi)在這方面的研究起步較晚,產(chǎn)品性能與國(guó)外公司仍有一定差距。主要是由于
國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)的研究機(jī)構(gòu)少、基礎(chǔ)弱、技術(shù)人員流動(dòng)快、技術(shù)交流少等因素導(dǎo)致這些原料大量依賴國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品,
國(guó)內(nèi)缺乏自主**。水性集裝箱涂料成本的降低可以從以下幾個(gè)方面入手：(1)加強(qiáng)與專(zhuān)業(yè)研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)的
聯(lián)合,自主開(kāi)發(fā)低成本的水性樹(shù)脂、助劑；(2)穩(wěn)定一支科研隊(duì)伍,按照科研程序進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹⒖茖W(xué)的、系統(tǒng)的
試驗(yàn)；(3)加強(qiáng)技術(shù)交流,加強(qiáng)與同行業(yè)之間的交流,及時(shí)了解國(guó)內(nèi)外信息。