中國是集裝箱制造大國,水性集裝箱涂料的研究可以節約能源,減少環境污染,減少對生產線工人的傷害,是涂料
發展的必然趨勢。水性集裝箱涂料的開發需要解決防腐性能、開工性能、成本三個技術難題,是一項長期而且系統
的工作,需要加強與研究機構、原料廠家以及企業與企業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
會推動水性集裝箱涂料技術的不斷進步,推動集裝箱行業的變革。水性集裝箱涂料的開發應用可以在工業防腐涂料領
域起到示范作用,帶動新型水性樹脂、助劑、防銹顏料等原料的發展,推動其他行業水性防腐涂料技術的革新,具有廣
泛的社會效益和經濟效益。
由于環保和加工成本的原因,集裝箱制造業向中國轉移,為中國提供了大量的就業機會及經濟收入,但同時
也帶來了嚴重的環境污染。目前集裝箱行業使用的涂料基本為溶劑型,生產過程中釋放大量的VOC。據統
計,2007年國際集裝箱產銷量達到392萬TEU,其中在中國生產的約為374.6萬TEU,約占總量的95.6%,使用的集裝
箱溶劑型涂料約30萬t,由此可產生約15萬t二甲苯類有機溶劑排放。隨著各種環保法律法規的建立,集裝箱涂料
環保化成為必然。水性涂料以水為溶劑,可以根據需要調節開工黏度,其以開工方便、容易控制厚度及損耗低等
特點而成為集裝箱涂料的發展趨勢和研究重點。國際集裝箱租賃協會(IICL)也召開了專門會議提出了有關集裝
箱水性涂料開發生產和應用的建議。*近幾年來,國內外很多公司在進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,*快的生產節拍已經達到每個標準箱3.5min一個,這無疑為集裝箱涂料的
水性化增加了難度。水性集裝箱涂料的開發需要解決防腐性能、生產線開工性能、涂料成本偏高三個技術難題
,以及資金、管理等一系列問題。目前,能夠完全滿足生產線要求的三涂層全水性集裝箱涂料的廠家還為數不多
,香港維新集團便是其中之一。筆者這幾年一直進行水性集裝箱涂料的研究,在此主要對技術難題進行探討,希
望能夠為正在進行這方面研究的科研人員提供一些幫助。
1.集裝箱涂料的技術要求
集裝箱的營運需要往復經歷從陸地到海洋的全過程,在國際性運輸和物流系統中將會發揮越來越重要的作
用。要求集裝箱涂料要經得起地球上任何一種苛刻的氣候條件,要適應任何一種運輸方式。集裝箱涂料的性能
要求為：防腐性能要通過KTA檢測；要求涂膜具有良好的耐磨性和柔韌性；具有耐多種環境變化的性能,應有較
強的抗粉化性、保色性、保光性；具有良好的開工性能,滿足大批量高效率的生產需求；箱內應具備耐磨、耐
腐蝕、耐溶劑的特性,還應該取得FDA證書以便于運輸食品；按照國際慣例,集裝箱制造廠和供應商要向箱主提
供保證。保證在5a內集裝箱涂膜銹蝕、剝落的面積不大于整個涂膜面積的10％。另外,有的集裝箱制造廠家還
要求配套涂料的鹽霧測試達到1000h。以下是國內目前生產效率*高、節奏*快的生產線對集裝箱涂料的具體
要求：
(1)生產節奏為每道工序3～6min,開工不受環境影響,要求涂料適應性好；
(2)采用高壓無氣噴涂,要求涂料進行濕碰濕的開工工藝；
(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進行貼標,要求貼標時不要撕裂涂膜；
(5)烘烤冷卻后約1～1.5h進行水密封試驗,要求涂膜不能起泡；
(6)箱檢時要求涂膜表面平整,無流掛、開裂,無針孔、縮孔等明顯涂膜弊病。
可見集裝箱涂料對開工性能、涂膜性能要求較高,要求涂料廠家能根據不同的使用環境進行調整。一般涂
料廠家會派涂料代表到生產線現場進行24h的服務,以快速解決現場出現的涂料問題,以保證集裝箱生產廠家的
生產效率。
2.水性集裝箱涂料的技術難點和應對措施
2.1防腐性能
*近幾年水性環氧樹脂產品日益成熟,國內外已經有很多公司如陶氏、氰特、翰森、安邦等都已經開發出
粒徑為納米級的水性環氧樹脂；同時與之配套的相容性好的水性環氧固化劑產品也走向成熟。這些為研究集裝
箱用水性涂料提供了基礎,通過合理使用這些成熟的產品,使水性環氧防腐涂料與溶劑型的環氧防腐涂料性能已
經非常接近,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脂決定的。水性集裝箱涂料的防腐性能要達到與溶劑型相同的
防腐性能,在技術上存在一定的困難,因為水性涂料與溶劑型涂料在成膜機理上的不同導致涂膜性能有所差異。
溶劑型環氧樹脂涂料成膜機理：環氧樹脂和固化劑以分子形式溶解在有機溶劑中,形成的體系是均相的,固化反
應在分子之間進行,因而固化反應進行得比較完全,能夠形成均相的、致密的涂膜,防腐性能突出。水性環氧樹
脂涂料成膜機理：大部分水分蒸發后,環氧樹脂乳膠粒子相互接觸,形成緊密堆積的結構,殘余的水分和固化劑
分子則處在分散相粒子的間隙；水分進一步蒸發,分散相粒子開始凝結,形成緊密的六邊形結構；同時固化劑分
子擴散到分散相粒子的界面及其內部發生固化反應,樹脂的玻璃化溫度逐漸提高,擴散速度變慢,粒子之間很難
凝結成膜。固化反應進行的不完全,不能形成均勻致密的涂膜,導致防腐性能與溶劑型有所差異。水性環氧樹脂
涂料固化是否充分主要取決于以下兩個因素：
(1)環氧樹脂分散相粒子的粒徑。在相同的情況下,環氧樹脂分散相的粒徑較小時,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間擴散到整個環氧樹脂分散相粒子,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,粒子表面的固化劑濃度相對較高,導致表面快速
固化,隨著固化反應的進行,環氧樹脂分散相的表觀黏度不斷增大,玻璃化溫度也會逐漸提高,固化劑分子向環氧
樹脂粒子內部擴散速度逐漸變慢,環氧樹脂粒子內部來不及固化而致使涂膜固化不完全。
(2)固化劑與環氧樹脂的相容性。提高固化劑與環氧樹脂的相容性,固化劑越容易向環氧樹脂微粒內部擴散
,越有利于固化反應的進行,提高體系的穩定性。
2.2開工性能
*近幾年由于全世界海運事業的高速發展,使得集裝箱的需求快速增長,集裝箱產量大幅提高,生產效率也
快速提高,生產節奏*快的生產線達到3min的節奏,使水性集裝箱涂料在開工上更增加了難度。眾所周知,水性
涂料在低溫高濕等環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節奏成為制約水
性集裝箱涂料發展的**個難題。水性集裝箱涂料的研究單位希望能夠不斷到生產線進行開工性能測試,但集
裝箱生產廠家由于考慮到生產效率問題,希望研究單位到現場開工測試的次數盡可能少,以免影響到正常生產。
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較寬的開工窗口,盡可能地在實驗室內充分
模擬現場的環境條件、開工條件、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有溶劑型生產線效率的情況下進行高壓無氣噴涂開工,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,無流掛、開裂、針孔等涂膜弊病。上述要求為水性集裝箱涂料的施
工帶來了****的挑戰。
2.3成本難題
雖然水性涂料有環保、節能、開工方便等優點,也是涂料發展的方向,但是由于水性集裝箱涂料的成本始終
高于相應的溶劑型涂料,在集裝箱制造業競爭十分激烈的今天,說服箱廠與箱主拿出更多的資金為環保買單是十
分困難的,所以降低成本是水性集裝箱涂料規模應用的必由之路。水性集裝箱涂料降低成本主要是自主研發水
性樹脂、防銹顏料、水性助劑,國內在這方面的研究起步較晚,產品性能與國外公司仍有一定差距。主要是由于
國內專業的研究機構少、基礎弱、技術人員流動快、技術交流少等因素導致這些原料大量依賴國外進口產品,
國內缺乏自主**。水性集裝箱涂料成本的降低可以從以下幾個方面入手：(1)加強與專業研究機構、企業的
聯合,自主開發低成本的水性樹脂、助劑；(2)穩定一支科研隊伍,按照科研程序進行嚴謹的、科學的、系統的
試驗；(3)加強技術交流,加強與同行業之間的交流,及時了解國內外信息。