中國是集裝箱制造大國,水性集裝箱涂料的研究可以節(jié)約能源,減少環(huán)境污染,減少對生產(chǎn)線工人的傷害,是涂料

發(fā)展的必然趨勢。水性集裝箱涂料的開發(fā)需要解決防腐性能、開工性能、成本三個技術(shù)難題,是一項長期而且系統(tǒng)

的工作,需要加強與研究機構(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

會推動水性集裝箱涂料技術(shù)的不斷進步,推動集裝箱行業(yè)的變革。水性集裝箱涂料的開發(fā)應(yīng)用可以在工業(yè)防腐涂料領(lǐng)

域起到示范作用,帶動新型水性樹脂、助劑、防銹顏料等原料的發(fā)展,推動其他行業(yè)水性防腐涂料技術(shù)的革新,具有廣

泛的社會效益和經(jīng)濟效益。

        由于環(huán)保和加工成本的原因,集裝箱制造業(yè)向中國轉(zhuǎn)移,為中國提供了大量的就業(yè)機會及經(jīng)濟收入,但同時

也帶來了嚴重的環(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)過程中釋放大量的VOC。據(jù)統(tǒng)

計,2007年國際集裝箱產(chǎn)銷量達到392萬TEU,其中在中國生產(chǎn)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(chǎn)生約15萬t二甲苯類有機溶劑排放。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(fā)展趨勢和研究重點。國際集裝箱租賃協(xié)會(IICL)也召開了專門會議提出了有關(guān)集裝

箱水性涂料開發(fā)生產(chǎn)和應(yīng)用的建議。*近幾年來,國內(nèi)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(chǎn)節(jié)拍已經(jīng)達到每個標(biāo)準(zhǔn)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(fā)需要解決防腐性能、生產(chǎn)線開工性能、涂料成本偏高三個技術(shù)難題

,以及資金、管理等一系列問題。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(shù)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(shù)要求

    集裝箱的營運需要往復(fù)經(jīng)歷從陸地到海洋的全過程,在國際性運輸和物流系統(tǒng)中將會發(fā)揮越來越重要的作

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(huán)境變化的性能,應(yīng)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(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證書以便于運輸食品；按照國際慣例,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(nèi)目前生產(chǎn)效率*高、節(jié)奏*快的生產(chǎn)線對集裝箱涂料的具體

要求：

    (1)生產(chǎn)節(jié)奏為每道工序3～6min,開工不受環(huán)境影響,要求涂料適應(yīng)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(biāo),要求貼標(biāo)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(jù)不同的使用環(huán)境進行調(diào)整。一般涂

料廠家會派涂料代表到生產(chǎn)線現(xiàn)場進行24h的服務(wù),以快速解決現(xiàn)場出現(xiàn)的涂料問題,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)難點和應(yīng)對措施

    2.1防腐性能

    *近幾年水性環(huán)氧樹脂產(chǎn)品日益成熟,國內(nèi)外已經(jīng)有很多公司如陶氏、氰特、翰森、安邦等都已經(jīng)開發(fā)出

粒徑為納米級的水性環(huán)氧樹脂；同時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(shù)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(dǎo)致涂膜性能有所差異。

溶劑型環(huán)氧樹脂涂料成膜機理：環(huán)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(yīng)在分子之間進行,因而固化反應(yīng)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(huán)氧樹

脂涂料成膜機理：大部分水分蒸發(fā)后,環(huán)氧樹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；水分進一步蒸發(fā),分散相粒子開始凝結(jié),形成緊密的六邊形結(jié)構(gòu)；同時固化劑分

子擴散到分散相粒子的界面及其內(nèi)部發(fā)生固化反應(yīng),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(jié)成膜。固化反應(yīng)進行的不完全,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)氧樹脂

涂料固化是否充分主要取決于以下兩個因素：

    (1)環(huán)氧樹脂分散相粒子的粒徑。在相同的情況下,環(huán)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(huán)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(dǎo)致表面快速

固化,隨著固化反應(yīng)的進行,環(huán)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(huán)氧

樹脂粒子內(nèi)部擴散速度逐漸變慢,環(huán)氧樹脂粒子內(nèi)部來不及固化而致使涂膜固化不完全。

    (2)固化劑與環(huán)氧樹脂的相容性。提高固化劑與環(huán)氧樹脂的相容性,固化劑越容易向環(huán)氧樹脂微粒內(nèi)部擴散

,越有利于固化反應(yīng)的進行,提高體系的穩(wěn)定性。

    2.2開工性能

    *近幾年由于全世界海運事業(yè)的高速發(fā)展,使得集裝箱的需求快速增長,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)線達到3min的節(jié)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(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)線進行開工性能測試,但集

裝箱生產(chǎn)廠家由于考慮到生產(chǎn)效率問題,希望研究單位到現(xiàn)場開工測試的次數(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較寬的開工窗口,盡可能地在實驗室內(nèi)充分

模擬現(xiàn)場的環(huán)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(xiàn)有溶劑型生產(chǎn)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(zhàn)。

    2.3成本難題

    雖然水性涂料有環(huán)保、節(jié)能、開工方便等優(yōu)點,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)競爭十分激烈的今天,說服箱廠與箱主拿出更多的資金為環(huán)保買單是十

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

性樹脂、防銹顏料、水性助劑,國內(nèi)在這方面的研究起步較晚,產(chǎn)品性能與國外公司仍有一定差距。主要是由于

國內(nèi)專業(yè)的研究機構(gòu)少、基礎(chǔ)弱、技術(shù)人員流動快、技術(shù)交流少等因素導(dǎo)致這些原料大量依賴國外進口產(chǎn)品,

國內(nèi)缺乏自主**。水性集裝箱涂料成本的降低可以從以下幾個方面入手：(1)加強與專業(yè)研究機構(gòu)、企業(yè)的

聯(lián)合,自主開發(fā)低成本的水性樹脂、助劑；(2)穩(wěn)定一支科研隊伍,按照科研程序進行嚴謹?shù)摹⒖茖W(xué)的、系統(tǒng)的

試驗；(3)加強技術(shù)交流,加強與同行業(yè)之間的交流,及時了解國內(nèi)外信息。