中國鋼桶行業環保水性涂料的應用

文/劉勝波

湖北佳記合成材料股份有限公司 劉勝波

一、鋼桶環保水性涂料的研發背景

1、鋼桶涂裝工藝的發展

自中國第一只鋼桶問世以來，我國鋼桶制造已走過一百多年的歷史。在這一百多年中，鋼桶的制造方式經歷了從手工制造到機械化制造，再從機械化到自動化生產這樣一個歷程。隨著鋼桶制造工藝的不斷進步，我國鋼桶的質量與生產效率不斷提升。伴隨著鋼桶質量要求和生產效率的提升，鋼桶涂裝工藝經歷了刷涂、空氣噴涂、靜電噴涂、一直到目前廣泛采用的高壓無氣自動噴涂；與涂裝工藝直接相關的鋼桶涂料，則經歷了油脂類涂料、醇酸樹脂涂料、直到氨基烤漆這樣一個前進的歷程。

2、鋼桶涂料的發展

眾所周知，傳統的鋼桶涂料屬于溶劑型涂料。在溶劑型涂料的生產過程中，必須使用有機溶劑；制桶企業在使用傳統鋼桶涂料時，也需要使用有機溶劑作為稀釋劑來調整施工性能。這些有機溶劑在涂料制造和使用過程中扮演著重要角色，然后在涂料干燥成膜的過程中揮發出去。即這些有機溶劑并不構成涂膜的組成部分。

3、油性鋼桶漆的組成

成分	性  質	組成比例（%）
樹 脂	含甲苯、二甲苯等有機溶劑	40-50
顏 料	可能不符合環保要求	3-30
助 劑	含甲苯、二甲苯等有機溶劑	1-3
溶 劑	含甲苯、二甲苯等有機溶劑	40-60
VOC	噴涂時VOC在500左右

 

4、環保法規

據統計，我國鋼桶的產量早已超過一億只。這意味著在鋼桶制造行業，每年排放了遠超過一萬噸的有機溶劑。這些在施工及干燥過程中揮發出去的有機溶劑，帶來了三個方面的問題：一是浪費資源；二是污染環境；三是危害健康。

有鑒于此，世界發達國家很早就制訂了環保法規，比如美國的“66法規”等。我國也于2016年開始對施工時VOCs超過420g/L的涂料征收消費稅。

在國家政策的引導下，隨著人們對環境、健康要求的不斷提高，鋼桶環保水性涂料的研發如雨后春筍般興旺蓬勃。經過廣大科技工作者十多年的潛心探索和努力堅持，我國的鋼桶環保水性涂料取得了長足的進步，目前已經在很多制桶企業成功應用。

二、鋼桶環保水性涂料的特點

1、涂料的功能

對于鋼桶涂料來講，它應該具有兩個方面的功能：一是保護，即防止鋼桶銹蝕；二是對鋼桶進行裝飾，以達到良好的視覺效果。目前廣泛使用的傳統的溶劑型氨基烤漆經過幾十年的發展和應用，已經證明其較好地具備了兩個方面的功能，滿足了鋼桶的實際使用需求，而且在此基礎中，形成了鋼桶涂料的技術標準。

2、涂料的性能

鋼桶環保水性涂料涂膜的性能指標基本上是以溶劑型鋼桶涂料的技術標準為藍本，結合水性涂料的特點制定的。目前來看，無論是附著力、硬度、柔韌性、沖擊強度、杯突等機械性能，還是耐水、耐鹽水、耐鹽霧、耐溶劑、耐候等化學性能，抑或光澤、鮮映性等視覺效果，鋼桶環保水性涂料的性能均達到了傳統溶劑型鋼桶涂料的標準。

3、水性涂料與溶劑型涂料組成對比

水性涂料組成	溶劑型涂料組成	質量百分比
水性樹脂	溶劑型樹脂	30-40
水性氨基樹脂	溶劑型氨基樹脂	5-10
顏料	顏料	3-35
醇醚類溶劑	/	5-10
水性助劑	/	3-5
去離子水	/	20-35
/	油性助劑	1-5
/	有機溶劑	40-60
合計		100

三、鋼桶環保水性涂料的應用

1、“三分漆七分工”

涂膜的性能達到要求，表明水性涂料具備了防護和裝飾兩個功能。那么水性涂料的特點與目前制桶企業的工藝相匹配嗎？畢竟現有的鋼桶涂裝線是根據溶劑型涂料的特點來設計和制作的。但這又是一個不能回避的問題，也是決定水性涂料能否在鋼桶行業成功應用的關鍵所在。

在涂料界有一個說法，叫做“三分漆，七分施工”，意思是好漆還得有好的涂裝工藝來配合，如果沒有適當的涂裝工藝，好漆也難以得到好的效果。這充分說明了涂裝工藝與涂料匹配的重要性。那么為了得到好的漆膜，我們有必要分析一下水性涂料與溶劑型涂料的區別。

水性涂料，顧名思義是以水為稀釋劑（分散介質）的涂料，即在涂料制造和施工過程中以水代替（部分）有機溶劑。水性涂料與溶劑型涂料的區別在很多方面體現出水與有機溶劑性質上的區別。比如水性涂料相比溶劑型涂料具有環保、健康、不燃不爆等優點，在流變、干燥等方面水性涂料與溶劑型涂料有著迥然不同的表現。

2、水與有機溶劑的差異

 

水與有機溶劑對比

	水	有機溶劑
表面張力	72達因	20達因左右
蒸發潛熱	2257.2kJ/kg	300左右
沸點	100℃	50-200℃
燃燒性	不燃	易燃易爆
毒害性	無	有

3、困惑

1）單色桶容易，套色桶困難；

2）涂料的適用性差。

早在十多年前，國內就有水性涂料生產廠家在鋼桶行業試驗水性涂料，中包聯鋼桶委也未雨綢繆地開展水性涂料的宣傳和推廣工作。隨著環保政策的不斷加碼，越來越多的涂料廠家投入到鋼桶水性涂料的研發應用之中，其中一些廠家取得了不錯的應用。但是在應用的過程當中，大家都發現了一個奇怪的現象：在甲制桶廠家應用很好的涂料，拿到乙工廠就是生產不出合格的鋼桶。這一點在套色桶上尤其明顯，當時也讓大家感到困惑。同時這也讓一些制桶廠家對水性涂料產生了疑惑和觀望。

4、涂裝標準的建立

關鍵時刻，中包聯鋼桶委專家組組長辛巧娟女士發現了這一現象，立即組織相關專家開會討論。經充分溝通討論，大家一致同意：鑒于水性涂料與溶劑型涂料在施工和成膜過程上的巨大差異，一味讓水性涂料來適應現有的溶劑型涂料的施工工藝，結果會得不償失，也注定不可能成功，必須根據水性涂料的特點來調整涂裝工藝；為迅速推廣水性涂料，必須盡快出臺鋼桶水性涂料施工工藝標準。

5、標準宣貫

會后辛巧娟女士立即開展鋼桶水性涂料施工工藝標準的制訂工作，在中包聯、中包聯鋼桶委的大力支持下，在廣大專家的共同努力下，《鋼桶水性涂料施工工藝標準》于2016年6月1日正式發布，2016年7月1日正式實施。

為了標準的宣傳和實施，鋼桶委專門組織了標準宣講會，起到了很好的效果。制桶企業理解、掌握了工藝的重點，鋼桶水性涂料的應用走上了快車道。

6、鋼桶水性涂料涂裝培訓

由中國包裝聯合會鋼桶專業委員會組織召開的“水性漆涂裝技術培訓班”，于2016年6月7日在山東德州成功召開。

由協會秘書長在會上做了題為《推廣新材料，促進鋼桶業的環保升級》的講話。主要說明了這次培訓會的召開目的，以及近年來鋼桶專業委員會為推動鋼桶業環保發展所做的努力。并提出了今后的工作方向和目標。

會上，相關制桶企業做了鋼桶水性漆應用的經驗交流。為制桶企業提供了技術數據和實際應用方法。

7、應用歷程

2013年，鋼桶水性套色涂料成功上線，當時使用的廠家是湖北欣鑫石油公司和北京房山制桶廠。鑒于當時的技術水平，噴涂時桶身溫度要大于70℃。如果溫度低于70℃，容易出現流掛、滲色等弊病。這樣的工藝要求只有很少的廠家可以實現，所以沒能大面積推廣。

2016年，中溫套色技術出現，相比于70℃的桶身溫度，中溫套色需要的桶身溫度降低到了40℃，這樣就有了更多的制桶企業能夠使用水性漆來生產套色鋼桶。雖然將溫度降到了40℃，減少了能耗，但是在生產過程中要控制溫度在40℃以上，還是有一些不足的地方：一是要耗能，二是有些制桶企業實現起來還有困難。

2017年，湖北佳記研發成功常溫套色水性涂料，在蘭州興業成都公司率先應用，并在中石油系統迅速推廣使用。

常溫套色水性鋼桶涂料的研發成功，讓制桶企業全面使用環保水性涂料成為可能。經過近幾年的大力推廣，越來越多的制桶企業用上了水性涂料，也用好了水性涂料。

8、應用實例