2021年水性集裝箱涂料

水性集裝箱涂料一、集裝箱制造業(yè)簡述國內(nèi)目前的集裝箱制造工廠20余家，隸屬于五大集團(tuán)分別是：（1）中集集團(tuán)（市場份額：50%）

（2）勝獅（又名太平，20%）

（3）新華昌（15%）

（4）中海（5）馬士基一、水性集裝箱涂料集裝箱運輸?shù)氖鞘澜缟系膸缀跛形锲?。因為?nèi)部裝載貨物，最重要的是安全地保護(hù)貨物。不僅適用于陸上運輸，還適用于長時間承受惡劣的海洋環(huán)境中。外部不僅要有美麗的外觀，更要有耐沖擊性、耐候性、耐污染性、耐化學(xué)性、耐酸性、耐堿性等各種功能。水性集裝箱涂裝系統(tǒng)綜合應(yīng)用了保護(hù)鋼制集裝箱的所有技術(shù)。一、水性集裝箱涂料自1993年我國集裝箱實現(xiàn)產(chǎn)銷量世界第一，此后將此殊榮保持至今，全球每年超過95%的新造箱在中國生產(chǎn)。伴隨著集裝箱制造的演變，集裝箱涂料也隨之發(fā)展。船舶及集裝箱行業(yè)因為其特殊性，更加注重防腐涂料這一塊。溶劑型涂料涉及大量VOCs的排放，會嚴(yán)重?fù)p壞環(huán)境，不符合我國持續(xù)發(fā)展的理念。在防腐達(dá)標(biāo)的前提下，我們更加倡導(dǎo)綠色環(huán)保。

2016年對于集裝箱行業(yè)來說，是一個值得永遠(yuǎn)記住的年份。3月，四大造箱集團(tuán)與5家涂料供應(yīng)商及中國集裝箱行業(yè)協(xié)會，聯(lián)手簽署《中國集裝箱行業(yè)協(xié)會VOCs治理行業(yè)自律公約》，自2016年7月1日起，在廣東地區(qū)，首先開始全面禁止使用溶劑型涂料，推廣使用水性涂料。集裝箱行業(yè)是所有工業(yè)防腐領(lǐng)域中，推廣水性涂料最徹底、力度最大的一個行業(yè)。一、水性集裝箱涂料簡述近幾年來，在國家政策的推動下，各地陸續(xù)頒布了有關(guān)“油改水”的環(huán)保政策。而對于集裝箱涂料行業(yè)而言，2017年中國集裝箱行業(yè)協(xié)會在行業(yè)內(nèi)強制推行“禁油推水”的政策并制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，“箱漆”從此邁入了水性涂料的時代。經(jīng)過將近兩年的發(fā)展，“箱漆”也已從“兩強并立”發(fā)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(yuǎn)關(guān)西、麥加、集泰、海虹、豪立、晨陽等企業(yè)。二、水性集裝箱涂料配套根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，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(huán)氧富鋅底漆，單/雙組份環(huán)氧中間漆與丙烯酸外面漆；“2”指的是內(nèi)配套的兩道漆，分別是雙組份環(huán)氧富鋅底漆與雙組份環(huán)氧內(nèi)面漆。對于中間漆，有選擇單組份的，也有雙組份的。水性集裝箱涂料體系主要有兩種比較主流的技術(shù)及產(chǎn)品，含富鋅底漆的三涂層配套體系比較常見，與原來的溶劑型配套一致，此配套經(jīng)過多年的防腐檢驗和市場認(rèn)證，其耐候性和防腐性得到了一致的肯定。在三涂層配套體系重，水性環(huán)氧富鋅涂料是給箱體提供防腐的主要涂層。

鋅粉是一種具有很好的防銹性及耐大氣侵蝕性的活性顏料，由于鋅粉的存在，水性環(huán)氧富鋅涂料可有效地對箱體進(jìn)行陰極保護(hù)，延緩箱體腐蝕進(jìn)度，防止因磕碰引起的漆膜脫落。

水性丙烯酸面漆主要是賦予漆膜優(yōu)良的外觀、較高的耐候性及耐水性等性能，其中丙烯酸面漆的初期耐水性也是其備受歡迎的主要原因。二、水性集裝箱涂料配套水性集裝箱涂料施工部位二、水性集裝箱涂料施工部位2.1、水性環(huán)氧富鋅涂料由于鋅粉的存在，水性環(huán)氧富鋅涂料可有效地對箱體進(jìn)行陰極保護(hù)，延緩箱體腐蝕進(jìn)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(rèn)可。水性環(huán)氧富鋅涂料，主要成分包括環(huán)氧樹脂、固化劑、鋅粉及各種助劑，活潑金屬鋅粉可與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此在有鋅粉存在的組分中，不可以含有水分，而環(huán)氧涂料中的環(huán)氧樹脂和固化劑也不可以在一個組分中，因此設(shè)計配方時有2種思路（鋅粉與環(huán)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(huán)氧富鋅涂料是給箱體提供防腐的主要涂層，因此該產(chǎn)品的防腐性能、機(jī)械性能為配方設(shè)計要點，同時要重點兼顧施工性能。2.2、水性內(nèi)面漆目前水性內(nèi)面漆主要的配方體系有:水性環(huán)氧內(nèi)面漆、水性丙烯酸環(huán)氧內(nèi)面漆2種。水性環(huán)氧內(nèi)面漆：該體系是原溶劑型體系內(nèi)面漆水性化的方案，主要組分為水性環(huán)氧乳液、水性環(huán)氧固化劑、防銹填料、顏料、功能填料等組成。考慮到體系的穩(wěn)定性，一般采用自乳化的環(huán)氧乳液，但目前看來國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)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(yīng)商差別非常大，但從防腐角度考慮，水溶性非常優(yōu)異、反應(yīng)活性較低的固化劑不適合用于水性集裝箱涂料內(nèi)面漆。因親水基團(tuán)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(huán)氧內(nèi)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(huán)氧進(jìn)行雜化。該配方體系的優(yōu)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(yīng)商，沒有選擇該體系。2.3、水性中間漆水性中間漆主要的配方體系有：水性環(huán)氧中間漆、水性丙烯環(huán)氧中間漆、水性丙烯酸中間漆3種。水性環(huán)氧中間漆、水性丙烯酸環(huán)氧中間漆配方設(shè)計思路與水性內(nèi)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(zhì)量的丙烯酸乳液，因丙烯酸乳液與環(huán)氧乳液成本差異巨大，該配方體系的成本優(yōu)勢明顯，但隨著國產(chǎn)環(huán)氧乳液性能的提升，成本優(yōu)勢有降低的趨勢。2.4、水性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(yōu)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(yōu)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(yīng)用最多；苯丙乳液耐候性稍差，但成本優(yōu)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(huán)保角度看，目前使用的顏料都為無重金屬的產(chǎn)品，但部分顏料穩(wěn)定存在對pH有一定的要求，因此配方設(shè)計時需對各個顏料pH需求進(jìn)行確認(rèn)并處理。。三、性能要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)3.1長期漆膜性能集裝箱用水性涂料長期漆膜性能主要包括防腐性能、機(jī)械性能、耐候性3個方面。比較權(quán)威的測試標(biāo)準(zhǔn)為KTA實驗室進(jìn)行的IICL測試，另外中國集裝箱協(xié)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(biāo)準(zhǔn)》中對漆膜長期性能的要求主要參考借鑒IICL測試方法。因內(nèi)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。集裝箱涂裝體系的測試步驟集裝箱涂裝體系的IICL測試步驟示意圖3.2漆膜驗收標(biāo)準(zhǔn)及初期耐水性等要求規(guī)范漆膜驗收時主要對漆膜流掛狀態(tài)、針孔/暗泡狀態(tài)、顏色外觀、露底情況等進(jìn)行考察。集裝箱協(xié)會組織編寫的JH/TE08—2015對膜厚、附著力、外觀等要求都進(jìn)行了具體規(guī)范，為行業(yè)重點參考標(biāo)準(zhǔn)，另外部分箱東也有各自公司的具體驗收標(biāo)準(zhǔn)，分別進(jìn)行了內(nèi)部控制指標(biāo)的設(shè)置。本文僅介紹實際應(yīng)用中遇到的重點項目。3.3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(chǎn)生氣泡，成膜后的表現(xiàn)即為針孔、暗泡;當(dāng)針孔、暗泡嚴(yán)重到一定程度后，呈現(xiàn)蜂窩狀，將嚴(yán)重影響涂層的防腐性能，特別是穿透性針孔極易產(chǎn)生點銹。目前主要的處理方式是依靠添加助劑來實現(xiàn)，從而使涂料的成本有較大提高。3.4初期耐水性主要包括箱外初期耐水性和箱內(nèi)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(xù)下雨的情況，對漆膜的干燥性、初期交聯(lián)密度、漆膜水溶性物質(zhì)含量等提出較高要求;箱內(nèi)潑水實驗，考察的是箱內(nèi)是否有露底情況、是否有穿透性針孔及漆膜初期干燥性能。

IICL測試方法及評價標(biāo)準(zhǔn)3.5

水性集裝箱涂料標(biāo)準(zhǔn)解讀標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)新點是實驗方法采用了國際集裝箱租箱協(xié)會IICL規(guī)定的加速老化循環(huán)實驗，該實驗方法分為內(nèi)面配套和外面配套，實驗周期均為8個循環(huán)，共56d。

循環(huán)老化實驗方法比單純的耐鹽霧或者耐鹽水實驗更接近集裝箱的實際使用環(huán)境，使實驗結(jié)果更加科學(xué)、有效。涂膜的評價方法采用了國標(biāo)的等級評價方法，便于實際操作。

該標(biāo)準(zhǔn)可以說是“中西合璧”，集合了國際集裝箱租箱IICL實驗方法和國標(biāo)評價方法的優(yōu)點，進(jìn)行了綜合運用，以便于涂料供應(yīng)商、集裝箱制造企業(yè)和箱東使用。涂料VOC含量是水性涂料的關(guān)鍵指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)制定過程中考慮了HJ2537—2014

《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求水性涂料》的技術(shù)要求，但環(huán)氧富鋅底漆不大于200g/L的數(shù)據(jù)，行業(yè)內(nèi)的企業(yè)均達(dá)不到，因此借鑒了廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB44/T1599—2015《水性集裝箱涂料》的數(shù)據(jù)420g/L，調(diào)整為不大于14%。環(huán)氧中間漆、內(nèi)面漆、外面漆和改性底架漆均為100g/L，高于HJ2537《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求水性涂料》標(biāo)志中規(guī)定的150g/L的限量指標(biāo)。重金屬含量限值采用了HJ2537《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求水性涂料》相同的數(shù)據(jù)。集裝箱水性涂料在生產(chǎn)線下線初期，涂膜還沒有達(dá)到完全干燥的程度，初期耐水性較差。考慮到實際涂裝的需要，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了初期耐水性的數(shù)據(jù)，要求涂膜烘干后自然放置1h，然后放入水槽中浸泡(23℃)，浸泡時間為7d，配套涂膜要求為不允許有生銹和脫落，允許有不大于1級的起泡，不低于2級的變色和不大于2級的失光。該數(shù)據(jù)對配方工程師提出了挑戰(zhàn)，但為集裝箱的正常涂裝和使用提供了保證。3.5

水性集裝箱涂料標(biāo)準(zhǔn)解讀“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(yōu)異也不會被市場所接收，對水性集裝箱涂料來說，尤為如此。典型的涂裝線布局（有時可根據(jù)實際情況調(diào)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(yù)熱和預(yù)涂底漆→水性環(huán)氧富鋅底漆涂裝→底漆流平→底漆烘房→冷卻→中間漆和內(nèi)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。四、水性集裝箱涂料施工四、水性集裝箱涂料施工溶劑型集裝箱涂料轉(zhuǎn)為水性集裝箱涂料，最大的變化為三噴一烘變?yōu)槿龂娙妫瑫r由于水性涂料對施工的溫度、濕度、風(fēng)速等要求較高，以下為施工時應(yīng)該注意的問題。1、預(yù)熱箱體，保證箱體在噴涂前溫度不可以太高或太低，最佳溫度5℃-35℃。溫度過高容易發(fā)生粗糙等問題，溫度過低易發(fā)生流掛等問題。2、需要保證一定的風(fēng)速和溫度，使涂裝后的濕膜部分水分揮發(fā)后再進(jìn)入烘房高溫加熱，風(fēng)速和溫度過低或過高都可能導(dǎo)致流掛等漆病。3、烘房溫度最好為梯度升高模式，能分別設(shè)置低、高溫烘房更好，可避免剛施工完水性涂料直接進(jìn)入高溫烘房，出現(xiàn)漆膜被烤焦等問題。4、烘房中出風(fēng)口應(yīng)平行于箱體側(cè)表面，直吹側(cè)板會引起局部過熱和干燥速度過快，容易導(dǎo)致漆膜弊病。5、施工時需選擇小口徑槍嘴，適當(dāng)提高噴涂壓力，噴涂槍距控制在

35cm

以上。五、水性集裝箱涂料存在的主要問題5.1原材料供應(yīng)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(yīng)，這是因為國際大公司在水性涂料技術(shù)方面有幾十年的技術(shù)積累，都有一定應(yīng)用經(jīng)驗，但這也給國內(nèi)各個技術(shù)型企業(yè)提供了一個“天高任鳥飛”的市場環(huán)境。5.2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(diào)節(jié)溫濕度。但隨著國家清潔能源的進(jìn)一步推廣，低VOCs排放的水性涂料應(yīng)用前景更加廣闊。五、水性集裝箱涂料存在的主要問題5.3水處理的問題因為水性涂料含有一定量的水溶性物質(zhì)，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(jìn)行集中處理。5.4漆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(diào)整調(diào)漆工序，極易發(fā)生粗糙和流掛現(xiàn)象。但目前來看，主流的水性集裝箱涂料供應(yīng)商都摸索出了一套現(xiàn)場控制的手段，可對相關(guān)問題進(jìn)行預(yù)測，防止發(fā)生批量問題，造成較大損失。

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(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,因為水性涂料與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)氧樹脂涂料成膜機(jī)理：環(huán)氧樹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)氧樹脂涂料成膜機(jī)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(jìn)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(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)氧樹脂涂料固化是否充分主要取決于以下兩個因素：六、水性集裝箱涂料的難點（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(kuò)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(jìn)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(kuò)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(kuò)散,越有利于固化反應(yīng)的進(jìn)行,提高體系的穩(wěn)定性。最近幾年水性環(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。六、水性集裝箱涂料的難點七、配方舉例水性環(huán)氧富鋅底漆:鋅粉與環(huán)氧樹脂在一起；鋅粉與固化劑在一起（兩種配方思路）內(nèi)面漆：水性環(huán)氧內(nèi)面漆；水性丙烯酸內(nèi)面漆（兩種類型）中間漆：水性環(huán)氧中間漆；水性丙烯環(huán)氧中間漆；水性丙烯酸中間漆（三種類型）水性丙烯酸面漆因單體的不同分為三大類：純丙乳液；硅丙乳液；苯丙乳液集裝箱用漆箱體外部箱體內(nèi)部水性環(huán)氧富鋅底漆30μm30μm水性中間漆50μm水性內(nèi)面漆50μm水性丙烯酸面漆40μm合計120μm80μm水性單組份集裝箱底漆防腐乳液PR-71K，羅門哈斯成膜助劑DPNB，陶氏化學(xué)多功能助劑AMP95美國安格斯公司集裝箱用水性丙烯酸面漆配方原材料質(zhì)量，份數(shù)丙烯酸乳液(固含量41.5%,Tg=40℃)20-40丙烯酸乳液(固含量42%,Tg=10℃)10-20成膜助劑：二乙二醇丁醚(陶氏化學(xué))1-4增稠劑：ASE-60/Acrysol

RM-8W(陶氏化學(xué))0.1-0.6分散劑（BYK-190）1-2.5消泡劑：（BYK-022，BYK-025，BYK-030）0.1-0.5研磨助劑：104E（空氣化工）1-3快干溶劑：乙醇1-3pH調(diào)節(jié)劑：氨水0.05-0.2顏填料+水20-30無機(jī)膨潤土：Bentone

EW

(海明斯)0.1-0.4Tg是丙烯酸乳液的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。Tg高的丙烯酸乳液干燥快，硬度也高，但是成膜容易開裂。一種水性戶外集裝箱涂料配方原材料質(zhì)量，份數(shù)乳液MT-717（廈門愛珂瑪化工有限公司）72鈦白粉15聚氨酯增稠劑：海明斯2990.1防閃銹劑：ASCOTAN-100.4分散劑：迪高750W0.6成膜助劑7.5消泡劑：BYK-0240.3潤濕劑：迪高2700.1水4水性集裝箱用涂料常見助劑有機(jī)硅消泡劑：BYK-022，BYK-025礦物類消泡劑：BYK-030無機(jī)增稠劑：無機(jī)膨潤土Bentone

EW有機(jī)增稠劑：非離子水性聚氨酯締合型增稠劑RM-8W慢干溶劑：醇醚類沸點較高，揮發(fā)速度