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集装箱粉末涂料及涂装工艺研究
2022年06月02日    阅读量:8258    新闻来源:好力百信息网  |  投稿

摘要:介绍了热固性粉末涂料在集装箱上应用的可行性研究,包括集装箱涂层性能的要求,相关测试项目和检测方法的详细说明,粉末涂料和水性涂料在应用上的优势对比,以及集装箱粉末涂料施工工艺的探讨和一些难点问题分析,并对集装箱涂装未来发展方向进行了展望。


0 引言

我国新环保法实施以后,各地方政府纷纷出台一系列环境保护举措,其中包括控制工业涂装过程中挥发性有机物的排放问题,要求企业积极创新、环保涂装、绿色发展。为响应国家号召,近几年越来越多的企业开始从溶剂型涂料改为粉末涂料,如中集车辆从2016年东莞中集建成的第一条专用车粉末涂装线开始,到后来华骏和瑞江汽车等相继建成的粉末涂装线投入使用,如今集装箱领域也开始探索使用粉末涂料涂装涂料在线coatingol.com。粉末涂料是目前最为环保的工业涂装产品之一,可以取代绝大部分的溶剂型涂料。使用粉末涂料不仅解决了传统溶剂型涂料的环保性问题,同时也提升了涂膜的性能,提高了涂装效率,而且还可以回收再利用,节省成本,是真正的高性能环保型涂料。


集装箱是重要的国际性货物运输工具之一,自20世纪80年代以来,我国集装箱制造业经历了30多a的发展,已经成为十分成熟的产业,中国是集装箱制造大国,全球约90%以上的集装箱都在中国生产,集装箱制造市场份额巨大。根据相关部门数据统计,2020年我国金属集装箱产量约为9863.6万m3,全年使用集装箱涂料总量约为20万t。传统集装箱涂料主要是溶剂型涂料,喷涂施工过程中会有大量VOCs排放,平均每年VOCs排放量多达数十万t,VOCs的排放不仅会造成环境污染,而且还存在着严重的火灾、爆炸等安全隐患,对于长期施工人员而言,会影响身体健康并造成严重的职业病危害。集装箱水性涂料的VOCs含量相比溶剂型下降了近80%,使用水性涂料已成为集装箱制造业的必然趋势[1],2016年制定的《中国集装箱行业协会VOCs治理自律公约》,决定了我国集装箱制造业开始全面使用水性涂料,这给集装箱涂装带来了新的活力。但随着社会的发展和进步,人们的环保意识不断加强,国家出台的环保法规也日趋严格,涂装业面临着向更加绿色环保的方向发展。粉末涂料因绿色环保和零VOCs排放的优势,发展迅速,应用越来越成熟和广泛,一些企业已经开始将目光对准了粉末涂料,一旦应用成功,将在巨大的集装箱市场获得更大的成长空间。


1 集装箱粉末涂料检测与标准

国际集装箱涂层的检测主要包括耐腐蚀性能、机械性能和耐候性能3个方面,测试指定在美国KTA实验室进行的IICL检测标准。箱内涂层除了耐磨测试外,其他测试项都是在进行湿热/盐雾循环测试后,1h内对涂层各项性能进行检测评估;箱外涂层是在进行老化/盐雾循环测试后,1h内对涂层各项性能进行检测评估。集装箱涂层循环测试流程、测试项目和检测标准分别见图1和表1。

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2集装箱涂料性能要求

集装箱的运输通过陆运和海运,往返于世界各地。在运输途中会遇到强烈阳光、高低温、海水、潮湿等复杂气候环境,这就需要涂层能发挥很好的防护作用,保护基材不受损坏,延长箱体使用寿命。故集装箱涂料要求有较强的抗腐蚀性和耐高低温变性(一般为-40~70℃),同时还要求抗紫外线好、不变色,不粉化、耐磨损、抗冲击、装饰性好等特点[2],集装箱粉末涂料特性必须符合表2要求。

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国际集装箱标准化委员会规定,集装箱涂料必须通过KTA实验室的检测,涂层综合性能检测评分需达到70分及以上才算合格。如果是装载运输食品、医药等的集装箱,其箱内涂层还必须通过美国FDA食品级测试。广东华彩粉末科技有限公司研发团队凭借多年的车辆涂装“漆改粉”经验,经过研究测试和试应用,现已开发出一套适合集装箱喷涂的粉末涂料系列,使用该系列结合我司制定的粉末涂装方案,箱内箱外涂层均能通过美国KTA实验室所有检测项。集装箱粉末涂料配套体系、测试项目和送检检测结果如表3、表4、表5所示。


IICL的测试标准更注重于模拟自然环境对涂膜的损害,其设定的循环腐蚀试验方法得到了行业内的认可。由于涂层的评分标准:100分满分、70分合格,为了避免某种涂料将一项或几项性能设计的极为突出,得到很高的分数,而其他项性能很差,也能通过KTA实验室测试的现象,为此,IICL将每个测试组设定了最低分数线[3]。箱内涂层,腐蚀组要求最低得分40分,机械组要求最低得分30分;箱外涂层,腐蚀组要求最低得分55分,机械组要求最低得分15分,该设定能有效改进分数评判中的缺陷,注重涂层的综合性能。


3 集装箱粉末涂料体系

集装箱粉末涂层分为箱内和箱外体系,根据IICL评分标准,箱内涂层要求具有较高的防腐性能和机械性能,箱外涂层则更注重耐腐蚀性能。为了实现涂膜对基材很好的保护功能,集装箱粉末涂装使用两涂层,即环氧底粉+面粉相结合的方式,两涂层能使粉末涂层的耐腐蚀性能发挥到最大化,同时涂层具有很好综合性能。箱内涂层体系为环氧底漆+环氧面漆,箱外涂层体系为环氧粉末底漆+聚酯粉末面漆,施工时,先喷涂粉末底漆预固化后,再分别喷箱内粉末面漆和箱外粉末面漆,然后完全固化。表6为集装箱粉末涂料的种类和特点。

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4 集装箱粉末涂装工艺

集装箱粉末涂层总膜厚要求控制在100um左右,包含富锌车间底漆、环氧粉末底粉、环氧粉末面粉或聚酯粉末面粉。富锌车间底漆是在制钢打砂后喷涂,为了保护基材在喷涂粉末涂料前不生锈,金属基材喷富锌车间底漆再到喷涂粉末,中间间隔建议不要超过48h,间隔时间越长,金属基材生锈的风险越大。由于集装箱整箱是焊接而成,焊道处因为采用打砂清理焊渣会将车间底漆全部打掉。在水性漆喷涂工艺中,焊道部分是需要在焊道打砂后,再人工补喷富锌车间底漆,而使用粉末涂料可以省去这个工序,所以集装箱粉末涂装过程中会有溶剂型车间底漆体系和无溶剂型车间底漆体系两种。表7为集装箱涂层配套体系每层膜厚参考值。

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集装箱粉末喷涂工艺采用两涂两烤,底漆为纯环氧型粉末涂料,面漆为纯聚酯型粉末涂料。先将箱内箱外喷涂粉末底漆,低温下预固化后,待箱体降温到50℃左右,再喷涂粉末涂料面漆。表8为具体的固化方式和固化特点。

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集装箱粉末涂装的工艺流程如图2所示。

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集装箱的生产是快节奏、大批量的流水线作业,粉末的喷涂施工要适应快节奏的生产线生产工艺。集装箱粉末喷涂线的设计要满足高效率的喷涂需求,约平均每2.5min出1个箱体,一般箱内喷涂使用机器人式高压静电喷枪,箱外使用自动往复式静电喷枪,喷涂1~2遍即可满足膜厚要求。集装箱涂装的质量与粉末涂料的质量、现场环境、施工设备、施工人员等多方面的因素有关。集装箱粉末涂料涂装中一些具体要求如下:

(1)粉末喷涂环境要求干净整洁,保持喷粉室内的温度和相对湿度,建议喷粉房温度20~30℃,相对湿度60%~80%;

(2)喷涂前,检查和调整喷枪电压和电流,以及喷枪的雾化压力,使粉末均匀喷涂,保证喷涂上粉率,建议电压60~90kv,电流10~20μA,雾化压力0.3~0.45MPa(可根据实际喷涂情况调整);

(3)根据实际情况合理调节供粉流化桶的压力,压力过高和过低都会影响粉末的出粉量,建议压力为0.04~0.1MPa;

(4)检查被涂工件是否完全接地,喷涂时喷枪口至工件的距离约15~30cm;

(5)喷涂后的工件加热固化条件以粉末产品技术指标为准,必须保证合理的固化温度和时间,固化不充分或过烘烤都会造成涂层不良。


5 集装箱粉末涂装优势

5.1 环保优势

自国际标准集装箱诞生以来,溶剂型涂料一直是集装箱制造行业中主要使用涂料,约占95%,存在较大的VOC排放污染。为此,2016年中国集装箱行业协会通过了《中国集装箱行业VOCs治理行业自律公约》,强制推行水性化涂装,以实现VOC减排的目标。集装箱使用水性涂料后,相比溶剂型油漆VOC减少了90%左右,但还是存在一定量的VOC的排放。而粉末涂料是纯固体涂料,在使用过程中零VOC排放,绿色环保,是当今环保压力下涂装行业的最佳选择,表9为几种涂料VOC含量对比。

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5.2 性能优势

相比水性涂料,粉末涂料的性能优势明显,主要体现在耐水、耐溶剂、耐磨、耐候等性能方面。热固性粉末涂料是在高温条件下发生交联反应,形成致密的网状涂膜,涂层的综合性能非常好;而水性涂料是用水作溶剂或分散介质的涂料,其耐水性和耐溶剂性能差,而且由于水的表面张力较大,涂料对基材润湿困难,容易出现很多缺陷[4]。

5.3 涂装优势

与溶剂型涂料相比,虽然使用粉末涂料前期需要投入昂贵的专用涂装设备,而且粉末调色换色麻烦,但是在涂装方面优势明显,包括涂装效率、涂料的利用率、涂装质量稳定性等,表10为粉末涂料和溶剂型涂料在涂装方面的一些对比。

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6 集装箱粉末涂装难点

在集装箱的“漆改粉”进程中,已经有一些配套小件成功使用粉末涂料,但目前还没有整箱喷涂粉末涂料的应用先例,根据粉末涂料厂商对集装箱粉末涂料的特定开发,和前期的一些测试验证和对比评估,行业一致认为粉末涂料应用在集装箱整箱上是完全能够实现的。集装箱的“漆改粉”是一项十分巨大的工程,前期的投入非常多,在实际应用中也是摸索进行,可能会碰到一些意想不到的问题,主要有以下几个方面:

(1)基材无化学前处理,经过打砂后喷涂溶剂型车间富锌底漆,保护基材在喷涂粉末前不生锈,粉末涂料和水性漆的结合性问题需关注。如果水性漆喷涂太薄,无法保护基材的生锈问题;如果喷涂太厚粉末与水性底漆的结合会有问题,所以车间富锌底漆的喷涂膜厚把控十分关键;

(2)集装箱喷涂粉末涂料后升温固化的问题,集装箱的几个菱角与箱体厚度差异太大。两者受热达到所需要的材质温度,时间相差太大,如果保温时间过长,箱体涂层会过烘烤;如果时间不足,厚菱角的粉末涂层有可能固化不完全,都会影响涂层性能,所以升温方式和保温时间的把控也很关键;

(3)集装箱的生产是节奏快、大批量的流水线作业,平均每2.5min左右出1个集装箱,这对于粉末涂装线的流畅度和涂装效率要求非常高,如何保障节拍的顺利进行也是关键。


7 结语

基于环保要求,集装箱涂料未来的发展趋势必然是高固体份、无溶剂化的,而粉末涂料由于自身的环保优势,未来必将会大量应用于集装箱上,成为集装箱涂装的首选涂料之一。本文对集装箱涂料的性能、测试要求及测试方法进行了分析研究,相比溶剂型涂料,粉末涂料的应用在环保、性能和涂装方面展现出了巨大的优势;同时结合开发出的集装箱粉末涂料能满足国际集装箱涂层的所有检测项要求,肯定了粉末涂料在集装箱上应用的可行性;本文也对集装箱粉末涂料的涂装工艺和应用难点进行讲解,为今后粉末涂料在集装箱上的应用提供参考和指导。


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