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水性工业涂料的应用标准及方案
2019年10月22日    阅读量:15670     新闻来源:中网信息    |  投稿

摘要:介绍了水性工业涂料的发展情况,简单汇总了国家相关的政策法规,详细阐述了水性工业涂料在应用过程中参照的国家及行业标准,例举了不同领域的涂层设计方案,分析了现阶段存在的问题以及未来发展方向。


0 前言


随着国家对大气污染防治力度的加强,各地方也陆续出台了VOC管控措施,制定了地方的政策法规。人们环保意识的增强,以及国民教育水平的提高,从事涂装作业的人员也都对溶剂的危害有了科学认知,因此水性涂料、高固体分涂料、粉末涂料等环境友好型产品的应用,是涂装领域发展的必然趋势涂料在线coatingol.com。尤其是与溶剂型涂料涂装工艺、设备相近的水性涂料,近几年在工业涂装领域发展迅速,逐步在工程机械、特种车辆、自行车三轮车、商用车、设备设施、钢结构等领域实现成功应用,与此同时,水性涂料相关的国家和行业标准也陆续出台,这也为涂装行业的水性化提供了规范和依据。最近几年,国内加大了对涂料用水性树脂的研发和生产力度,水性醇酸树脂、水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂等在性能上都有大幅创新提高,同时国外水性树脂品牌在国内建厂生产销售,解决了供应和价格的双重问题,这些都为水性涂料的发展提供了充足的条件。


1 水性工业涂料现状

 水性工业涂料的优缺点


水性涂料最大的特点就是安全、环境友好。因其不属于易燃、易爆、易致毒、易腐蚀的危化品范畴,在运输、贮存、施工等环节都很安全方便;同时施工时气味低,与中低固体分溶剂型涂料比,可大大减少VOC排放,受到很多政府环保部门、涂装企业、涂装人员、消费者的青睐。但是由于水分的存在,水性涂料具有挥发速率慢、表面张力大等客观问题,与溶剂型涂料相比,在光泽、丰满度、闪锈抑制性、施工宽容度、快速成膜过程、早期干燥后的物理化学性能等方面还存在一定差距,这些影响了水性涂料在一些特定领域的应用,因此,水性化涂装还需要在树脂及涂料研发创新、涂装工艺及设备改进等方面进行深入研究。


工业涂料的整体市场潜力


水性工业涂料的应用标准及方案 中网信息


按照涂料使用的领域不同,分为建筑涂料、工业涂料,这是按照大类去划分。工业领域细分较多,根据目前工业领域应用情况,有专家指出,车用、卷材、粉末、家具单独统计,把其他的工业防护归为一类。按此方法,近3年涂料主要品种的产量如表1所示。由表1所示,2017年建筑涂料产量745 t,占总产量的比例为36.59%,工业防护涂料产量577万t,占总产量比例为28.34%,同时每年有近10%的增长率,车辆涂料、卷材涂料增长较慢,粉末涂料的产量达到175 t的最高值,增长率为12.9%,随着国家环保力度的加大,不添加有机溶剂的粉末涂料增长较快。水性涂料的产量没有单独统计的数据,下面介绍工业涂料的市场情况。


重点行业的水性化应用方案

船舶领域应用


水性工业涂料的应用标准及方案 中网信息


目前在船舶领域应用较少,部分企业在进行水性无机硅酸锌车间底漆的推广和应用工作,但应用比例仍然不高;也有一部分企业尝试将水性产品应用于舱室内涂层配套,以及日常修补等,但也未大范围应用。涉及的产品体系有水性环氧、醇酸厚浆、丙烯酸、聚氨酯等,都在试用阶段,主要应用于上建区域、房舱区域、机舱区域等不要求长期浸泡介质及不需要重防腐防护的部位。关于船舶用水性涂料的标准还未出台,只能借鉴溶剂型标准进行涂层设计和验收。上建系统、室内舱室特定部位可以尝试重防腐涂层配套的设计见表4,主要参照HG/T 5176—2017《钢结构用水性防腐涂料》标准,但是其他部位仍不能满足性能要求。因为水性重防腐涂料技术还不成熟,C4环境内有应用,但在船舶中应用较少;底漆、中间漆,一道施工膜厚没有溶剂型的高;C5环境及浸入土壤、水、油等液体中,暂无水性解决方案;水性工业涂料中亲水基团、乳化剂、润湿分散剂、涂层孔隙率等的存在,影响涂层理化性能,还达不到溶剂型的性能指标和船舶的应用要求。高固体分、无溶剂等环境友好型涂料在此领域的应用,也是减少VOC排放的重要手段。


集装箱领域应用


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自2017年4月1日开始,全国标准干货集装箱生产厂家的涂装生产线,全部推广水性涂料产品体系的使用。截至目前,新生产标准干货箱,除车间打砂后第一道环氧富锌底漆外,全部水性化;特种住人集装箱部分水性化,而翻新箱市场水性化较慢。涉及的产品体系有,应用于标准干货箱的水性环氧富锌、水性环氧厚浆、水性丙烯酸面漆,应用于住人集装箱的水性醇酸防锈涂料、水性丙烯酸防护涂料、水性环氧底漆、水性聚氨酯面漆等,见表7。水性集装箱涂料应用较多,尽管在应用之初出现了闪锈、涂装效率降低、单箱成本增加等问题,也出现了涂层脱落等,但目前的水性涂料技术,在严格控制施工的前提下,是能够满足集装箱市场的性能要求的。集装箱的水性涂料标准较完善,标准制定得也比较早。


3.3 桥梁领域应用


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已经在混凝土大桥上使用水性配套体系,钢结构桥梁也在尝试水性底层、中层以及面层进行配套涂装,但目前水性化较慢。涉及的水性涂料产品体系有:应用于混凝土桥梁的丙烯酸、环氧、氟碳树脂产品,应用于钢结构桥梁的无机富锌、环氧富锌、环氧云铁、聚氨酯、氟碳面漆等,见表8。混凝土桥梁结构已有水性涂料标准,钢结构桥梁目前还没有明确标准可依。


3.4 钢结构领域的应用

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截至2018年初,京津冀、长三角、珠三角均已对溶剂型涂料施工有了严格限制。对于涂装的企业,要求进行生产线改造,增加VOC后处理装置,而且在雾霾严重的天气还要停产。特别是钢结构产品体积大、行业分布广、企业平均规模偏小,涂料喷涂往往在开放场所进行,实现VOC有组织排放难度较大,造成空气污染,而水性涂料的应用能够大大减少VOC的排放,有很大的市场空间。2016年,钢结构涂料市场为48万t左右,水性涂料销量为1.5万t,水性化比例为3%;醇酸、环氧等系列已经实现水性化,但是在重防腐领域应用相对较少。

主要研发及应用难点为:水性涂料整套设计体系,被设计院认可需要有漫长的过程;钢结构用水性涂料应用时间较短,目前重防腐配套没有长时间的实际应用案例;大部分没有烘烤,涂层干燥慢,施工间隔长,早期抗水性差;厚涂型产品,干燥更慢,容易有起痱子、气泡等弊病。钢结构体系具体配套见表10所示。钢结构用水性涂料的标准相对完善,也是第一批被行业重点推动水性化的领域,但在重防腐要求高的领域,例如C5以上的腐蚀环境,需要借助高固含量的产品进行减排


3.5 工程机械及特种车辆领域的应用

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工程机械、农机、特种车辆属于工业细分领域,预计每年用涂料量超过20万t,所有产品体系为环氧底漆与聚氨酯面漆配套,不同的部位对涂层的性能要求不同,目前水性涂料已经能够满足客户要求。但是在应用过程中还存在一些需要改进的项目:探索湿碰湿工艺,工艺流程的匹配性稍差;聚氨酯面漆超过80 μm,容易起痱子;水性涂料施工黏度大,设备要求高;水性产品施工窗口窄,受温、湿度影响大;水性修补涂料存在接口问题。据了解雷沃重工、宏昌重工、东风改装车、大迪等厂家批量使用水性涂料体系,三一重工北京、昆山、上海数条生产线全部水性化,徐工、临工、龙工等企业也在尝试使用水性体系,目前整体水性化程度不足5%。随着环保排放要求的严控,特种车辆涂装领域水性化呈现急速上升趋势。工程机械及特种车辆水性涂料目前还没有标准可依,只能参照溶剂型涂料的标准和客户的基本要求,亟需相关标准的出台。由表12可知,一般配重、动臂等要求不高的部位采用环氧底漆和聚氨酯面漆的涂装,涂膜厚度80~120μm;覆盖件、薄板件一般采用环氧底漆/电泳底漆、中间漆、聚氨酯面漆3道涂装体系或者电泳底漆、面漆两道涂装体系,涂膜厚度80~100μm。特种车辆涂装线比较简单,企业间也不相同,目前较多的还是近似“湿碰湿”工艺,底漆喷涂后40 ℃保持10~15 min,然后喷涂面漆,最后80 ℃烘烤40~50 min。在工程机械领域大件涂装曾经尝试过高固含量和无溶剂产品,但目前没有大批量的应用,薄板件的涂装


3.6 自行车与三轮车领域的应用

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三轮车市场使用水性体系较多;某些自行车和电动车厂家,已进行尝试,其余大都以溶剂型体系为主,例如天津富士达每年使用量达几百吨。研发和应用需要解决的难点:水性自行车复合涂层涂膜附着力问题;自行车面漆颜色繁杂;水油体系罩光清漆丰满度差距;三轮车产品电泳底漆品牌较多,对面漆附着力适应性要求高;使用水性分散体降低VOC。目前已经制定了自行车用水性涂料的标准,三轮车相关标准还未出台。要求较高的自行车涂装,借鉴的是汽车涂料的技术要求,最后一道清漆要求高丰满度,一般使用高固含量的清漆涂装。图1、图2是自行车和三轮车两种典型的涂装方案。


3.7 石化、电力领域的应用

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石油石化领域,除无机富锌、修补方案尝试水性体系外,其他大多使用溶剂型涂料,整个配套体系水性产品还达不到性能要求。电力行业涉及钢结构的防腐涂装(火电厂房钢构、各类支架、风力发电塔架等)、变压器行业,也已经有水性化的方案进行尝试,尤其是在原有基础设施建设上进行修补涂装,低VOC的水性工业涂料具有环保优势。风力发电塔架水性工业体系的应用见表15。研发与应用的难点为:产品线复杂,目前水性化涂装没有整套方案,长期浸入土壤、水、油等液体的应用环境无防腐方案。风力发电塔架用水性涂料正在完善相关标准,国电集团、金风科技等公司也出台了水性涂料的涂装技术规范,其他电力和石化领域无水性标准可依。


4 结语


(1)水性工业涂料是环境友好型涂料之一,在降低VOC排放过程中扮演着重要角色。

(2)水性工业涂料在重防腐及特种需求领域还不较多的还是近似“湿碰湿”工艺,底漆喷涂后40 ℃保持10~15 min,然后喷涂面漆,最后80 ℃烘烤40~50 min。在工程机械领域大件涂装曾经尝试过高固含量和无溶剂产品,但目前没有大批量的应用,薄板件的涂装目前也有使用粉末涂料的案例,例如富仁科技;在特种车辆领域也在尝试粉末涂料的应用,例如驻马店中集华骏的粉末涂料自动喷涂线。具体配套如表13所示。能满足涂装要求,需要上下游企业继续攻克现有技术瓶颈,或搭配其他类型的环境友好型涂料一起使用。

(3)水性工业涂料品牌良莠不齐,需要继续制定相关行业标准,规范应用。(4)鼓励水性工业涂料的政策很多,但是在落地时阻力较大,需要在现有政策体系上继续细化措施,例如:简化水性涂料环评手续,以及水性涂料生产企业不必进入化工园区等。

(5)水性涂料原料、成品、包装物、施工废渣等是否可以按照一般货物运输和一般废弃物排放,同时亟待解决鉴定流程繁琐、费用高的问题。

(6)水性工业涂料应用案例仍较少,并且一些领域的测试周期较长,随着近几年的快速发展,应用经验的复制,将迎来爆发式的增长。


标签:工业涂料政策法规技术中心
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