中国钢桶行业环保水性涂料的应用

文/刘胜波

湖北佳记合成材料股份有限公司 刘胜波

一、钢桶环保水性涂料的研发背景

1、钢桶涂装工艺的发展

自中国第一只钢桶问世以来，我国钢桶制造已走过一百多年的历史。在这一百多年中，钢桶的制造方式经历了从手工制造到机械化制造，再从机械化到自动化生产这样一个历程。随着钢桶制造工艺的不断进步，我国钢桶的质量与生产效率不断提升。伴随着钢桶质量要求和生产效率的提升，钢桶涂装工艺经历了刷涂、空气喷涂、静电喷涂、一直到目前广泛采用的高压无气自动喷涂；与涂装工艺直接相关的钢桶涂料，则经历了油脂类涂料、醇酸树脂涂料、直到氨基烤漆这样一个前进的历程。

2、钢桶涂料的发展

众所周知，传统的钢桶涂料属于溶剂型涂料。在溶剂型涂料的生产过程中，必须使用有机溶剂；制桶企业在使用传统钢桶涂料时，也需要使用有机溶剂作为稀释剂来调整施工性能。这些有机溶剂在涂料制造和使用过程中扮演着重要角色，然后在涂料干燥成膜的过程中挥发出去。即这些有机溶剂并不构成涂膜的组成部分。

3、油性钢桶漆的组成

成分	性  质	组成比例（%）
树 脂	含甲苯、二甲苯等有机溶剂	40-50
颜 料	可能不符合环保要求	3-30
助 剂	含甲苯、二甲苯等有机溶剂	1-3
溶 剂	含甲苯、二甲苯等有机溶剂	40-60
VOC	喷涂时VOC在500左右

 

4、环保法规

据统计，我国钢桶的产量早已超过一亿只。这意味着在钢桶制造行业，每年排放了远超过一万吨的有机溶剂。这些在施工及干燥过程中挥发出去的有机溶剂，带来了三个方面的问题：一是浪费资源；二是污染环境；三是危害健康。

有鉴于此，世界发达国家很早就制订了环保法规，比如美国的“66法规”等。我国也于2016年开始对施工时VOCs超过420g/L的涂料征收消费税。

在国家政策的引导下，随着人们对环境、健康要求的不断提高，钢桶环保水性涂料的研发如雨后春笋般兴旺蓬勃。经过广大科技工作者十多年的潜心探索和努力坚持，我国的钢桶环保水性涂料取得了长足的进步，目前已经在很多制桶企业成功应用。

二、钢桶环保水性涂料的特点

1、涂料的功能

对于钢桶涂料来讲，它应该具有两个方面的功能：一是保护，即防止钢桶锈蚀；二是对钢桶进行装饰，以达到良好的视觉效果。目前广泛使用的传统的溶剂型氨基烤漆经过几十年的发展和应用，已经证明其较好地具备了两个方面的功能，满足了钢桶的实际使用需求，而且在此基础中，形成了钢桶涂料的技术标准。

2、涂料的性能

钢桶环保水性涂料涂膜的性能指标基本上是以溶剂型钢桶涂料的技术标准为蓝本，结合水性涂料的特点制定的。目前来看，无论是附着力、硬度、柔韧性、冲击强度、杯突等机械性能，还是耐水、耐盐水、耐盐雾、耐溶剂、耐候等化学性能，抑或光泽、鲜映性等视觉效果，钢桶环保水性涂料的性能均达到了传统溶剂型钢桶涂料的标准。

3、水性涂料与溶剂型涂料组成对比

水性涂料组成	溶剂型涂料组成	质量百分比
水性树脂	溶剂型树脂	30-40
水性氨基树脂	溶剂型氨基树脂	5-10
颜料	颜料	3-35
醇醚类溶剂	/	5-10
水性助剂	/	3-5
去离子水	/	20-35
/	油性助剂	1-5
/	有机溶剂	40-60
合计		100

三、钢桶环保水性涂料的应用

1、“三分漆七分工”

涂膜的性能达到要求，表明水性涂料具备了防护和装饰两个功能。那么水性涂料的特点与目前制桶企业的工艺相匹配吗？毕竟现有的钢桶涂装线是根据溶剂型涂料的特点来设计和制作的。但这又是一个不能回避的问题，也是决定水性涂料能否在钢桶行业成功应用的关键所在。

在涂料界有一个说法，叫做“三分漆，七分施工”，意思是好漆还得有好的涂装工艺来配合，如果没有适当的涂装工艺，好漆也难以得到好的效果。这充分说明了涂装工艺与涂料匹配的重要性。那么为了得到好的漆膜，我们有必要分析一下水性涂料与溶剂型涂料的区别。

水性涂料，顾名思义是以水为稀释剂（分散介质）的涂料，即在涂料制造和施工过程中以水代替（部分）有机溶剂。水性涂料与溶剂型涂料的区别在很多方面体现出水与有机溶剂性质上的区别。比如水性涂料相比溶剂型涂料具有环保、健康、不燃不爆等优点，在流变、干燥等方面水性涂料与溶剂型涂料有着迥然不同的表现。

2、水与有机溶剂的差异

 

水与有机溶剂对比

	水	有机溶剂
表面张力	72达因	20达因左右
蒸发潜热	2257.2kJ/kg	300左右
沸点	100℃	50-200℃
燃烧性	不燃	易燃易爆
毒害性	无	有

3、困惑

1）单色桶容易，套色桶困难；

2）涂料的适用性差。

早在十多年前，国内就有水性涂料生产厂家在钢桶行业试验水性涂料，中包联钢桶委也未雨绸缪地开展水性涂料的宣传和推广工作。随着环保政策的不断加码，越来越多的涂料厂家投入到钢桶水性涂料的研发应用之中，其中一些厂家取得了不错的应用。但是在应用的过程当中，大家都发现了一个奇怪的现象：在甲制桶厂家应用很好的涂料，拿到乙工厂就是生产不出合格的钢桶。这一点在套色桶上尤其明显，当时也让大家感到困惑。同时这也让一些制桶厂家对水性涂料产生了疑惑和观望。

4、涂装标准的建立

关键时刻，中包联钢桶委专家组组长辛巧娟女士发现了这一现象，立即组织相关专家开会讨论。经充分沟通讨论，大家一致同意：鉴于水性涂料与溶剂型涂料在施工和成膜过程上的巨大差异，一味让水性涂料来适应现有的溶剂型涂料的施工工艺，结果会得不偿失，也注定不可能成功，必须根据水性涂料的特点来调整涂装工艺；为迅速推广水性涂料，必须尽快出台钢桶水性涂料施工工艺标准。

5、标准宣贯

会后辛巧娟女士立即开展钢桶水性涂料施工工艺标准的制订工作，在中包联、中包联钢桶委的大力支持下，在广大专家的共同努力下，《钢桶水性涂料施工工艺标准》于2016年6月1日正式发布，2016年7月1日正式实施。

为了标准的宣传和实施，钢桶委专门组织了标准宣讲会，起到了很好的效果。制桶企业理解、掌握了工艺的重点，钢桶水性涂料的应用走上了快车道。

6、钢桶水性涂料涂装培训

由中国包装联合会钢桶专业委员会组织召开的“水性漆涂装技术培训班”，于2016年6月7日在山东德州成功召开。

由协会秘书长在会上做了题为《推广新材料，促进钢桶业的环保升级》的讲话。主要说明了这次培训会的召开目的，以及近年来钢桶专业委员会为推动钢桶业环保发展所做的努力。并提出了今后的工作方向和目标。

会上，相关制桶企业做了钢桶水性漆应用的经验交流。为制桶企业提供了技术数据和实际应用方法。

7、应用历程

2013年，钢桶水性套色涂料成功上线，当时使用的厂家是湖北欣鑫石油公司和北京房山制桶厂。鉴于当时的技术水平，喷涂时桶身温度要大于70℃。如果温度低于70℃，容易出现流挂、渗色等弊病。这样的工艺要求只有很少的厂家可以实现，所以没能大面积推广。

2016年，中温套色技术出现，相比于70℃的桶身温度，中温套色需要的桶身温度降低到了40℃，这样就有了更多的制桶企业能够使用水性漆来生产套色钢桶。虽然将温度降到了40℃，减少了能耗，但是在生产过程中要控制温度在40℃以上，还是有一些不足的地方：一是要耗能，二是有些制桶企业实现起来还有困难。

2017年，湖北佳记研发成功常温套色水性涂料，在兰州兴业成都公司率先应用，并在中石油系统迅速推广使用。

常温套色水性钢桶涂料的研发成功，让制桶企业全面使用环保水性涂料成为可能。经过近几年的大力推广，越来越多的制桶企业用上了水性涂料，也用好了水性涂料。

8、应用实例