新型钢桶包装用预涂钢卷板

杨文亮 辛巧娟

传统的钢桶生产材料多采用冷轧薄钢桶、热轧薄钢板或镀锌薄钢板等，在钢桶生产过程中必不可少的要进行钢桶的表面处理、涂漆、烘干等工艺过程，不仅成本高，而且质量难以保证，环境污染也较为严重。为了环境保护和降低成本，国外先进技术是把钢卷板原料进行统一的预涂装，制桶厂用预涂后的钢卷板直接制造钢桶，不用后道涂装，大大简化了钢桶的生产过程。

预涂钢卷板是将成卷的薄钢板涂上涂料后，以成卷或单张为单位提供给制桶厂用来直接投入生产的钢板，而不需再进行涂装。底材钢板一般用0.2~2.0mm厚的钢板卷材，最大宽度可达2m。主要是冷轧钢板、热镀锌或电镀锌钢板等。

一、预涂钢卷板的发展和应用

预涂卷材技术首先于30年代出现在美国。最早是醇酸树脂漆涂装厚0.2mm、宽50mm的钢带，用来代替木板作百叶窗的窗板。第二次世界大战后，为恢复战争创伤，促成了建筑业的兴旺。以此为契机，预涂卷材作为轻型、价廉的建筑材料而得到很大的发展。同时随着战后的经济复兴，科学技术的进步又给预涂卷材的发展提供了物质和技术基础。目前世界上已有300多条预涂卷材生产线，年生产能力达1500万吨。使用领域已从建筑材料扩展到汽车制造、船舶内部装饰、家用电器、集装箱、饮具等各方面。目前在国内外已开始应用于包装领域，尤其是在金属容器制造业的应用正在普及。

预涂卷材得以高速发展的主要原因是它具有良好的经济效益和适应社会经济发展的需要。首先，它将传统的制成品涂装变成原料钢板的连续涂装，既便于表面处理及涂装的质量控制，又不易产生涂装缺陷的棱边死角，而得到最佳的涂装质量。其次，薄钢板在涂装线上的行进速度一般在40~100m/min，最快的已达240m/min，生产效率远远大于制成品涂装。第三，漆膜固化时，涂装好的平板在烘炉中通过，炉容利用率比成品涂装高，烘烤时挥发的溶剂能收集并引入燃烧器焚烧，将热能再利用，总能耗只有成品涂装的五分之一到六分之一。最后，生产中排放物便于集中处理，如烘炉废气经焚化炉处理后，有机溶剂含量小于50ppm。而相对规模小的制桶涂装的烘炉很难达到这一水平，做起来也不经济。

从钢桶生产厂家来看，预涂卷材的价格因所用的涂料品种及板厚和材质的不同，比同类原板贵20~30%左右，但省去了成品后涂装所需的工时及原材料费用。两者相抵，成品的成本可降低5~10%。

谈到预涂卷材，不能不提到美国卷材预涂装协会——National Coil Coaters Association （简称NCCA，1962年成立）和欧洲卷涂协会——European Coil Coatings Association （简称ECCA，1967年成立）。他们是国际性的协会，成员包括预涂卷材生产厂、所需原材料如涂料、钢卷材和设备的生产厂。除定期举行会员大会讨论交流情况处，还组织专题技术论坛和新产品设计竞赛以推动预涂卷材的发展和开拓市场，并收集和发布生产和销售和统计数字，制定和出版有关的标准、技术手册和刊物，对预涂卷材的发展起了很好的作用。

二、预涂钢卷板生产工艺简介

预涂钢卷板的生产工艺主要分为三大部分，即引入段、预处理段、涂装段和引出段。

引入段包括开卷、剪齐、缝接及贮料活套等设备，将原料卷材松开并将它们联接起来，以便连续地、匀速地为机组供应薄钢板。

预处理段的作用是清洗被涂钢板并进行表面处理，以提高防腐蚀性和漆膜的附着力。

涂装段是机组的核心部分，通常采用正、反两面同时涂装的二涂二烘工艺，即涂底漆——烘烤——涂面漆——烘烤。随产品要求不同，还可以只一涂一烘或只涂单面。涂漆时多采用逆向辊涂施工，这种方法的优点是通过调节薄钢板行进速度和涂漆辊转速的比以及调节提漆辊和涂漆辊的间隙，可得到各种厚度的漆膜。为得到处观良好、充分固化的漆膜，炉温分段控制，各段温度决定于所用涂料的品种、钢板厚度及通过烘炉的时间。因为是双面涂装，涂装后的钢板在炉内不能有支持，所以一般用悬垂式或气浮式烘炉。

有的材料要求除液体涂料外，在面漆炉后加层压设备，可在底板上层压塑料薄膜，这时可利用面漆辊涂机和烘炉来涂布和活化粘合剂。附加其他辅助装置后，可在涂层上印花或压花。为防止漆膜在运输、加工、安装过程中被损坏，在已制成的预涂板上还要加一层可剥性保护膜或上一层蜡。

引出段将产品分卷或按要求尺寸切成单张。

三、预涂钢卷板生产中底材的预处理方法

钢卷板在轧制过程中表面有润滑剂，有的产品在出厂前还上一层防锈油脂。在预处理时首先要除去这些油脂及其他粘附物，再使洁净的钢板表面经化学处理生成稳定的转化膜，以提高底板的耐腐蚀性和漆膜的结合强度。底板在生产线上行进的速度很快，进行预处理的时间比一般钢桶的预处理时间短得多，为保证预处理的质量，要求除油和化学处理都是高效的，所以预处理液的工艺指标也需更严格的控制。使形成转化膜有好的韧性及附着性，以便能经受预卷板的制桶加工成型。

一般用热碱液加压喷淋除油，如用60℃的含少量多聚磷酸钠的0.5~1.5%氢氧化钠水溶液以3×105Pa的压力喷淋。也有采用电解的方法除油的。刷洗一般采用尼龙刷，以除去表面的粘附物，为化学处理提供清洁的表面。

化学处理是通过加压喷淋方式或浸渍方式使转化液在底材表面形成转化膜。采用喷淋方式时，转化液在使用过程中产生的渣泥往往会堵塞喷孔而影响喷淋效果。浸渍法则可避免这一问题。为得到最理想的转化膜，对不同的钢卷板要选用不同的转化液。

冷轧板一般用氧化铁/磷酸盐型转化液。它是含有磷酸、碱金属磷酸盐及氧化剂（如氯酸盐、硝酸盐、钼酸盐）的酸性溶液。酸对钢板表面有一定的酸蚀，形成氧化铁/磷酸盐的无定形转化膜。转化膜中氧化铁与磷酸之比决定于转化液的pH和操作温度。一般控制转化膜重在0.3g/m2左右。

为了提高防蚀性还需用含铬量0.1~0.5%的铬酸溶液淋洗进行钝化，将钝化液中的铬酸部分还原成三价铬。并加少量磷酸和氟化物后，经钝化的转化膜有最佳的性能。这种部分还原的体系能生成“铬酸铬”填充了无定形转化膜的孔隙，提高它的屏蔽性。所含的六价铬离子能抑制钢板的腐蚀。

预处理工艺要严格控制处理液的各项指标，使用中必须不断测试，进行调整。处理后淋洗的水中含铬或其他有害金属，排放前须用净化处理。

四、预涂钢卷板涂料的性质和性能

预涂卷材涂料必须满足预涂卷材的生产工艺及加工使用两方面的特点。

生产工艺是快速辊涂施工，为保证漆膜厚度及流平性，故要求有一定的施工粘度。溶剂型涂料以40~150s（涂-4杯）为宜，水性涂料以28~35s为宜。辊涂时涂漆辊与底板行进速度不同，各辊间速度也不同，以全逆式三辊涂装机为例，如底板行进速度为+100%，则涂漆辊为-120%，提漆辊为-140%，控制辊为-10%。由于速度差大，它们间的涂料受到很大的剪切力。这就要求涂料没有或只有很小的假塑性。即涂料粘度不受或很少受剪切力的影响。否则涂料粘度随所受剪切力的增加而明显下降，就会使辊上附着不住所要求的涂料量。

在生产线上，底板行进速度很快，由于不能有支撑，烘炉又不能太长（50m左右），涂料在炉内烘烤时间很短，就要求涂料在底板温度260℃以下30~60秒内完全固化。另外涂漆后的晾干时间很短，辊涂机至烘炉入口只有十几米远，以底板速度40m/min、距离15米计算，晾干时间只有22秒半。所以要选用挥发速度合适的溶剂，以免起泡、产生针孔及海参平性不好。常用的是醇醚类、酮醇类及高沸点芳烃等溶剂。

从对漆膜性能的要求看，涂层只有底、面漆各一道。底漆应有好的防蚀性及对底材和面漆的附着力，面漆应有好的遮盖力和装饰性。还要求在加工成型时漆膜不开裂不脱落，并在装配、运输及使用时能耐碰撞和划伤。即漆膜要同时具有较好的柔韧性及硬度，还要有优异的耐候性和防腐蚀性。

五、预涂钢卷板的发展方向及展望

如果说50年代是预涂卷材的新兴时期，60年代是大发展时期，那么从70年代开始则是全面提高质量及开发新技术的时期。新世纪的到来，则是预涂卷材全面应用的时代，以包装领域的应用最有前途和发展空间，这是新世纪赋予包装业的一项任务。

1、发展高耐久性的预涂卷材

⑴提高无油聚酯涂料的耐候性（耐变色、褪色、粉化性优异的涂料），使之作为钢桶外部涂料专用。

⑵大力发展聚氟烯烃涂料。通过和防锈底材的配合，可以得到更适应于钢桶加工的预涂卷板。

⑶使用镀锌钢板为底材，它不仅加工性好，而且防腐蚀性能也好。

2、发展硬度、弹性、耐沾污性好的预涂卷材

⑴采用加工性好的优质卷板底材。

⑵以聚酯树脂为基础，通过分子量的调节、交联剂的选择等来样高这方面的性能。

3、降低烘烤温度，缩短烘烤时间

⑴开发新型高效催化剂及高活性固化剂。

⑵提高树脂的分子量，使树脂多官能化及增加树脂的支化程度。

⑶发展电子束固化涂料。对用于预涂卷材的电子束固化涂料已进行了大量的研究工作，前在已开始工业化。但和普通的烘烤型相比，历史不长，无论是品种还是产量都较少，有待进一步开发。

4、在包装领将有较大的应用

⑴可替代木材和纸板制作普通包装箱，结实可靠美大方，防水防火防腐蚀，有木箱和纸箱难以比拟的优点。

⑵替代普通薄钢板制作金属容器，如钢桶、钢罐和小型桶等，具有加工简单，节约能源、减少污染的优点。

⑶替代马口铁制造商品包装盒，美观高雅，成本低廉。

⑷可替代玻璃瓶等制造用于食品、饮料、罐头等的包装，提高了包装的安全性。

⑸大量用于制造大型包装产品，如集装箱、集箱桶等，降低成本、节约能源、减少污染，简化了加工过程。