《钢桶制造技术》

杨文亮 辛巧娟 编著

 

第十四章 钢桶的涂装工艺

钢桶卷封装配完成之后，其机械加工工序也基本完成，一个具有使用价值的钢桶已基本形成，但是，它还需要进行涂装，才能投入市场进行使用。因为涂装最大的功能是保护作用，由于雨露、阳光、风化和各种介质的作用，使物体受侵蚀，金属生锈，直至烂掉。所以，涂装能给钢桶表面覆盖一层具有一定耐潮湿性、耐水性、耐候性、耐油性或耐化学性等性能的涂层，从而达到保护钢桶延长使用寿命的效果。如今的钢桶涂装，已经不仅仅是对钢桶的保护作用，而且还有美化钢桶的作用。由此可见，涂装在制桶中的地位是十分重要的，有人把涂装与焊接、卷封并列为制桶三大关键工序，这种观点一点也不过分。

 

第一节 常用涂料及其特性

一、涂料的基本特性

1．涂料的定义

涂料是一种液态或固体粉末的物质，将其均匀覆盖和附着在物体表面形成连续、致密的涂层，并经过自然或人工方法干燥固化，便会形成一层涂膜，涂膜对基体有保护、装饰或其他特殊作用。

2．成膜物质的分类

一般把涂料的成分分为主要成膜物质、次要成膜物质、辅助成膜物质三类。

（1）主要成膜物质

主要成膜物质是指涂料中含有的高分子材料。它可以单独成膜，也可以与涂料中其他成分共同成膜，是涂料中的基础物质。

（2）次要成膜物质

次要成膜物质包括颜料、体质颜料及功能性材料添加剂等。它们自身没有单独形成完整涂膜的能力，但可以帮助主要成膜物更好地形成涂膜，赋予涂膜色彩或某种功能，并能改变涂膜的物理学性能。

（3）辅助成膜物质

辅助成膜物质包括各种助剂和稀料。助剂可改进涂料在生产加工、储存、施工成膜过程中的某一特性。稀料对主要成膜物质有溶解、稀释作用，便于涂料施工和形成完好的涂膜。辅助成膜物质都具有用量小、作用显著的特点。

3．涂膜的作用

（1）保护作用：金属材料易受到环境中的腐蚀性物质、水分、空气中的氧的侵蚀和腐蚀，在高盐、高湿及海洋等恶劣环境中腐蚀更为严重。在各种金属防腐措施中，采用涂层保护是一种最简便、有效的方法。涂料在物体表面形成的漆膜屏障，一方面能保持物体表面的完整；另一方面使物体与环境隔绝，免受日光、空气、雨水、腐蚀性气体和化学药品的损害而变得更加经久耐用。涂膜除了起到“屏蔽”作用外，涂料中含有的能对金属起到缓蚀作用或先蚀作用的成分，还能起到延长钢桶使用寿命的作用。对于在严酷环境中使用的钢桶，涂膜的保护作用就更为显著。

（2）装饰作用：用各种颜色来美化物品、美化生活和工作环境是人类情感上的需要。由于涂料很容易配成各种颜色，形成的涂层不仅平整光亮，还可以获得立体质感的效果，加上涂料施工便利，因此涂料涂装已成为生产、生活中的一种重要装饰手段。经过涂装装饰后的钢桶外观更加亮丽、悦目、给人以美的享受。

（3）功能作用：有些涂料除了具有保护和装饰作用之外，还具有特殊的功能，这类涂料称为功能涂料。功能涂料是基于涂料的组成和结构，是一种专一性强、具有特殊功能的新材料。例如金属包装常驻用的静电涂料、食品涂料、耐高温涂料、防锈涂料等。
此外，涂膜还有标志作用，常用彩色涂料在金属桶上印出各种图案和文字，对产品具有标识作用。

二、涂料的类型

1．溶剂型涂料

溶剂型涂料是用有机溶剂作溶剂的涂料。由于它具有优良的使用性能，所以目前仍是应用最广泛、市场占有份额最大的涂料品种。由基本成分相互配合，即可得到多种类型的溶剂型涂料。其中只由成膜物质与有机溶剂组成的透明涂料称为清漆，在清漆中加入颜料得到不透明体称为色漆，而加有大量体质颜料的稠厚浆状体称为腻子。

（1）溶剂型涂料的优点：溶剂型涂料的优良性能是与有机溶剂在涂料中发挥的生要作用密不可分的，而这些作用在目前仍是用别的方式替代不了的，主要表现在以下几个方面：

①能很好溶解、分散涂料中的成膜物质，形成液态涂料，并调节涂料的黏度和流动性，使之易于涂装，能适合所选定的各种涂装方式。

②在储存过程中，溶剂有利于增加涂料的储存稳定性，有利于防止涂料出现结块、沉淀等弊病发生。

③在涂装中增加涂料对被涂基材的润湿性，提高附着力。

④当溶剂有合适的蒸发速率时，可赋予涂膜最佳的流动性和流平性，在保证涂料流平的同时不会产生流挂。

⑤有改善涂膜力学性能和外观（光泽、丰满度）的作用。

（2）溶剂型涂料存在的问题：溶剂型涂料的不足之处也与有机溶剂密切相关，因为涂料中的溶剂在涂装过程中最终要挥发掉，属于可挥发性有机物（VOC），不仅有一般可挥发性有机物对环境造成的危害，而且有些有机溶剂属于易燃易爆危险品，有的对人体有较大的毒性，因此溶剂型涂料在使用过程中会对人类和环境都造成相当大的危害。

2．水性涂料

水性涂料是涂料工业在严格的环境保护法规推动下，研制成的一类低污染涂料，它与高固分涂料和粉末涂料一起，标志着涂料生产提高到更高的技术水平。

由于树脂水性化途径的不同，水性涂料体系通常分为三类：水溶性、胶束分散性和乳液。

（1）水性涂料的特点：水性涂料相对于溶剂性涂料，具有以下特点：

①以水作溶剂，节省大量资源；消除了施工时火灾危险性；降低了对大气的污染；改善了作业环境条件。

②水性涂料在湿表面和潮湿环境中可以直接涂覆施工；对材质表面适应性好，涂层附着力强。

③涂装工具可用水清洗，大大减少清洗溶剂的消耗。

④电泳涂膜均匀、平整、展平性好；内腔、焊缝、棱角、棱边部位都能涂上一定厚度的涂膜，有很好的防护性；电泳涂膜有最好的耐腐蚀性。

（2）水性涂料存在的问题

①水性涂料对施工过程中及材质表面清洁度要求高，因水的表面张力大，污物易使涂膜产生缩孔。

②水性涂料对抗机械作用力的分散稳定性差。

③水性涂料对涂装设备腐蚀性大，需采用防腐蚀衬里或不锈钢材料，设备造价高。

④烘烤型水性涂料对施工环境条件要求较严格，增加了调温调湿设备的投入，同时也增大了能耗。

⑤水的蒸发潜热大，烘烤能量消耗大。

⑥水性涂料存在耐水性差的问题，使涂料的稳定性差，涂膜的耐水性差。

3．粉末涂料

粉末涂料是一种含有100%固体分、以粉末状进行涂装并形成涂膜的涂料。它与一般溶剂型涂料和水溶性涂料不同之处是不使用溶剂或水作为分散介质，而是借助空气作为分散介质。粉末涂料的基本组成通常包括树脂、固化剂及其他助剂和颜料、填料等几种成分。

（1）粉末涂料的优点：粉末涂料在制备和涂装过程中都不使用有机溶剂，所以在生态环保、经济性和工艺特性方面都具有一定优势，具体表现为：

①粉末涂料中不含挥发性有机物（VOC），不仅避免了有机溶剂带来的火灾、中毒和运输中不安全的问题，也避免了对环境的污染，不会对人和环境造成危害，也不产生三废问题。

②由于粉末涂料是100%固体，可以采用闭路循环体系进行喷涂施工，涂喷时不会造成过喷涂，所以涂装时涂料损失小，涂料的利用率可达90%以上。

③涂膜厚度容易控制，一次涂装的涂膜厚度较厚并可控制在30～500μm，相当于溶剂型涂料几道甚至几十道涂装达到的厚度，因此可简化生产工序，提高施工效率，节省能源和劳动力。

④粉末涂料中成膜物的相对分子质量比溶剂型涂料大的多，因此形成的涂膜性能和耐久性都比溶剂型涂料好，涂膜具有优异的物理力学性能。

⑤施工过程中不需随季节变化调节涂料的黏度，施工操作也很方便，不需要熟练的操作技术，对桶件边角部位的涂覆性良好，厚涂时也不易产生流挂等弊病，因此容易实行自动化流水线生产。

⑥安全性好。由于粉末涂料无臭、无毒、不含重金属、对人体无不良影响，所以生产和操作都比较安全。

（2）粉末涂料的缺点

①粉末涂料涂装时需要使用独特的工艺设备，所以更换涂装设备需要较大的投资。

②粉末涂料的涂层较厚，所以不适合在薄涂情况下使用。

③粉末涂料在储存过程中受压力、温度、湿度的影响较大，容易结块。

4．钢桶内涂料

钢桶内涂料用于特种包装的钢桶，如食品包装、特殊化工包装等，具有卫生、防腐蚀、保护内容物的特殊用途。目前国内有多种钢桶内涂料，如聚氟乙烯涂料、环氧酚醛树脂涂料等，其功能和施工要求也不尽相同。现以国内应用较为广泛的X-362型涂料为例介绍如下：

X-362型钢桶内涂料是钢桶专用的热固型酚醛树脂涂料。与一般的酚醛树脂涂料相比，它对钢桶板材的附着、涂层耐弯曲、涂料的贮存期等得到了很大的改善。

酚醛树脂是合成树脂中发现最早、并最先实现工业化生产的品种，也是最优秀的防腐材料之一。热固型酚醛树脂是由酚与醛在碱性催化剂的作用下缩聚而成的高分子合成树脂，在高温下其苯环上具有活性的羟甲基能与树脂中的过量甲醛交联形成致密的具有网状结构的稳定涂层。所以其防霉、防腐、耐湿、耐油、耐溶剂、耐盐雾、耐化学药品性能优异，并能耐任何浓度的盐酸以及多种有机酸和农药、氨水、表面活性剂等物品。而且经高温交联后，酚醛树脂中的亚甲基键具有相当稳定性能，所以它的耐热性能优于环氧树脂和不饱和聚酯树脂，甚至可在120℃下长期使用。

一般的热固型酚醛树脂涂料由于固化交联的主体是苯环结构，所以涂膜很脆，稍微弯曲涂层就马上断裂，而且保质期在20℃左右只有三个月。但X-362涂料由于是为钢桶专门设计，是在热固型酚醛树脂的基础上加以改进而成的钢桶专用内涂料，所以考虑到了钢桶卷封底盖时的弯曲和对钢桶板材的附着以及流平，它在马口铁上的涂层可弯曲到90°以上，它的贮存期可长达一年。

X-362涂料有红棕透明色和黄色两种，其涂层性能优异（防腐性能优于PVF涂料和环氧涂料），而且喷涂单耗也较低，每公斤X-362型钢桶内涂料可喷涂200升钢桶8个以上，再加上在价格上又具有较大的优势，所以早已被广泛地应用于钢桶内涂层。

X-362型钢桶内涂料的喷涂粘度应低些，最好在12秒左右（涂-4杯，25℃），涂层也应薄些，不然在烘烤时，容易造成涂层起泡。其标准烘箱的固化条件为190℃45分钟，参考烘烤条件为220℃15分钟。具体可根据不同的烘烤设备在作试验后制定最佳的烘烤温度与烘烤时间。

 

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