前言
隨著國家對大氣污染防治力度的加強(qiáng)，各地方也陸續(xù)出臺了VOC管控措施，制定了地方的政策法規(guī)。人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，以及國民教育水平的提高，從事涂裝作業(yè)的人員也都對溶劑的危害有了科學(xué)認(rèn)知，因此水性涂料、高固體分涂料、粉末涂料等環(huán)境友好型產(chǎn)品的應(yīng)用，是涂裝領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。尤其是與溶劑型涂料涂裝工藝、設(shè)備相近的水性涂料，近幾年在工業(yè)涂裝領(lǐng)域發(fā)展迅速，逐步在工程機(jī)械、特種車輛、自行車三輪車、商用車、設(shè)備設(shè)施、鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)成功應(yīng)用，與此同時(shí)，水性涂料相關(guān)的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也陸續(xù)出臺，這也為涂裝行業(yè)的水性化提供了規(guī)范和依據(jù)。最近幾年，國內(nèi)加大了對涂料用水性樹脂的研發(fā)和生產(chǎn)力度，水性醇酸樹脂、水性丙烯酸樹脂、水性環(huán)氧樹脂、水性聚氨酯樹脂等在性能上都有大幅創(chuàng)新提高，同時(shí)國外水性樹脂品牌在國內(nèi)建廠生產(chǎn)銷售，解決了供應(yīng)和價(jià)格的雙重問題，這些都為水性涂料的發(fā)展提供了充足的條件。
1.1 水性工業(yè)涂料的優(yōu)缺點(diǎn)
水性涂料最大的特點(diǎn)就是安全、環(huán)境友好。因其不屬于易燃、易爆、易致毒、易腐蝕的�；贩懂�，在運(yùn)輸、貯存、施工等環(huán)節(jié)都很安全方便；同時(shí)施工時(shí)氣味低，與中低固體分溶劑型涂料比，可大大減少VOC排放，受到很多政府環(huán)保部門、涂裝企業(yè)、涂裝人員、消費(fèi)者的青睞。但是由于水分的存在，水性涂料具有揮發(fā)速率慢、表面張力大等客觀問題，與溶劑型涂料相比，在光澤、豐滿度、閃銹抑制性、施工寬容度、快速成膜過程、早期干燥后的物理化學(xué)性能等方面還存在一定差距，這些影響了水性涂料在一些特定領(lǐng)域的應(yīng)用，因此，水性化涂裝還需要在樹脂及涂料研發(fā)創(chuàng)新、涂裝工藝及設(shè)備改進(jìn)等方面進(jìn)行深入研究。
1.2 工業(yè)涂料的整體市場潛力
按照涂料使用的領(lǐng)域不同，分為建筑涂料、工業(yè)涂料，這是按照大類去劃分。工業(yè)領(lǐng)域細(xì)分較多，根據(jù)目前工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用情況，有專家指出，車用、卷材、粉末、家具單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，把其他的工業(yè)防護(hù)歸為一類。按此方法，近3年涂料主要品種的產(chǎn)量如表1所示。由表1所示，2017年建筑涂料產(chǎn)量745 t，占總產(chǎn)量的比例為36.59%，工業(yè)防護(hù)涂料產(chǎn)量577萬t，占總產(chǎn)量比例為28.34%，同時(shí)每年有近10%的增長率，車輛涂料、卷材涂料增長較慢，粉末涂料的產(chǎn)量達(dá)到175 t的最高值，增長率為12.9%，隨著國家環(huán)保力度的加大，不添加有機(jī)溶劑的粉末涂料增長較快。水性涂料的產(chǎn)量沒有單獨(dú)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，下面介紹工業(yè)涂料的市場情況。
2、重點(diǎn)行業(yè)的水性化應(yīng)用方案
目前在船舶領(lǐng)域應(yīng)用較少,部分企業(yè)在進(jìn)行水性無機(jī)硅酸鋅車間底漆的推廣和應(yīng)用工作,但應(yīng)用比例仍然不高；也有一部分企業(yè)嘗試將水性產(chǎn)品應(yīng)用于艙室內(nèi)涂層配套,以及日常修補(bǔ)等,但也未大范圍應(yīng)用。涉及的產(chǎn)品體系有水性環(huán)氧、醇酸厚漿、丙烯酸、聚氨酯等,都在試用階段，主要應(yīng)用于上建區(qū)域、房艙區(qū)域、機(jī)艙區(qū)域等不要求長期浸泡介質(zhì)及不需要重防腐防護(hù)的部位。關(guān)于船舶用水性涂料的標(biāo)準(zhǔn)還未出臺，只能借鑒溶劑型標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行涂層設(shè)計(jì)和驗(yàn)收。上建系統(tǒng)、室內(nèi)艙室特定部位可以嘗試重防腐涂層配套的設(shè)計(jì)見表4,主要參照HG/T 5176—2017《鋼結(jié)構(gòu)用水性防腐涂料》標(biāo)準(zhǔn),但是其他部位仍不能滿足性能要求。因?yàn)樗灾胤栏苛霞夹g(shù)還不成熟,C4環(huán)境內(nèi)有應(yīng)用,但在船舶中應(yīng)用較少；底漆、中間漆，一道施工膜厚沒有溶劑型的高；C5環(huán)境及浸入土壤、水、油等液體中,暫無水性解決方案；水性工業(yè)涂料中親水基團(tuán)、乳化劑、潤濕分散劑、涂層孔隙率等的存在,影響涂層理化性能,還達(dá)不到溶劑型的性能指標(biāo)和船舶的應(yīng)用要求。高固體分、無溶劑等環(huán)境友好型涂料在此領(lǐng)域的應(yīng)用,也是減少VOC排放的重要手段。
2.2 集裝箱領(lǐng)域應(yīng)用
自2017年4月1日開始，全國標(biāo)準(zhǔn)干貨集裝箱生產(chǎn)廠家的涂裝生產(chǎn)線，全部推廣水性涂料產(chǎn)品體系的使用。截至目前，新生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)干貨箱，除車間打砂后第一道環(huán)氧富鋅底漆外，全部水性化；特種住人集裝箱部分水性化，而翻新箱市場水性化較慢。涉及的產(chǎn)品體系有，應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)干貨箱的水性環(huán)氧富鋅、水性環(huán)氧厚漿、水性丙烯酸面漆，應(yīng)用于住人集裝箱的水性醇酸防銹涂料、水性丙烯酸防護(hù)涂料、水性環(huán)氧底漆、水性聚氨酯面漆等，見表7。水性集裝箱涂料應(yīng)用較多，盡管在應(yīng)用之初出現(xiàn)了閃銹、涂裝效率降低、單箱成本增加等問題，也出現(xiàn)了涂層脫落等，但目前的水性涂料技術(shù)，在嚴(yán)格控制施工的前提下，是能夠滿足集裝箱市場的性能要求的。集裝箱的水性涂料標(biāo)準(zhǔn)較完善，標(biāo)準(zhǔn)制定得也比較早。
2.3 橋梁領(lǐng)域應(yīng)用
已經(jīng)在混凝土大橋上使用水性配套體系，鋼結(jié)構(gòu)橋梁也在嘗試水性底層、中層以及面層進(jìn)行配套涂裝，但目前水性化較慢。涉及的水性涂料產(chǎn)品體系有：應(yīng)用于混凝土橋梁的丙烯酸、環(huán)氧、氟碳樹脂產(chǎn)品，應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)橋梁的無機(jī)富鋅、環(huán)氧富鋅、環(huán)氧云鐵、聚氨酯、氟碳面漆等，見表8�；炷翗蛄航Y(jié)構(gòu)已有水性涂料標(biāo)準(zhǔn)，鋼結(jié)構(gòu)橋梁目前還沒有明確標(biāo)準(zhǔn)可依。
2.4 鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用
截至2018年初,京津冀、長三角、珠三角均已對溶劑型涂料施工有了嚴(yán)格限制。對于涂裝的企業(yè),要求進(jìn)行生產(chǎn)線改造,增加VOC后處理裝置,而且在霧霾嚴(yán)重的天氣還要停產(chǎn)。特別是鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品體積大、行業(yè)分布廣、企業(yè)平均規(guī)模偏小，涂料噴涂往往在開放場所進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)VOC有組織排放難度較大,造成空氣污染,而水性涂料的應(yīng)用能夠大大減少VOC的排放,有很大的市場空間。2016年,鋼結(jié)構(gòu)涂料市場為48萬t左右,水性涂料銷量為1.5萬t,水性化比例為3%；醇酸、環(huán)氧等系列已經(jīng)實(shí)現(xiàn)水性化,但是在重防腐領(lǐng)域應(yīng)用相對較少。主要研發(fā)及應(yīng)用難點(diǎn)為：水性涂料整套設(shè)計(jì)體系，被設(shè)計(jì)院認(rèn)可需要有漫長的過程；鋼結(jié)構(gòu)用水性涂料應(yīng)用時(shí)間較短，目前重防腐配套沒有長時(shí)間的實(shí)際應(yīng)用案例；大部分沒有烘烤，涂層干燥慢，施工間隔長，早期抗水性差；厚涂型產(chǎn)品，干燥更慢，容易有起痱子、氣泡等弊病。鋼結(jié)構(gòu)體系具體配套見表10所示。鋼結(jié)構(gòu)用水性涂料的標(biāo)準(zhǔn)相對完善，也是第一批被行業(yè)重點(diǎn)推動水性化的領(lǐng)域，但在重防腐要求高的領(lǐng)域，例如C5以上的腐蝕環(huán)境，需要借助高固含量的產(chǎn)品進(jìn)行減排。
2.5 工程機(jī)械及特種車輛領(lǐng)域的應(yīng)用
工程機(jī)械、農(nóng)機(jī)、特種車輛屬于工業(yè)細(xì)分領(lǐng)域，預(yù)計(jì)每年用涂料量超過20萬t，所有產(chǎn)品體系為環(huán)氧底漆與聚氨酯面漆配套，不同的部位對涂層的性能要求不同，目前水性涂料已經(jīng)能夠滿足客戶要求。但是在應(yīng)用過程中還存在一些需要改進(jìn)的項(xiàng)目：探索濕碰濕工藝，工藝流程的匹配性稍差；聚氨酯面漆超過80 μm，容易起痱子；水性涂料施工黏度大，設(shè)備要求高；水性產(chǎn)品施工窗口窄，受溫、濕度影響大；水性修補(bǔ)涂料存在接口問題。據(jù)了解雷沃重工、宏昌重工、東風(fēng)改裝車、大迪等廠家批量使用水性涂料體系，三一重工北京、昆山、上海數(shù)條生產(chǎn)線全部水性化，徐工、臨工、龍工等企業(yè)也在嘗試使用水性體系，目前整體水性化程度不足5%。隨著環(huán)保排放要求的嚴(yán)控，特種車輛涂裝領(lǐng)域水性化呈現(xiàn)急速上升趨勢。工程機(jī)械及特種車輛水性涂料目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)可依，只能參照溶劑型涂料的標(biāo)準(zhǔn)和客戶的基本要求，亟需相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的出臺。由表12可知，一般配重、動臂等要求不高的部位采用環(huán)氧底漆和聚氨酯面漆的涂裝，涂膜厚度80～120μm；覆蓋件、薄板件一般采用環(huán)氧底漆/電泳底漆、中間漆、聚氨酯面漆3道涂裝體系或者電泳底漆、面漆兩道涂裝體系，涂膜厚度80～100μm。特種車輛涂裝線比較簡單，企業(yè)間也不相同，目前較多的還是近似“濕碰濕”工藝，底漆噴涂后40 ℃保持10～15 min，然后噴涂面漆，最后80 ℃烘烤40～50 min。在工程機(jī)械領(lǐng)域大件涂裝曾經(jīng)嘗試過高固含量和無溶劑產(chǎn)品，但目前沒有大批量的應(yīng)用，薄板件的涂裝。
2.6 自行車與三輪車領(lǐng)域的應(yīng)用
三輪車市場使用水性體系較多；某些自行車和電動車廠家,已進(jìn)行嘗試,其余大都以溶劑型體系為主,例如天津富士達(dá)每年使用量達(dá)幾百噸。研發(fā)和應(yīng)用需要解決的難點(diǎn)：水性自行車復(fù)合涂層涂膜附著力問題；自行車面漆顏色繁雜；水油體系罩光清漆豐滿度差距；三輪車產(chǎn)品電泳底漆品牌較多,對面漆附著力適應(yīng)性要求高；使用水性分散體降低VOC。目前已經(jīng)制定了自行車用水性涂料的標(biāo)準(zhǔn),三輪車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還未出臺。要求較高的自行車涂裝,借鑒的是汽車涂料的技術(shù)要求,最后一道清漆要求高豐滿度,一般使用高固含量的清漆涂裝。圖1、圖2是自行車和三輪車兩種典型的涂裝方案。
2.7 石化、電力領(lǐng)域的應(yīng)用
石油石化領(lǐng)域，除無機(jī)富鋅、修補(bǔ)方案嘗試水性體系外，其他大多使用溶劑型涂料，整個(gè)配套體系水性產(chǎn)品還達(dá)不到性能要求。電力行業(yè)涉及鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂裝(火電廠房鋼構(gòu)、各類支架、風(fēng)力發(fā)電塔架等)、變壓器行業(yè)，也已經(jīng)有水性化的方案進(jìn)行嘗試，尤其是在原有基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上進(jìn)行修補(bǔ)涂裝，低VOC的水性工業(yè)涂料具有環(huán)保優(yōu)勢。風(fēng)力發(fā)電塔架水性工業(yè)體系的應(yīng)用見表15。研發(fā)與應(yīng)用的難點(diǎn)為：產(chǎn)品線復(fù)雜，目前水性化涂裝沒有整套方案，長期浸入土壤、水、油等液體的應(yīng)用環(huán)境無防腐方案。風(fēng)力發(fā)電塔架用水性涂料正在完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國電集團(tuán)、金風(fēng)科技等公司也出臺了水性涂料的涂裝技術(shù)規(guī)范，其他電力和石化領(lǐng)域無水性標(biāo)準(zhǔn)可依。
結(jié)語
(1)、水性工業(yè)涂料是環(huán)境友好型涂料之一，在降低VOC排放過程中扮演著重要角色。
(2)、水性工業(yè)涂料在重防腐及特種需求領(lǐng)域還不較多的還是近似“濕碰濕”工藝,底漆噴涂后40 ℃保持10～15 min,然后噴涂面漆,最后80 ℃烘烤40～50 min。在工程機(jī)械領(lǐng)域大件涂裝曾經(jīng)嘗試過高固含量和無溶劑產(chǎn)品,但目前沒有大批量的應(yīng)用,薄板件的涂裝目前也有使用粉末涂料的案例,例如富仁科技；在特種車輛領(lǐng)域也在嘗試粉末涂料的應(yīng)用,例如駐馬店中集華駿的粉末涂料自動噴涂線。要滿足涂裝要求,需要上下游企業(yè)繼續(xù)攻克現(xiàn)有技術(shù)瓶頸,或搭配其他類型的環(huán)境友好型涂料一起使用。
(3)、水性工業(yè)涂料品牌良莠不齊，需要繼續(xù)制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范應(yīng)用。
(4)、鼓勵水性工業(yè)涂料的政策很多，但是在落地時(shí)阻力較大，需要在現(xiàn)有政策體系上繼續(xù)細(xì)化措施，例如：簡化水性涂料環(huán)評手續(xù)，以及水性涂料生產(chǎn)企業(yè)不必進(jìn)入化工園區(qū)等。
(5)、水性涂料原料、成品、包裝物、施工廢渣等是否可以按照一般貨物運(yùn)輸和一般廢棄物排放，同時(shí)亟待解決鑒定流程繁瑣、費(fèi)用高的問題。
(6)、水性工業(yè)涂料應(yīng)用案例仍較少，并且一些領(lǐng)域的測試周期較長，隨著近幾年的快速發(fā)展，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的復(fù)制，將迎來爆發(fā)式的增長。
引領(lǐng)行業(yè) 走向全球
深涂學(xué)簡介：根據(jù)深圳市科學(xué)技術(shù)協(xié)會〔2012〕13號“關(guān)于同意成立深圳市涂料技術(shù)學(xué)會的批復(fù)”和深圳市民政局〔2012〕265號“關(guān)于深圳市涂料技術(shù)學(xué)會成立登記的批復(fù)”等文件。深圳市涂料技術(shù)學(xué)會于2012年4月28日在深圳市正式成立。涂料技術(shù)學(xué)會成立會議聚集了全國涂料界知名企業(yè)以及相關(guān)人士共有400多人，吸引了200多家國內(nèi)外知名企業(yè)加入涂料學(xué)會。
