據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017年全年生產(chǎn)使用水性涂料的標(biāo)準(zhǔn)箱共計(jì)超過280萬TEU，使用水性集裝箱涂料約20萬噸， 從而減少VOC 排放約10萬噸。水性集裝箱涂料的大規(guī)模推廣，使整個(gè)工業(yè)涂料市場(chǎng)發(fā)生非常大的變化，水性化、 高固含等環(huán)保涂料的應(yīng)用得到了較大發(fā)展，帶動(dòng)工程機(jī)械、交通設(shè)備等行業(yè)向環(huán)保涂裝大步邁進(jìn)。 

本文主要從水性集裝箱涂料目前的技術(shù)路線、相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)及施工應(yīng)用等方面進(jìn)行介紹。

水性集裝箱涂料體系主要有含富鋅底漆與不含富鋅底漆2種涂料配套。由于不含富鋅底漆的配套是威士伯主推的聚偏二氯乙烯（PVDC）底漆/丙烯酸面漆體系，主要應(yīng)用在東莞馬士基工廠，而在其他客戶工廠或箱東處應(yīng)用都比較少。因此本文主要介紹含富鋅底漆的三涂層配套體系，詳見圖1。

圖1三涂層水性集裝箱涂料配套體系

從圖1可以看出，水性集裝箱涂料配套體系主要包括水性環(huán)氧富鋅涂料、水性內(nèi)面漆、水性中間漆、水性丙烯酸面漆4個(gè)品種。

由于鋅粉的存在，水性環(huán)氧富鋅涂料可有效地對(duì)箱體進(jìn)行陰極保護(hù)，延緩箱體腐蝕進(jìn)度，防止因磕碰引起的漆膜脫落，因此該體系得到了箱東的一致認(rèn)可。

水性環(huán)氧富鋅涂料，主要成分包括環(huán)氧樹脂、固化劑、鋅粉及各種助劑，活潑金屬鋅粉可與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此在有鋅粉存在的組分中，不可以含有水分，而環(huán)氧涂料中的環(huán)氧樹脂和固化劑也不可以在一個(gè)組分中，因此設(shè)計(jì)配方時(shí)有2種思路。

（1）鋅粉與環(huán)氧樹脂在一個(gè)組分中，這種配方設(shè)計(jì)思路較接近于溶劑型環(huán)氧富鋅涂料，主要的差異是其中的溶劑為可溶于水的醇醚類溶劑，環(huán)氧樹脂也為可溶于水的樹脂（乳液）。該體系因醇醚溶劑極性非常高，再加上鋅粉密度非常大，防沉降和防流掛成為配方設(shè)計(jì)的核心因素。一般都會(huì)用多種類型的防沉助劑進(jìn)行復(fù)配，如同時(shí)使用膨潤(rùn)土、氣相二氧化硅、聚脲類等。而該體系的固化劑一般為含水的胺類固化劑，為保證防腐性能，其在水中的溶解性大小為重點(diǎn)考慮因素。

（2）鋅粉與胺類固化劑在一個(gè)組分中，這種配方設(shè)計(jì)思路較溶劑型涂料的差異較大，因所用的胺類固化劑一般較少，因此鋅粉可否被樹脂充分包覆、如何降低后續(xù)施工時(shí)水與鋅粉的反應(yīng)速率成為配方的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。該配方設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)為配方的VOC整體含量相對(duì)較低，如，可低于250g/L。

因水性環(huán)氧富鋅涂料是給箱體提供防腐的主要涂層，因此該產(chǎn)品的防腐性能、機(jī)械性能為配方設(shè)計(jì)要點(diǎn)，同時(shí)要重點(diǎn)兼顧施工性能。

目前水性內(nèi)面漆主要的配方體系有:水性環(huán)氧內(nèi)面漆、水性丙烯酸環(huán)氧內(nèi)面漆2種。

（1）水性環(huán)氧內(nèi)面漆。該體系是原溶劑型體系內(nèi)面漆水性化的方案，主要組分為水性環(huán)氧乳液、水性環(huán)氧固化劑、防銹填料、顏料、功能填料等組成。目前考慮到體系的穩(wěn)定性，一般采用自乳化的環(huán)氧乳液，其對(duì)使用溫度、攪拌力度等相對(duì)不敏感，但目前看來國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的樹脂大部分有一定提升空間，一定提升空間，譬如國(guó)內(nèi)公司大多直接采購乳化劑，而非自主研發(fā)，這樣就受限于乳化劑品種、性能等，其合成的環(huán)氧乳液往往在穩(wěn)定性方面有所欠缺，譬如高溫、高剪切力等條件下易破乳，亦或者穩(wěn)定性優(yōu)良情況下，因大量乳化劑的使用，環(huán)氧漆膜耐腐蝕、耐水性等較差;水性固化劑方面，目前各家涂料供應(yīng)商差別非常大，但從防腐角度考慮，水溶性非常優(yōu)異、反應(yīng)活性較低的固化劑不適合用于水性集裝箱涂料內(nèi)面漆。因親水基團(tuán)的引入，在同等條件下水性涂料防腐性能沒有溶劑型的好，因此需要防銹填料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，但防銹填料的選擇需要重點(diǎn)考慮該填料在水相中的電離度、pH等參數(shù)。

（2）水性丙烯酸環(huán)氧內(nèi)面漆。該體系一般選用特種丙烯酸樹脂作為主體樹脂，再引入液體環(huán)氧進(jìn)行雜化。除此以外，為保證體系的防腐性能，防銹填料的補(bǔ)強(qiáng)作用需要特別重點(diǎn)考慮。另外，體系的初期耐水性也需要特殊技術(shù)進(jìn)行加強(qiáng)。該配方體系的優(yōu)勢(shì)為成本相對(duì)較低，但考慮防腐的因素，目前占市場(chǎng)80%以上份額的主流涂料供應(yīng)商，沒有選擇該體系。

水性中間漆主要的配方體系有:水性環(huán)氧中間漆、水性丙烯環(huán)氧中間漆、水性丙烯酸中間漆3種。

水性環(huán)氧中間漆、水性丙烯酸環(huán)氧中間漆配方設(shè)計(jì)思路與水性內(nèi)面漆類似。

水性丙烯酸中間漆的主體樹脂為高相對(duì)分子質(zhì)量的丙烯酸乳液，眾所周知，丙烯酸乳液在防腐涂料中一般用于面漆，其本身的防腐性能較環(huán)氧乳液差距較大，為達(dá)到或等同于可交聯(lián)的環(huán)氧乳液的防腐等級(jí)，丙烯酸中間漆的最重要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)為提高防腐性能，防腐填料、防腐助劑等用量相對(duì)都較高。但因丙烯酸乳液與環(huán)氧乳液成本差異巨大，該配方體系的成本優(yōu)勢(shì)明顯，但隨著國(guó)產(chǎn)環(huán)氧乳液性能的提升，成本優(yōu)勢(shì)有降低的趨勢(shì)。

水性丙烯酸面漆因丙烯酸乳液?jiǎn)误w的不同，主要分為純丙乳液、硅丙乳液和苯丙乳液。

水性丙烯酸面漆主要是賦予漆膜優(yōu)良的外觀、較高的耐候性及耐水性等性能。從上述3種乳液?jiǎn)误w看，硅丙乳液的耐候性、耐水性及耐沾污性都優(yōu)于其他2種乳液，但因硅烷等引入，成本較高;相對(duì)而言，純丙乳液的性能和成本較均衡，目前應(yīng)用最多;苯丙乳液耐候性稍差，但成本優(yōu)勢(shì)明顯。

丙烯酸面漆除乳液組分外，顏料也是重要的組分之一。從環(huán)保角度看，目前使用的顏料都為無重金屬的產(chǎn)品，但部分顏料穩(wěn)定存在對(duì)pH有一定的要求，因此配方設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)各個(gè)顏料pH需求進(jìn)行確認(rèn)并處理。

丙烯酸面漆的初期耐水性為目前箱廠重點(diǎn)考慮的性能之一，在配方設(shè)計(jì)階段，成膜助劑的選擇、功能填料的使用等為重點(diǎn)考慮因素。

2性能要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

從集裝箱涂料性能方面看，主要分長(zhǎng)期漆膜性能和施工后驗(yàn)收規(guī)范2個(gè)方面。

長(zhǎng)期漆膜性能主要包括防腐性能、機(jī)械性能、耐候性3個(gè)方面。比較權(quán)威的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為KTA實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的IICL測(cè)試，該測(cè)試為集裝箱的最終客戶（箱東）重點(diǎn)關(guān)注的測(cè)試方法，同時(shí)為涂料供應(yīng)商大批量進(jìn)入集裝箱行業(yè)的最基本的要求。另外中國(guó)集裝箱協(xié)會(huì)（CCIA）組織制定的JH/TE08—2015《集裝箱用水性涂料涂膜檢驗(yàn)方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)漆膜長(zhǎng)期性能的要求主要參考借鑒IICL測(cè)試方法。

因內(nèi)外配套體系不同，測(cè)試流程方法也有差異，具體流程如圖2所示。

圖2 集裝箱涂裝體系的IICL測(cè)試步驟

外部配套體系樣板需要借助紫外老化儀及鹽霧箱進(jìn)行測(cè)試，內(nèi)部配套體系樣板僅需要鹽霧箱進(jìn)行測(cè)試，每一個(gè)測(cè)試周期為7d，共需要8個(gè)測(cè)試周期，完成一個(gè)配套體系測(cè)試至少需要56d。

完成測(cè)試后，需要對(duì)樣板進(jìn)行機(jī)械性能、耐腐蝕性、耐候性測(cè)試，并對(duì)每一項(xiàng)測(cè)試評(píng)分，設(shè)置小項(xiàng)最低分要求，然后根據(jù)相應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行最終評(píng)分，最終評(píng)分也設(shè)置最低分?jǐn)?shù)要求。具體如表1所示。

漆膜驗(yàn)收時(shí)主要對(duì)漆膜流掛狀態(tài)、針孔/暗泡狀態(tài)、顏色外觀、露底情況等進(jìn)行考察。集裝箱協(xié)會(huì)組織編寫的JH/TE08—2015對(duì)膜厚、附著力、外觀等要求都進(jìn)行了具體規(guī)范，為行業(yè)重點(diǎn)參考標(biāo)準(zhǔn)，另外部分箱東也有各自公司的具體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，分別進(jìn)行了內(nèi)部控制指標(biāo)的設(shè)置。本文僅介紹實(shí)際應(yīng)用中遇到的重點(diǎn)項(xiàng)目。

2.2.1針孔/暗泡

因?yàn)槿榛瘎┑缺砻婊钚詣┑挠绊?，水性涂料更容易產(chǎn)生氣泡，成膜后的表現(xiàn)即為針孔、暗泡;當(dāng)針孔、暗泡嚴(yán)重到一定程度后，呈現(xiàn)蜂窩狀，將嚴(yán)重影響涂層的防腐性能，特別是穿透性針孔極易產(chǎn)生點(diǎn)銹;為控制針孔、暗泡的產(chǎn)生，主要的處理方式包括提高涂料的破泡能力、提高涂料氣泡的逸出能力、提高涂料霧化性能、提高涂料基材潤(rùn)濕性能等，但這些方式主要是依靠添加助劑來實(shí)現(xiàn)，從而使涂料的成本有較大提高。

2.2.2初期耐水性

主要包括箱外初期耐水性和箱內(nèi)潑水實(shí)驗(yàn)2個(gè)方面。其中箱外初期耐水性主要針對(duì)集裝箱下線后天氣持續(xù)下雨的情況，對(duì)漆膜的干燥性、初期交聯(lián)密度、漆膜水溶性物質(zhì)含量等提出較高要求;箱內(nèi)潑水實(shí)驗(yàn)，考察的是箱內(nèi)是否有露底情況、是否有穿透性針孔及漆膜初期干燥性能。

表1 IICL測(cè)試方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

“三分涂料，七分施工”，沒有良好施工性的水性涂料，即使防腐性能非常優(yōu)異也不會(huì)被市場(chǎng)所接收，對(duì)水性集裝箱涂料來說，尤為如此。

溶劑型集裝箱涂料轉(zhuǎn)為水性集裝箱涂料，最大的變化為:三噴一烘變?yōu)槿龂娙?，同時(shí)由于水性涂料對(duì)施工的溫度、濕度、風(fēng)速等要求都較高，因此整體噴涂線的布局變化較大。典型的涂裝線布局（有時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整涂裝工位順序）是:車間打砂、底漆涂裝和烘烤→（成型、部裝、總裝）→（二次打砂、除油）→預(yù)熱和預(yù)涂底漆→水性環(huán)氧富鋅底漆涂裝→底漆流平→底漆烘房→冷卻→中間漆和內(nèi)面漆涂裝→流平→中間漆烘房→冷卻→面漆涂裝→冷卻→線上修補(bǔ)→面漆烘房→冷卻→（木地板鋪放和完工工位）→底架漆涂裝→流平→底架漆烘干→冷卻→完工檢查。

各個(gè)工位容易遇到的問題如下。

主要是為了在噴涂前保證箱體溫度不可以太高或太低，如超過40℃噴涂，極易發(fā)生粗糙等問題，如低于15℃，又極易發(fā)生流掛等問題。

可以使涂裝后的濕膜部分水分揮發(fā)，避免直接進(jìn)入烘房高溫加熱。因此為保證部分水分的揮發(fā)，該工位需要保證一定的風(fēng)速和溫度，風(fēng)速和溫度過低或過高都極易產(chǎn)生氣泡、針孔、流掛等漆病。

烘房溫度最好為梯度升高模式，最優(yōu)的方式為設(shè)置低、高溫烘房，避免剛施工完水性涂料直接進(jìn)入高溫烘房，出現(xiàn)漆膜被烤焦、內(nèi)部產(chǎn)生蜂窩狀針孔等漆病;同時(shí)建議烘房中出風(fēng)口平行于箱體側(cè)表面，避免直吹側(cè)板引起局部過熱和過快的干燥。

因水性涂料霧化沒有溶劑型涂料好，因此需要選擇小口徑槍嘴，噴涂壓力需要適當(dāng)提高，同時(shí)噴涂槍距控制在35cm以上，否則漆膜極易產(chǎn)生針孔、暗泡等漆病，從而對(duì)防腐產(chǎn)生負(fù)面影響。

樹脂、助劑等高附加值的原材料主要是由國(guó)外大公司供應(yīng)，這是因?yàn)閲?guó)際大公司在水性涂料技術(shù)方面有幾十年的技術(shù)積累，都有一定應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但這也給國(guó)內(nèi)各個(gè)技術(shù)型企業(yè)提供了一個(gè)“天高任鳥飛”的市場(chǎng)環(huán)境。

與原溶劑型體系的三噴一烘及快干稀釋劑使用相比，水性體系只能通過外部加熱耗能的方式調(diào)節(jié)溫濕度。但隨著國(guó)家清潔能源的進(jìn)一步推廣，低VOC排放的水性涂料應(yīng)用前景更加廣闊。

因?yàn)樗酝苛虾幸欢康乃苄晕镔|(zhì)，因此水性噴涂工藝的廢水比溶劑型工藝的廢水更難處理。但相對(duì)來說，集裝箱涂料涂裝集中度非常高，可以對(duì)污水進(jìn)行集中處理。

因水性涂料對(duì)溫度、濕度、槍嘴磨損程度等都比較敏感，隨著氣溫的變化若沒有及時(shí)調(diào)整調(diào)漆工序，極易發(fā)生粗糙和流掛現(xiàn)象。但目前來看，主流的水性集裝箱涂料供應(yīng)商都摸索出了一套現(xiàn)場(chǎng)控制的手段，可對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行預(yù)測(cè)，防止發(fā)生批量問題，造成較大損失。

目前水性集裝箱涂料的大規(guī)模使用，為工業(yè)涂料水性化大規(guī)模應(yīng)用開了先河，隨著涂料研發(fā)工程師技術(shù)知識(shí)的逐漸積累、原材料技術(shù)性能的拓展、涂裝工藝的進(jìn)一步完善，水性工業(yè)涂料將進(jìn)一步走向成熟，從而為涂料行業(yè)綠色化做出巨大貢獻(xiàn)。