王晓，侯佩民，徐元浩，卢伟
海洋涂料国家重点实验室；海洋化工研究院有限公司
1·集装箱防腐要求
集装箱是国际物流运输的专用工具，其使用环境复杂多变，不仅要经受温差变化、风吹雨淋、紫外线辐射、大气腐蚀和海水冲击等自然条件的考验，还要经受运输和装卸作业中的摩擦和冲撞等，导致其钢结构腐蚀不可避免。[1]
从集装箱的构造来看，构成箱体的梁、柱和板元一般由薄壁异型材(通常为钢板，也有部分为铝板)构成，厚度在1.6~2.0mm之间；因此，为防止集装箱构件腐蚀，集装箱涂料的防腐性能显得尤为重要。[2]集装箱涂料是制造集装箱的重要原材料之一，全球集装箱涂料的年需量约30万t，价值约50亿元人民币。我国集装箱涂料的最大年产量为38万t，按70kg/TEU的使用量计算，集装箱涂料的市场需求相当可观，从而使集装箱涂料成为涂料生产企业的必争之地。
2·集装箱涂料检测及认证要求
国际上，在1996年以前，集装箱外侧涂料及其配套涂料系统必须通过美国Konstandt实验室8个项目的13项检测，总评分超过120分(满分130分)并取得合格证后才能用于制造国际标准集装箱。2000年，国际集装箱标准化委员会规定，集装箱内外侧涂料配套系统必须通过KTA-TRTOR-WC实验室检测，箱内侧面漆必须通过美国食品和药品管理局检测并取得证书后才可以装运食品。[3]为促进集装箱涂料行业的标准化发展，我国交通运输部于2011年发布最新的集装箱涂料检测规范JT/T810―2011《集装箱涂料》。该标准引用国际、国内最新版相关行业标准，全面规范集装箱涂料的主要品种及技术要求，并依据我国实际情况，增加锌粉底漆含量等12个集装箱涂料技术要求指标、8个涂料配套系统指标及检验规则等。该标准适用于钢制通用集装箱涂料，包括箱外3层涂膜和箱内2层涂膜涂料系统以及用于底架的改性环氧底架漆。
3·集装箱水性防腐涂料国内外发展概况
3.1国外发展情况
早在1992年，国际集装箱租赁协会召开专业会议，提出开发、生产和应用集装箱水性涂料的建议。之后，Hempel，Mega，Chugoku，Kansai等涂料公司响应建议并积极投身集装箱水性涂料研发。Hempel涂料公司在美国休斯敦投资了世界上最先进的装置专门生产集装箱水性涂料，成功研制水性环氧富锌底漆、水性环氧中涂漆和水性丙烯酸面漆等。Mega涂料公司研制的Megamar170水性环氧磷酸锌底漆与Megamar200丙烯酸面漆配套的集装箱水性涂料已成功应用于Contexco集装箱。威士伯涂料公司生产水性防腐涂料的AquaguardTM技术利用聚偏氯乙烯树脂掺杂环氧乳液制备单组分集装箱水性底漆和面漆。与有机溶剂型涂料相比，该配套水性涂料使挥发性有机化合物排放量减少90%以上，生产300万TEU干货集装箱所产生的挥发性有机化合物少于1万t；其防腐性能达到甚至超过溶剂型富锌底漆，并通过国际集装箱租赁协会及美国食品和药品管理局认可的第三方认证测试，能满足5年以上的防腐要求。此外，威士伯公司还推出AquaguardTM集装箱水性二涂层涂料，相对于传统三涂层溶剂型富锌体系涂料而言，该涂料能提供更好的防腐保护，并使有机化合物排放量减少75%以上。作为单组分体系涂料，AquaguardTM无须使用固化剂，能够避免超过使用期限和混合比例错误引起的油漆固化。
3.2国内发展情况
近年来，中远关西涂料化工有限公司开发了不同配套体系的集装箱水性涂料。(1)利用美国罗门哈斯公司的PR-71K防腐乳液制备的集装箱单组分水性底漆以及HG-54C耐候乳液制备的单组分丙烯酸面漆在复合层厚度达100m时，其耐盐雾和耐水性达到600h，与传统溶剂型涂料相比，其优点为在增强环保性的同时，减少1道涂装工序，且作为单组分涂料，能够大大简化施工工艺。(2)开发水性环氧富锌底漆、水性环氧涂料和水性丙烯酸面漆的配套体系，其中：水性环氧富锌底漆利用美国迈图公司的Epikure8538-Y-68胺类环氧固化剂固化为Epikote6520-WH-53环氧乳液，环氧乳液选用由I型E-20环氧树脂制成的乳液品种；水性环氧中涂利用德国巴斯夫公司的环氧乳液Waterpoxy1455和胺加成物Waterpoxy751制备而成，环氧乳液由中分子量环氧树脂E-20制成，其复合层耐盐雾性达到600h。该涂料配套体系以水作为主要分散介质，其挥发性有机物含量非常低，气味小，对人体危害较小，且不易燃，在储存、运输和使用过程中具有较高的安全性，并且能够满足集装箱生产线快节奏生产的要求。天津中远关西涂料化工有限公司也于2004年开始对集装箱水性涂料进行探索性研究，并于2008年加大研发力度，在集装箱上试涂成功。
2002年10月，维新环保涂料(深圳)有限公司(以下简称维新公司)与中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司(以下简称中集集团)合作，开始开发集装箱水性涂料。该公司开发的集装箱水性配套涂料包括水性环氧富锌底漆、水性环氧中漆和水性丙烯酸面漆，可采用3道涂层、1次烘烤的施工工艺，解决了配合集装箱高效率生产线在线涂装的技术瓶颈。水性环氧富锌底漆以水性环氧固化剂和水性环氧乳液为主要基料，与锌粉、助溶剂等配合，经研磨、分散等工序加工而成；水性环氧中漆以脂肪胺改性水性环氧固化剂和固化水性环氧分散体为主要基料；水性丙烯酸面漆由三元共混乳液制备而成，光泽可达40%，初期耐水性较好，适合高压无气喷涂，单道涂装涂层厚度可达30~100m，不流挂，不开裂，仅涂装1道便可完成面漆施工。在不改变集装箱生产线节奏(集装箱生产线每3~6min制造1个集装箱)且按照溶剂型涂料施工参数施工的条件下，维新公司生产的集装箱水性涂料在保护性、耐水性、硬度、光泽等性能指标方面均达到溶剂型涂料的水平。目前，维新公司已生产集装箱水性涂料100t，并与中集集团合作，邀请Triton集装箱租赁公司、凯航国际集装箱有限公司、马士基、赫伯罗特等集装箱业界巨头参与试验，生产集装箱超过800TEU，所生产的集装箱上均贴有环保标签。
广州集泰化工有限公司利用水性聚氨酯面漆与水性环氧富锌底漆、水性环氧中间漆构成集装箱表面涂装3层配套体系，其中，水性聚氨酯面漆由水性聚氨酯乳液冷拼丙烯酸乳液制备而成。集装箱底架使用水性仿沥青防腐涂料，其原料包括水、水性丙烯酸乳液、防锈颜料、体质填料、防沉剂、润湿分散剂、成膜助剂、消泡剂、酸碱调节剂、耐盐雾助剂、防闪锈剂和增稠剂等。此涂料配套体系利用防锈颜料和体质填料有效分散在水性涂料体系中，使涂料具备优异的防腐性能，且产品不含有机溶剂和重金属等有害物质，环保性能极佳，并具有施工简单、储存安全、性能稳定等优点。
宝骏涂料有限责任公司生产的水性集装箱涂料已通过美国集装箱涂料检验机构KTA的检测认证，其中，箱外套漆检测93分，箱内套漆检测84.5分；其生产的干货集装箱涂料通过美国食品和药品管理局高耐水性基准测试，目前在马士基集装箱生产线上使用。
海洋化工研究院有限公司于1993年开始研制船用集装箱水性涂料，目前已成功研制水性环氧富锌底漆、水性环氧丙烯酸防腐底漆与水性丙烯酸面漆的配套涂层体系，并已取得相关检测机构认证。
4·集装箱水性防腐涂料特点
4.1优点
(1)环保集装箱水性涂料以水为溶剂，其有机溶剂含量为10%~15%，对大气污染较小，有利于保护环境和改善作业条件。
(2)安全集装箱水性涂料可以在湿表面和潮湿环境中直接涂覆施工，对材质表面的适应性较好，涂层附着力较强，能够有效降低施工和储存时的火灾等安全隐患；此外，涂装工具可用水清洗，大大减少清洗溶剂消耗。
4.2缺点
(1)施工工艺复杂集装箱涂装生产节奏为每道工序3~6min，采用高压无气喷涂和涂料“湿碰湿”的施工工艺；涂层1道烘烤完成，烘烤温度一般在60~80℃，烘烤时间为15~40min；要求涂膜干燥性较好，不起泡；烘烤冷却0.5~1.0h后贴标，要求贴标时不能撕裂涂膜；烘烤冷却1.0~1.5h后进行水密试验，要求涂膜不起泡；箱检时要求涂膜表面平整，无流挂、开裂、针孔和缩孔等明显涂膜弊病。
(2)成本较高集装箱溶剂型涂料的成本为人民币20元/kg左右，集装箱水性涂料的成本在人民币30元/kg左右。要降低集装箱水性涂料的生产成本，需要自主研发水性树脂、防锈颜料和水性助剂等。由于我国在水性涂料方面的研究起步较晚，专业研究机构较少、研究基础弱、技术人员流动快、技术交流少等因素导致我国水性涂料生产原料大量依赖国外进口，从而导致集装箱水性涂料的生产成本较高。
(3)施工要求高集装箱水性涂料对材质表面的清洁度要求较高，原因是水的表面张力大，污物易使涂膜产生缩孔；此外，由于水性涂料对抗强机械作用力的分散稳定性较差，输送管道内流速急剧变化时，涂料分散体因剪切破乳返粗，易使涂膜产生麻点，这就要求输送管道形状良好且管壁无缺陷。
(4)对涂装设备的要求较高水性涂料对涂装设备的腐蚀性较大，要求设备采用防腐蚀衬里或不锈钢材料；水性涂料易对输送管道造成腐蚀，为提高涂膜质量，一般要求输送管道为不锈钢管。
5·集装箱水性防腐涂料发展展望
5.1集装箱涂料水性化趋势日益明显
实践证明，集装箱涂料生产水性化是可行的，并且具有环保、安全的优点。目前集装箱涂料水性化实现体系主要分为水性环氧富锌底漆、水性环氧中间漆和水性丙烯酸面漆的3层涂料配套体系以及偏氯乙烯2层涂料配套体系，在实际应用中都需要对生产线工艺进行改造，以满足目前集装箱流水线生产的需要，从而实现涂料生产涂膜干燥快、配套性能好、价格符合市场心理等要求。
5.2应用效果有待检验
目前已有部分集装箱所有人开始使用集装箱水性涂料。水性涂料在远洋航运过程中的抗腐蚀情况以及在陆路运输过程中的抗刮擦、抗石击等效果仍有待检验。
5.3入市门槛高
集装箱水性涂料在实际应用中的入市门槛较高，必须通过权威机构的检测、认证等，加之水性涂料综合性能要求较高，使得集装箱水性涂料从生产到应用均面临各种因素的制约；因此，集装箱涂料的水性化生产之路除需要涂料生产商提高涂料产品性能外，还需要国家和行业在政策方面予以扶持。致谢：感谢海洋化工研究院有限公司卢伟、季瑞峰、赵君和许丽岩为本项研究提供资金和技术支持；感谢青岛科技大学雷剑为本文创作提供帮助。
参考文献：
[1]李敏风，张强.我国集装箱涂料发展形势的分析[J].中国涂料，2008，23(5)：36-41.
[2]张建设.集装箱涂料的特点及对助剂的要求[J].表面工程资讯，2009(6)：38.
[3]李敏风.我国集装箱涂料和涂装技术发展形势分析(一)[J].电镀与涂饰，2010，29(7)：70-73. |
