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摘要

本文介紹了集裝箱涂裝發展的方向，熱固性粉末涂料在集裝箱上應用的可行性研究，包括集裝箱涂層的性能要求，重要測試項目和檢測方法，粉末涂料和水性涂料在應用上的優勢對比，以及集裝箱粉末涂料施工工藝的探討和難點分析。

1.引言

我國新環保法實施以后，各地方政府紛紛出臺一系列環境保護舉措，其中包括控制工業涂裝過程中揮發性有機物的排放問題，要求涂裝企業積極創新，環保涂裝，綠色發展。為響應國家號召，近幾年越來越多的企業開始從油漆改為粉末涂裝，如中集車輛從2016年東莞中集建成的第一條專用車粉末涂裝線開始，到后來中集華駿和中集瑞江汽車等幾個廠粉末涂裝線的相繼建成并投入使用，再到如今中集集裝箱也開始探索使用粉末涂料涂料在線coatingol.com。粉末涂料是最為環保的工業涂裝產品之一，可以取代絕大部分的油漆，使用粉末涂料不僅解決了傳統溶劑型涂料的環保性問題，同時也提升了涂膜的性能，提高涂裝效率，而且還可以回收再利用節省成本，是真正的高性能環保涂料。

集裝箱是國際性重要的貨物運輸工具，自20世紀80年代以來，我國集裝箱制造業經歷了30多年的發展，已經成為十分成熟的產業。中國是集裝箱制造大國，全球約90%以上的集裝箱都在中國生產，集裝箱制造市場份額巨大，據統計，2020年我國金屬集裝箱產量約為9863.6萬立方米，全年使用集裝箱涂料總量約為20萬噸。傳統集裝箱涂料主要是油漆，噴涂施工過程中會有大量VOCs排放，平均每年VOCs排放量多達數十萬噸，VOCs的排放不僅造成環境污染，而且還存在嚴重的火災、爆炸等安全隱患，對于長期施工人員而言，會影響身體健康造成職業病的危害[1]。2017年4月，中國集裝箱制造業開始全面使用水性漆涂裝，水性涂料VOCs含量相比溶劑型下降了近80%，給集裝箱涂裝帶來了新的活力[]。但隨著社會的發展和進步，人們的環保意識不斷加強，國家出臺的環保法規也日趨嚴格，涂裝業面臨著向更加環保的方向發展，粉末涂料因綠色環保和零VOCs排放的優勢，近年來發展迅速，應用越發成熟和廣泛，因此，集裝箱企業開始將目光對準了粉末涂料，一旦應用成功，將在巨大的集裝箱市場獲得更大的成長空間。相信集裝箱制造業將會再一次翻開新的篇章，以全粉末涂裝來捍衛國家青山綠水，實現真正綠色發展！

2.實驗部分

2. 試驗部分

2.1 主要原材料

環氧樹脂，（Kukdo）；飽和型羧基聚酯樹脂，(Allnex)；固化劑（TEPIC-G），(Nissan Chemical)，流平劑（Estron）；安息香（Nanhai Chemical）；蠟粉（克萊恩）；流變劑（BYK）;TiO2（安納達）；顏料（BASF）；硫酸鋇（MICROPOWDER）等。

2.2 實驗設備

雙螺桿擠出機SLJ-30D:（煙臺東輝粉末設備有限公司）;磨粉機ACM（煙臺東源粉末設備有限公司）、靜電噴槍（上海金馬）、烤箱、膜厚儀（BYK）,光澤儀（BYK）,沖擊儀（GB）、鹽霧測試機（Q-Lab）、老化測試機（Q-Lab）。

2.3 集裝箱粉末涂料的制備

按設計好的配方稱取樹脂、固化劑、助劑、顏填料等原料，將稱好的物料預混合均勻，加入雙螺桿擠出機熔融擠出，依次冷卻破碎、磨粉過篩后得到粉末成品。用靜電噴槍將所制得的粉末涂料均勻噴涂于前處理板上，并按照一定的固化條件固化成膜，得到涂層，最后對粉末涂層進行各項性能檢測。

2.5 集裝箱粉末涂層的檢測

集裝箱涂層的檢測主要包括耐腐蝕性能、機械性能和耐候性能三個方面，測試標準為KTA實驗室進行的IICL測試，箱內涂層除了耐磨測試外，其他測試項都是在進行濕熱/鹽霧循環測試后，一小時內對涂層各項性能進行檢測評估；箱外涂層是在進行老化/鹽霧循環測試后，一小時內對涂層各項性能進行檢測評估。集裝箱涂層循環測試流程、測試項目和檢測標準分別見圖1和表1。

3.結果與討論

3.1集裝箱涂料性能要求

集裝箱的運輸通過陸運和海運，往返于世界各地，在運輸途中會遇到強烈陽光、高低溫、海水、潮濕等復雜氣候環境，這就需要涂層能發揮很好的防護作用，保護基材不受損壞，延長箱體使用壽命，故集裝箱涂料要求有較強的抗腐蝕性和耐高低溫變性（一般為-40-70℃），同時還要求抗紫外線好、不變色，不粉化、耐磨損、抗沖擊、裝飾性好等特點[2]，因此集裝箱粉末涂料特性必須符合表2要求。

國際集裝箱標準化委員會規定，集裝箱涂料必須通過KTA實驗室的檢測，涂層綜合性能檢測評分需達到70分及以上才算合格，如果是裝載運輸食品、醫藥等的集裝箱，其箱內涂層還必須通過美國FDA食品級測試。廣東華彩粉末科技有限公司憑借多年的工程機械“漆改粉”技術經驗，進過反復的測試和驗證，開發出一套適合集裝箱應用的粉末涂料體系，使用該系列產品結合定制的粉末涂裝方案噴涂樣件后，送美國KTA實驗室檢測（測試標準參照IICL要求），箱內箱外粉末涂層均通過測試，粉末涂料配套體系、測試項目和最終檢測結果如表3、4和5所示。

IICL的測試標準更注重于模擬自然環境對涂膜的損害，其設定的循環腐蝕試驗方法得到了行業內的認可。由于涂層的評分標準：100分滿分，70分合格，為了避免某種涂料將一項或幾項性能設計的極為突出，得到很高的分數，而其他項性能很差，也能通過KTA實驗室測試的現象，為此，IICL將每個測試組設定了最低分數線[3]。箱內涂層，腐蝕組要求最低得分40分，機械組要求最低得分30分；箱外涂層，腐蝕組要求最低得分55分，機械組要求最低得分15分，該設定能有效改進分數評判中的缺陷，注重涂層的綜合性能。

3.2集裝箱粉末涂料體系

集裝箱粉末涂層分為箱內和箱外體系，根據IICL評分標準，箱內涂層要求較高的防腐性能和機械性能，箱外涂層則更注重耐腐蝕性能，為了實現涂膜對基材很好的保護功能，集裝箱粉末涂裝使用兩涂兩烤，即環氧底粉+面粉相結合的方式，兩涂兩烤能使涂層的耐腐蝕性能發揮到最大化。箱內涂層體系為環氧底粉+環氧面粉，箱外涂層體系為環氧底粉+聚酯面粉，施工時，先噴涂底粉預固化后，再分別噴箱內面粉和箱外面粉，然后完全固化。表6為集裝箱粉末涂料的種類和特點。

3.3集裝箱粉末涂裝工藝

集裝箱粉末涂層總膜厚要求控制在100um左右，包含富鋅車間底漆、環氧粉末底粉、環氧粉末面粉或聚酯粉末面粉，富鋅車間底漆是在制鋼打砂后噴涂，為了保護基材在噴涂粉末涂料前不生銹，金屬基材噴富鋅車間底漆到噴涂粉末，中間間隔建議不要超過48小時，間隔時間越長金屬基材生銹的風險越大。由于集裝箱整箱是焊接而成，焊道處因為采用打砂清理焊渣會將車間底漆全部打掉，在水性漆噴涂工藝中，焊道部分是需要在焊道打砂后，再人工補噴富鋅車間底漆，而使用粉末涂料可以省去這個工序，所以集裝箱粉末涂裝過程中會有溶劑型車間底漆體系和無溶劑型車間底漆體系兩種。表7為集裝箱涂層配套體系每層膜厚參考值。

集裝箱粉末噴涂工藝采用兩涂兩烤，底漆為純環氧型粉末涂料，面漆為純聚酯型粉末涂料。先將箱內箱外噴涂底粉，低溫下預固化后，待箱體降溫到50℃左右，再噴涂面粉，表8為具體的固化方式和固化特點。

集裝箱的生產是快節奏、大批量的流水線作業，粉末的噴涂施工要適應快節奏的生產線生產工藝，集裝箱粉末噴涂線的設計要滿足高效率的噴涂需求，約平均每2.5分鐘出一個箱體，一般箱內噴涂使用機器人式高壓靜電噴槍，箱外使用自動往復式靜電噴槍，噴涂1-2遍即可滿足膜厚要求。集裝箱涂裝的質量與粉末涂料的質量、現場環境、施工設備、施工人員等多方面的因素有關，下面為集裝箱粉末涂料涂裝過程中一些具體要求：

①粉末噴涂環境要求干凈整潔，保持噴粉室內的溫度和濕度，建議噴粉房溫度20-30℃，濕度60-80%。

②噴涂前，檢查和調整噴槍電壓和電流，以及噴槍的霧化壓力，使粉末均勻噴涂，保證噴涂上粉率，建議電壓60-90kv，電流10-20uA，霧化壓力0.3-0.45MPa。

③根據實際情況合理調節供粉流化桶的壓力，壓力過高和過低都會影響粉末的出粉量，建議壓力為0.04-0.1MPa。 

④檢查被涂工件是否完全接地，噴涂時噴槍口至工件的距離約15-30cm。

⑤噴涂后的工件加熱固化條件以粉末產品技術指標為準，必須保證合理的固化溫度和時間，固化不充分或過烘烤都會造成涂層不良。

3.4集裝箱粉末涂裝優勢

3.4.1環保優勢

自國際標準集裝箱誕生以來，溶劑型涂料一直是集裝箱制造行業中主要使用涂料，約占95%，存在較大的VOC排放污染。為此，2016年中國集裝箱行業協會通過了《中國集裝箱行業VOCs治理行業自律公約》，強制推行水性化涂裝，以實現VOC減排的目標。集裝箱使用水性涂料后，相比溶劑型油漆VOC減少了90%左右，但還是存在一定量的VOC的排放，而粉末涂料是純固體涂料，在使用過程中零VOC排放，綠色環保，是當今環保壓力下涂裝行業的最佳選擇，表9為幾種涂料VOC含量對比。

3.4.2性能優勢

相比水性涂料，粉末涂料的性能優勢明顯，主要體在耐水、耐溶劑、耐磨、耐候等性能方面。熱固性粉末涂料是在高溫條件下發生交聯反應，形成致密的網狀涂膜，涂層的綜合性能非常好；而水性涂料是用水作溶劑或分散介質的涂料，其耐水性和耐溶劑性能差，而且由于水的表面張力較大，涂料對基材的潤濕困難，容易出現很多缺陷[4]。表10為粉末涂料和水性涂料整體上性能耐受方面的比較。

3.4.3涂裝優勢

和溶劑型涂料相比，雖然使用粉末涂料前期需要投入昂貴的專用涂裝設備，而且粉末調色換色麻煩，但是在涂裝方面優勢明顯，包含涂裝效率、涂料的利用率、涂裝質量穩定性等，表11為粉末涂料和溶劑型涂料在涂裝方面的一些對比。

3.5集裝箱粉末涂裝難點

在集裝箱的“漆改粉”進程中，已經有一些配套小件成功使用粉末涂料，但目前還沒有整箱噴涂粉末涂料的應用先例，根據粉末涂料廠商對集裝箱粉末涂料的特定開發，和前期的一些測試驗證和對比評估，行業一致認為粉末涂料應用在集裝箱整箱上是完全能夠實現的。集裝箱的“漆改粉”是一項十分巨大的工程，前期的投入非常多，在實際應用中也是摸索進行，可能會碰到一些意想不到的問題發生，主要有以下幾個方面：

1) 基材無化學前處理，經過打砂后涂溶劑型車間富鋅底漆，保護基材在噴涂粉末前不生銹，粉末涂料和水性漆的結合性問題需關注，如果水性漆噴涂太薄，無法保護基材的生銹問題，如果噴涂太厚粉末與水性底漆的結合會有問題，所以車間富鋅底漆的噴涂膜厚把控十分關鍵。

2) 集裝箱噴涂粉末涂料后升溫固化的問題，集裝箱的幾個菱角與箱體厚度差異太大，兩者受熱達到所需要的材質溫度，時間相差太大，如果保溫時間過長，箱體涂層會過烘烤，如果時間不足，厚菱角的粉末涂層有可能固化不完全，都會影響涂層性能，所以升溫方式和保溫時間的把控也很關鍵。

3) 集裝箱的生產是節奏快、大批量的流水線作業，平均每2.5分鐘左右出一個集裝箱，這對于粉末涂裝線的流暢度和涂裝效率要求非常高，如何保障節拍的順利進行也是關鍵。 

4.結束語

基于環保要求，集裝箱涂料未來的發展趨勢必然是高固體分、無溶劑化的，而粉末涂料由于自身的環保優勢，未來必將會大量應用于集裝箱上，成為集裝箱涂裝的首選涂料之一。本文通過對集裝箱涂料的基本性能研究，對比分析集裝箱溶劑型涂料和粉末涂料的基本性能，開發出滿足要求的粉末涂料，并順利通過了美國KTA實驗室測試，肯定了粉末涂料在集裝箱上應用的可行性，同時對集裝箱“漆改粉”的優勢和施工過程中的重點難點也都作了詳細講解，為集裝箱粉末涂料的應用提供指導。