0引言

卷材涂料起源于20世紀(jì)30年代的美國(guó)，80年代的中后期，我國(guó)的寶鋼、武鋼等引進(jìn)國(guó)外的卷材流水線，拉開(kāi)了國(guó)內(nèi)彩鋼板生產(chǎn)的序幕。卷材涂料的涂裝是以冷軋鋼板、鍍鋅鋼板、鍍鋁鋅鋼板等為基板，采用高度自動(dòng)化的輥涂生產(chǎn)方式，鋼板經(jīng)過(guò)脫脂、化學(xué)處理、涂底漆、高溫烘烤、涂面漆、高溫烘烤后成膜，并達(dá)到一定物理性能和抗性的涂層。彩鋼板產(chǎn)量的70%左右為建筑用途，而家電用途的彩板也占有一定份額，約8%~10%，其余為商業(yè)用途、容器用材、交通與汽車、金屬家具等。彩鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1彩鋼板結(jié)構(gòu)示意圖

卷鋼所用的涂料類型及其涂裝條件見(jiàn)表1。

表1卷鋼所用涂料類型及其涂裝條件

由于彩鋼板最終用途不同，所用基板也不一樣，表2歸納了這些鋼板的用途。

表2鋼板種類及其主要用途

作為卷鋼涂料用鋼板在涂裝前必須對(duì)鋼板進(jìn)行表面處理。目前，前處理方法主要有磷酸鋅處理和鉻酸鹽處理，應(yīng)根據(jù)鋼板的情況來(lái)選擇處理方法。電鍍鋅和熱鍍鋅鋼板可選用磷酸鋅處理，其主要工序是：脫脂→表面調(diào)整→化學(xué)處理→鈍化處理，處理后在鋼板的表面形成一層磷酸鋅結(jié)晶體。鉻酸鹽處理可分為反應(yīng)型、電解型和涂布型等多種類型，實(shí)際生產(chǎn)線上涂布型鉻酸鹽處理法使用得較多，雖然說(shuō)鉻酸鹽處理沒(méi)有廢渣、廢液產(chǎn)生，有利于環(huán)境，但由于鉻酸鹽是有毒致癌物，故開(kāi)發(fā)無(wú)鉻化表面處理劑是發(fā)展方向。

由于彩鋼板的用途不同，故其對(duì)所用涂料的要求不一樣，例如建筑涂料彩板分為內(nèi)用、外用和其它用途三大類，其中60%~70%為外用板，主要用于屋頂蓋板（占總量的30%以上）和外墻壁板（占總量近30%），建筑外用彩板長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)吹、日曬、雨淋，經(jīng)歷多年的寒暑變化，所要求的主要性能有耐沖擊性、耐風(fēng)壓性、防火性、防漏水性、隔熱性、隔音性、耐候性、耐污染性、加工修補(bǔ)性等，此外還需要有美觀的色調(diào)、新穎的式樣、豐富的質(zhì)感、并與建筑物整體及其周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。

家電用彩板所用的鋼板國(guó)外己越來(lái)越多采用鍍鋅板，逐漸由鋅花或無(wú)鋅花的熱鍍鋅板來(lái)取代原來(lái)用的冷軋板或電鍍鋅板，而家電用彩板對(duì)涂料表面質(zhì)量的要求更高，需要涂料具有耐污染性、耐腐蝕性、耐候性、可加工性和適當(dāng)硬度。

家電用彩板因用途不同對(duì)涂料要求也十分不一，各有側(cè)重，如電冰箱彩板要求對(duì)食品無(wú)毒性，耐低溫，耐污染性等；洗衣機(jī)彩板要求耐強(qiáng)洗滌劑，耐腐蝕性；自動(dòng)面包機(jī)彩板要求耐熱性等，而大部分電冰箱、洗衣機(jī)等家電產(chǎn)品均為白色或近白色，故對(duì)色差要求十分嚴(yán)格。

1卷材市場(chǎng)概況

筆者所在單位是歐洲卷材涂料協(xié)會(huì)（ECCA）非歐盟會(huì)員，根據(jù)2006年上半年統(tǒng)計(jì)，卷材涂料涂裝彩鋼板的ECCA歐盟會(huì)員彩鋼板產(chǎn)量為961.59724萬(wàn)t，其面積為60194.7萬(wàn)m2。ECCA統(tǒng)計(jì)的2006年上半年卷材涂料產(chǎn)量分布及彩鋼板的用途分布分別見(jiàn)圖2和表3。

圖22006年上半年卷材涂料產(chǎn)量分布

表32006年上半年卷材涂料彩鋼板用途分布

由表3可見(jiàn)：建筑用彩板仍占有絕對(duì)使用量，其次為汽車和家電。

隨著全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，彩鋼板的產(chǎn)量也獲得了較快的增長(zhǎng)，表4為ECCA統(tǒng)計(jì)的2006年、2005年上半年涂料消耗量。表5為ECCA統(tǒng)計(jì)的2005年第二季度各涂料體系的消耗量與比例。

表42006年、2005年上半年涂料消耗量

表52005年二季度各涂料體系的消耗量與比例

由表4可見(jiàn)：2006年ECCA會(huì)員單位卷材涂料消耗量較2005年消耗量增長(zhǎng)了近18%，顯示了彩鋼板在歐洲仍是非常有前途的行業(yè)。

20世紀(jì)80年代中后期，上海寶鋼和武漢鋼鐵廠才開(kāi)始從美國(guó)、英國(guó)引進(jìn)卷材的生產(chǎn)技術(shù)和裝備。首條卷涂流水線于90年代初正式運(yùn)行，并取得了迅猛的發(fā)展。表6為中國(guó)1987年至2005年的卷鋼流水線數(shù)量和產(chǎn)量。

表6中國(guó)卷鋼流水線數(shù)量和產(chǎn)量

中國(guó)還處在彩色涂層板應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大的過(guò)程中，總體上，市場(chǎng)的需求依然旺盛。建筑用彩色涂層板在國(guó)際彩色涂層板市場(chǎng)上占比重為60%~70%，我國(guó)占90%以上，可以看出應(yīng)用領(lǐng)域雖在擴(kuò)展，但建筑仍是主要用戶。產(chǎn)能總量已高于預(yù)期消費(fèi)需求，高檔的彩鋼板越來(lái)越被中國(guó)建材市場(chǎng)親睞，家電用彩鋼板的需求量在逐年增加，并且賦予了新的功能，如抗菌表面。家電用板市場(chǎng)很大，電冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、冷柜等占用很大的市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)彩鋼板要占領(lǐng)這一市場(chǎng)還需下一番工夫，但市場(chǎng)是巨大的。

在過(guò)去的十多年中，中國(guó)的彩鋼板產(chǎn)業(yè)從無(wú)到有，發(fā)展到現(xiàn)在的270萬(wàn)t的消耗，取得了驕人的業(yè)績(jī)。近年來(lái)，中國(guó)上馬許多卷材機(jī)組，至2005年，總生產(chǎn)能力估計(jì)達(dá)到1750萬(wàn)t，實(shí)際開(kāi)工率嚴(yán)重不足，彩鋼板行業(yè)面臨著低端市場(chǎng)過(guò)度競(jìng)爭(zhēng)，而高端市場(chǎng)又需大量進(jìn)口的尷尬局面。

2卷材涂料技術(shù)及其發(fā)展

2.1卷材涂料的基本知識(shí)

卷材涂料配方通常都含有若干組分，一般采用的原材料為：

（1）顏料：著色顏料、防銹顏料、體質(zhì)顏料；

（2）樹(shù)脂：聚酯樹(shù)脂、高相對(duì)分子質(zhì)量聚酯樹(shù)脂、硅改性聚酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、溶劑型聚偏二氟乙烯樹(shù)脂、PVC樹(shù)脂等；

（3）溶劑：芳烴類、酯類、醚類、酮類等；

（4）助劑：消泡劑、分散劑、潤(rùn)濕劑、表面活性劑等；

（5）其它：催化劑、有機(jī)或無(wú)機(jī)充填劑、功能助劑（導(dǎo)電助劑、磁性助劑、抗菌劑等）。

樹(shù)脂用作涂料配方中的基料。此外，大多數(shù)涂料都需要溶劑，也可含各種助劑。再則，許多涂料還含交聯(lián)劑，它在涂料施涂于底材后，在固化階段與樹(shù)脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的漆膜。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)往往對(duì)產(chǎn)生良好的漆膜性能來(lái)說(shuō)十分必要。卷材涂料在高速涂布后，在高溫條件下快速進(jìn)行固化（10~25s），溶劑必須在固化階段蒸發(fā)，形成涂膜。對(duì)涂膜而言有許多性能是重要的，包括硬度、柔韌性、耐候性、耐化學(xué)品性、耐溶劑性、耐腐蝕性、對(duì)種種底材的附著性和抗沖擊性等等。這些性能取決于許多因素，包括樹(shù)脂的類型、相對(duì)分子質(zhì)量、單體組成和玻璃化溫度（Tg）；交聯(lián)劑類型與用量；固化條件；固化催化劑；以及助劑。改變這些參數(shù)可使漆膜性能發(fā)生很大變化，從而滿足許多不同應(yīng)用的要求。然而，這常常并不能使所有的性能同時(shí)達(dá)到最佳。

對(duì)于卷涂施工，可采用空氣溫度在600~700℉、時(shí)間約10~30s高溫烘烤。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)其最高金屬板溫（PMT）至少達(dá)到400℉，可使卷涂施工達(dá)到足夠的烘烤。通常，底材和涂料應(yīng)在足夠高的溫度下烘烤足夠的時(shí)間，才能使全部溶劑從漆膜中充分揮發(fā)并使聚合物與交鏈劑之間化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行到所希望的完全化程度。

按涂層不同，可將涂料分為底漆、面漆和背面漆三大類：

（1）底漆：根據(jù)成膜樹(shù)脂不同，底漆分為聚酯底漆、聚氨酯底漆、環(huán)氧底漆等，根據(jù)用戶的不同需要可選擇不同的底漆。常用的是環(huán)氧底漆和聚氨酯底漆，配以鋅鉻黃、鍶鉻黃等防銹顏料加工制造__而成。

（2）面漆：一般采用聚酯樹(shù)脂、高相對(duì)分子質(zhì)量聚酯樹(shù)脂、硅改性聚酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚偏二氟乙烯樹(shù)脂、PVC樹(shù)脂等，熱固化交聯(lián)固化體系使用甲醚化氨基樹(shù)脂（如氰特公司的303樹(shù)脂、首諾公司的747樹(shù)脂等）或封閉型異氰酸酯樹(shù)脂（BAYER公司的3175樹(shù)脂等），并選用耐高溫和耐候性好的顏料。

（3）背面漆：目前，在國(guó)內(nèi)可分為2/1、2/2、2/1M體系。2/1體系背面可涂一層底漆或只涂一層背面漆，主要用于夾心板，要求涂層有良好的粘結(jié)發(fā)泡性能。2/2體系采用底漆加背面漆兩涂體系，一般不要求發(fā)泡性能，作為單板使用。2/1M體系一般涂3μm的底漆和6μm的背面漆，可代替2/1或2/2體系，要求背面能發(fā)泡。

成膜物質(zhì)是影響涂層性能最直接的因素，表7所示為卷鋼面漆樹(shù)脂品種的特性。

表7卷鋼涂料樹(shù)脂品種

2.2卷材涂料技術(shù)的進(jìn)展

隨著彩板應(yīng)用數(shù)量和范圍迅速擴(kuò)大，卷材涂料已進(jìn)入快速發(fā)展期。2006年6月初結(jié)束的第4屆國(guó)際彩板及涂料涂裝技術(shù)研討會(huì)和2006國(guó)際彩板及涂料涂裝市場(chǎng)論壇傳出這樣一個(gè)消息：今后彩板及其涂料的走勢(shì)將趨向高性能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)國(guó)外BASF、AKZO-NOBEL、BECKER等世界一流卷材涂料技術(shù)發(fā)展方向和國(guó)內(nèi)彩鋼板用戶的需求，延長(zhǎng)戶外使用壽命、產(chǎn)品的功能化、環(huán)保節(jié)能將是彩鋼板今后一段時(shí)間的努力方向。

2.2.1建筑用彩鋼板的延長(zhǎng)壽命

在研究有機(jī)涂層的戶外老化影響因素中，太陽(yáng)光紫外線被認(rèn)為是引發(fā)降解的最主要因素。一般認(rèn)為有機(jī)涂層的光降解機(jī)理是自由基反應(yīng)機(jī)理。光分解和光氧化作用導(dǎo)致有機(jī)涂層分子鏈降解。有機(jī)涂層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后引起其性能變化，即有機(jī)涂層在紫外線作用下發(fā)生了老化，其老化速度和程度與聚合物和分子的結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。

（1）PVDF氟碳涂料。

表8為各種聚合物中共價(jià)鍵的鍵能比較，其中碳-氟鍵鍵能是有機(jī)共價(jià)鍵中最高的。PVDF含氟樹(shù)脂用作高耐候涂料始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過(guò)近三十多年實(shí)際使用，被證明耐候性十分優(yōu)異，是目前卷材涂層中耐候性最好的。

表8各種聚合物中共價(jià)鍵的鍵能

太陽(yáng)光中的紫外線波長(zhǎng)為220~400nm，220nm波長(zhǎng)的光能量為130kcal/mol，在陽(yáng)光中小于220nm的光線極少，陽(yáng)光對(duì)氟聚合物影響非常小，顯示了氟聚合物的高耐候性。而氟聚合物還具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，氟原子具有最高的電負(fù)性和較小的原子半徑，決定了氟聚合物極高的化學(xué)穩(wěn)定性。

1965年，美國(guó)Pennwalt公司和ElfAltochem公司研究成功半結(jié)晶聚偏二氟乙烯（PVDF）涂料，商品名為Kynar500。該涂料不能常溫固化，燒結(jié)溫度為240℃。以PVDF樹(shù)脂為主要成分的高耐候氟樹(shù)脂涂料具有優(yōu)異的耐候性、柔韌性、極佳的耐粉化性和耐沾污性等。

PVDF樹(shù)脂具有極佳的耐紫外線性能，但其本身不能阻隔紫外線，需借助涂料中的顏料達(dá)到阻擋紫外線的作用，使底漆不受紫外線的侵蝕，因此所使用的顏料必須具有優(yōu)異的耐候性和耐化學(xué)品性，能夠經(jīng)受20~30年的戶外曝曬。絕大多數(shù)有機(jī)顏料在陽(yáng)光和大氣的作用下會(huì)發(fā)生降解或結(jié)構(gòu)破壞而退色，而無(wú)機(jī)高溫煅燒金屬氧化物顏料的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)比較穩(wěn)定，適合長(zhǎng)期保護(hù)。目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有成熟的涂料和涂料評(píng)價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般采用美國(guó)AAMA2605或ASCA96標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)涂層的優(yōu)劣。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi)始盛行以三氟氯乙烯和乙烯酯單體共聚的含氟樹(shù)脂，大量應(yīng)用于建筑外墻和金屬板，由于使用易水解的乙烯酯單體和氟含量較PVDF低，因此，其耐候性與PVDF比較，有一定的差距。

（2）HDP高耐候聚酯（HighDurablePolyester）卷材涂料。

目前建筑用彩板主要采用普通的聚酯涂料，使用8~10年后，其涂層一般會(huì)失光，失去保護(hù)和裝飾性，甚至產(chǎn)生銹蝕等現(xiàn)象。PVDF氟碳涂料盡管可以保證室外25年以上的耐候性，但價(jià)格十分昂貴。在建筑用彩板方面，英國(guó)HYDRO公司（現(xiàn)被BASF收購(gòu)）、瑞典的BECKER公司等開(kāi)發(fā)出可達(dá)到PVDF涂層60%~80%耐候性的HDP聚酯涂料，且優(yōu)于普通的硅改性聚酯涂料，其戶外耐候性達(dá)到15年。目前，上海涂料有限公司振華造漆廠也開(kāi)發(fā)出了高耐候的聚酯樹(shù)脂。

歐洲專利EP525871介紹了一種適用于戶外耐久涂料體系的聚酯，特別適用于卷材涂料，是以1，4-環(huán)己烷二甲酸、六氫鄰苯二甲酸（酐）、EsterDiol204和新戊二醇制得的一種聚酯。將其與三聚氰胺匹配，用于卷材涂料體系，形成柔韌耐候的涂膜。歐洲專利EP1172425介紹了一種適用于戶外耐久涂料體系的聚酯，也適用于卷材涂料，它是由2.1molEsterdiol204、0.2molNPG、4.5molCHDM、5.3molHHPA制得的一種聚酯。將其與三聚氰胺和異氰酸酯匹配，用于卷材涂料體系，形成柔韌耐候的涂膜。

USPatentApplication20040058187中介紹了一種HDP卷材涂料和用HDP卷材涂料制得的彩涂鋼板，樹(shù)脂采用ConstructionChemicals的KP1578，并和普通聚酯卷材涂料、有機(jī)硅改性聚酯卷材涂料、PVDF涂料進(jìn)行了比較。

高耐候聚酯樹(shù)脂在合成時(shí)采用含環(huán)己烷結(jié)構(gòu)的單體，來(lái)達(dá)到樹(shù)脂的柔韌性、耐候性和成本的平衡，采用不含芳香族的多元醇和多元酸來(lái)減少樹(shù)脂對(duì)UV光線的吸收，達(dá)到涂料的高耐候性能。涂料配方中加入紫外線吸收劑和位阻胺（HALS）來(lái)提高漆膜耐候性能。高耐候聚酯卷材涂料在國(guó)外已被市場(chǎng)認(rèn)可，國(guó)內(nèi)寶鋼正不遺余力地進(jìn)行推廣和應(yīng)用，該涂料性價(jià)比十分突出。

（3）有機(jī)硅改性聚酯卷材涂料。

傳統(tǒng)的有機(jī)硅改性聚酯卷材涂料是用有機(jī)硅樹(shù)脂和聚酯樹(shù)脂冷拼進(jìn)行改性，可保證10年的室外耐候性。有效的辦法是用有機(jī)硅單體直接對(duì)聚酯樹(shù)脂進(jìn)行改性，進(jìn)一步提高有機(jī)硅改性聚酯樹(shù)脂的耐候性，使涂層達(dá)到室外20年的耐候性，并成為開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。

在對(duì)聚酯樹(shù)脂進(jìn)行改性時(shí)，通常采用甲氧基的有機(jī)硅中間體，當(dāng)有機(jī)硅含量達(dá)到樹(shù)脂的30%，并采用高溫煅燒的金屬氧化物顏料時(shí)，涂料可達(dá)到25年的耐候性要求，僅次于氟樹(shù)脂涂料。