刘玉昆 / 刘立会 / 陈雪梅 / 杨治强 / 崔志刚
(廊坊艾格玛新立材料科技有限公司)
摘要：拼装罐广泛应用于饮用水、消防水、污水处理、农业、沼气发酵、化工等各种领域的存储。环氧粉末涂料可在大多数场合完美替代传统搪瓷作为拼装罐的防护涂层，具有成本低，涂装简单，绿色环保，防腐蚀能力优秀的特点。本文总结了国内外环氧粉末拼装罐的技术要求，并分析了涂装过程中的常见问题和配方设计注意事项。
1 拼装罐涂装背景介绍
拼装罐是由钢板通过自锁螺栓和密封胶拼接而成的储存容器(图1)，广泛应用在饮用水、消防水、污水处理、农业、沼气发酵、化工等各种领域。有关调查表明，未来十年全球拼装罐年复合增长率CAGR约为5.9%。目前拼装罐的涂装防护以搪瓷为主，由于无机搪瓷涂层耐温高，耐化学性能好，搪瓷拼装罐在各类应用场合表现优秀。但搪烧需要温度高达800℃，造价较高，涂层韧性和附着力相对较差，且搪瓷表面或内部很难避免都会存在微孔，安装运输过程中由于磕碰易造成缺陷，这些问题的存在促使人们着手研究其他类型的涂覆材料。熔结环氧粉末涂料用于管道、储罐、钢构等防腐领域已经非常成熟，因此环氧粉末便顺理成章的成为首选对象。早在本世纪初，欧美地区就有关于粉末涂料用于拼装罐涂覆的研究，拼装罐龙头厂商CST Industries、Permastore等公司为粉末涂料涂覆拼装罐的先行者。环氧粉末涂层其耐蚀性仅次于搪瓷涂层，适用于大多数种类的拼装罐，环氧粉末涂覆拼装罐在欧美地区已经多年的应用验证，并且已较广泛推广。近年来，国内拼装罐企业也在推行环氧涂层拼装罐，如北京盈和瑞、石家庄正中等。随着国内的产业越来越集中，可再生资源的扩展，水处理厂、农业储存设施、沼气池等基础设施项目的建造，给拼装罐市场的带来了大幅增长。因此，推动粉末涂料在拼装罐上的应用，将对粉末涂料的市场扩展起到很大的促进作用。
2 环氧涂层拼装罐可储存物质
环氧涂层相较于搪瓷涂层，其化学耐性稍差，尤其是在有机溶剂的耐受性方面，因此选择时应充分考虑存储介质种类。环氧涂层拼装罐可以用于储存以下介质，见表1。
实际应用时，还需考虑介质温度带来的影响，合理设计环氧粉末涂料的配方，如适当添加酚醛改性环氧可提升涂膜玻璃化温度和化学耐性。
3 粉末涂料涂装拼装罐的工艺介绍和技术要求
3.1 涂装工艺
拼装罐多处于室外暴露环境，内壁涂层与存储介质直接接触，提供良好的防腐蚀能力和耐化学性，一般选用特种纯环氧体系粉末涂料；外壁暴露在室外，需要兼备防腐蚀和抗紫外线老化的能力，因此多采用环氧涂层打底，外涂聚酯粉末的双层结构。涂装工艺如图2。粉末涂装拼装罐钢板需要经历以上15个步骤。良好的前处理是任何合格涂装的前提，在保证喷砂/抛丸效果的同时，也要注意钢丸的定期更换，以及后续后压制成型设备(压辊、传送装置)的洁净度，避免钢板表面被油污污染。很多涂装厂家钢板压制成型后省去了脱脂处理，涂装后往往会出现局部气泡、针孔等各种涂层弊病。由于涂装后有二次固化，涂装前预热不需要达到太高的温度，其主要目的是去除钢板表面和内部湿气，一般建议在110℃~160℃之间。如果钢材足够洁净，也可以采用冷涂装的方式，环氧底层涂装完成后进行预固化，然后趁着钢板的热量进行面层涂装，最后进行二次固化。若有条件在涂装前将钢材加热到比较高的温度，也可以采用快速固化类型的粉末涂料，利用钢板的余热固化成膜；或者底层环氧、面层聚酯直接连续喷涂，最后进行一次巩固性固化。但需要注意的是，利用钢板余热固化的涂装工艺，涂装前一定要达到粉末涂料厂商要求的温度，且给予钢板足够的预热时间，以保证钢板热透而具备足够的热量，并根据需要可在喷室前后增加封闭保温空间，以减少热量损失。总之，无论是哪种工艺，在涂装线设计时都应考虑尽快进入下一环节，避免过程中的能量损失，减轻最终的固化压力。粉末厂家生产粉末前一定要了解各环节的温度、时间，以便更准确的设计出适用的粉末涂料。
3.2 涂层技术要求关
于拼装罐涂覆热固性粉末涂料的技术要求，目前国内没有相关国标或行标，储水拼装罐可参考的标准有美标AWWA D103-09。根据国内外相关拼装罐企业的设计要求和企标，本文总结了一下拼装罐钢板涂装粉末涂料的相关技术指标：
下面是Permastore公司的粉末涂料拼装罐的技术要求：表2和表3分别是内壁熔结环氧粉末涂料性能要求和外壁环氧底粉加聚酯面粉双涂层的性能要求：
国内某企业粉末涂料拼装罐的技术要求表4和表5分别为内壁环氧粉末涂层的厚度要求和外壁双环氧低粉加聚酯面粉双涂层的厚度要求：
表6和表7分别为内壁环氧粉末涂层性能要求和外壁环氧底层加聚酯面层双涂层的性能要求:
以上技术标准仅供参考，实际设计时可根据拼装罐的具体用途和使用环境制定更合适的指标要求。
4 粉末涂装拼装罐常见问题及粉末涂料配方设计
拼装罐的钢板厚度一般在2~12mm，烘烤过程中升温慢，抛丸后表面锚纹深度一般为40μm~100μm，涂覆上去的粉末在烘烤过程中会长时间处于低温区，需要重点考虑流平和流挂的平衡问题。下面从涂装过程中常见弊病的角度，简单介绍一下配方设计时需要考虑到的问题。
4.1 常见问题
(1) 橘皮和流挂
由于钢板较厚，升温较慢，烘烤固化时粉末涂料长时间处于低温熔融状态，固化缓慢，加之涂装厚度较大，很容易出现流挂现象，流挂不但会造成外观问题，还会影响钢板的拼装。流挂一般可以通过调整胶固化时间，适当提高树脂粘度，添加适量触变剂来改善。但调整的同时，要考虑对流平带来的不利影响。钢板长时间的低温状态，造成树脂的熔融黏度一直居高不下，本身对流平就很不利，如若体系反应过快，则涂膜会出现严重橘皮。因此配方设计时要考虑二者平衡，并根据实际涂装效果进行修正配方。涂装时也可以调整烘烤温度，涂装工艺参数等方法来改善涂膜外观效果。
(2) 气泡
气泡是拼装罐涂装粉末涂料的工艺中比较常见的问题。气泡往往出现在钢板的四周，通常是由于边缘部位表面处理不彻底所致，边缘部分应着重进行打砂/抛丸处理。冲孔、裁切和压制成型时要尽量保证钢材不被污染，如有污染一定要进行脱脂处理。也有人认为边缘部分在烘烤过程中升温速率快于钢板大面，从而固化速度较快，更易出现气泡；也有人认为钢板边缘部分切割和冲孔会对钢材内部结构造成一定破坏，产生微孔，从而引起烘烤时产生气泡。不管哪种原因，拼装罐用粉末涂料配方设计时应做好消泡预防，添加合适的消泡助剂。其实气泡问题与流平和流挂并不能独立对待，往往改善了A问题的同时会带来B问题，配方设计时需要全面的考虑。涂装时，也要根据气泡的分布、大小、多少以及涂膜厚度，理性分析，调整温度等工艺参数来改善问题。
(3) 漏点
漏点会严重影响涂层的防腐蚀效果，因此涂装过程中，每一块钢板都需要进行漏点检测(图5)，检测电压一般采用1100V。针对膜厚较大，如≥300μm的钢板，应适当提高测试电压，可用1500V进行检测。产生漏点的原因有很多，如基材的前处理不彻底，表面的杂质残留，涂装环境差，压缩空气不洁净，漏涂，气孔，使用的回收粉被污染，粉末质量不好等。粉末涂料生产制造时要保证混合和混炼效果，使树脂和颜填料之间进行充分的润湿包裹，这样固化后的涂膜才足够致密，且不宜选用粒径过大的填料(建议≥800目)，以免其中的大颗粒在涂膜中形成漏点。
以上是粉末涂装拼装罐钢板过程中3个常见的问题，配方设计时应重点考虑。
4.2 配方设计
由于聚酯粉末面层主要提供耐候性，跟其他行业没有太大差别，根据耐候的要求设计配方，同时需要考虑避免上述易出问题，此处不再赘述。环氧粉末涂层直接与存储介质接触，对内外防护尤为重要，设计时需要全面考虑。
(1) 介质耐受性
环氧粉末涂层可耐受表1中的化学介质，配方设计时需要根据拼装罐的用途，更准确的选择材料，如饮用水拼装罐要避免使用含有重金属和其他有害物质的原材料，同时要考虑体系的耐水性，避免使用耐水性差的双氰胺作为固化剂，推荐采用酚类固化剂；如果存储高温的介质，需要考虑提高涂膜的玻璃化温度，如使用部分酚醛改性环氧。
(2) 附着力
涂膜的附着力是防腐蚀的基础。一旦出现附着力问题，涂膜与基材的界面会很快形成水膜，并通过渗透压快速扩散，基材也会迅速腐蚀。润湿是附着力的前提，因此不能一味追求涂装时的抗流挂能力而过度提高树脂的粘度。另外可以通过填料和助剂来改善涂膜的附着力。市场上有很多高羟基含量的附着力促进剂，对涂膜的附着力有很明显的提升，但是这些助剂都有较强的亲水性，过量添加会影响涂膜的耐水性，需要注意用量。
(3) 耐磨性
拼装储罐内介质的流动更新，会对储罐内壁涂层产生摩擦，长期下来会造成严重磨损，因此配方设计时需要适当提高涂膜的耐磨性。可以通过添加硬度较高的填料，如硅灰石，二氧化硅，氧化铝等来提高涂膜的耐磨性能；同时可以适当提高涂膜的交联密度，虽然按照GB/T 1768的方法测试结果没有明显提升，但大量的实用案例证明提高涂膜交联密度会明显增加涂膜耐磨寿命；也可以使用一些表面张力低的材料，如含硅树脂，从而降低涂膜表面的摩擦系数，减少磨损。
(4) 抗渗透性
抗渗透性好的涂膜会大大提高涂膜的防护能力和使用寿命。研究表明，交联密度对涂膜抗渗透能力的影响并不如想象那么明显；而不同填料却表现大相径庭。绢云母能大大提升涂膜的抗渗透能力；疏水性气相SiO2也会阻止水分的渗透；硅灰石对涂膜的湿附着力有帮助，可以阻止水分的扩散。
(5) 抗冲击性
拼装罐钢板存储、运输、安装过程中难免会磕碰，这就要求涂膜具有较好的抗冲击能力，以抵抗外来的机械破坏。涂膜抗冲击性能跟使用的环氧树脂分子量，固化剂种类，填料种类，树脂份含量都有关系，这方面的经验已经较普及，本文不再赘述。综上，粉末涂料配方设计是个需要全方位考虑的工作。不止需要考虑涂料本身性质，还需结合涂装工艺条件，没有万能的粉末，只有千变万化的涂装工艺。
5 结语
拼装罐市场市场前景广阔，在大多数的应用领域，粉末涂料都可完美替代搪瓷作为拼装罐的防护材料。国内的环氧涂层拼装罐生产经验较少，仍需摸索完善。拼装罐粉末涂料的制造和使用过程中，仍存在很多难点问题需要解决。配方设计时只有充分考虑应用需求，技术指标，和易发问题，才能生产出合格的粉末产品，实现长效防护。
来源：粉末涂料与涂装 2024会刊
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