吴向平 / 宁波 / 李馨 / 邓凯 / 王婉婧 / 徐萍 (中国化工学会涂料涂装专业委员会全国涂料工业信息中心)
摘要:以中国化工学会涂料涂装专业委员会和全国涂料工业信息中心的行业统计数据、国家统计局发布的数据及行业调研为基础,阐述了2024年我国粉末涂料及其原料和制粉设备以及涂装领域运行概况,提出了未来行业发展建议。
引言:2024年是新中国成立75周年,也是中国粉末涂料与涂装行业在复杂环境中迎难而上、开拓进取的关键之年。在国家“推进生态文明建设”“碳达峰、碳中和”等重大战略持续深化的背景下,绿色、低碳、可持续的发展理念已深入人心,成为推动经济社会转型的核心动力。这一切为行业带来新机遇的同时,也对我们提出了前所未有的新要求新挑战。这一年,随着国家“两新”政策(新基建与新消费)的逐步落地,消费市场活力增强,产业升级加速,绿色转型成效显著。这一年,随着“源头替代”工作的不断推进,涂料与涂装行业步入绿色发展新时期,越来越多的新兴领域开始关注并转向粉末涂装,市场上“漆改粉”乃至“水转粉”的呼声日渐升高。尽管粉末涂料传统应用领域面临较大的下行压力,但随着新兴领域的不断涌现,粉末涂料与涂装抓住了新的风口,继续保持增长态势。这一年,行业绿色制造体系不断巩固和发展,已有10余家企业获评国家级或省市级绿色工厂。这一年,中国粉末企业出海布局加速,已经有近20家企业在海外落地生根,不断拓宽国际视野,与世界一流企业同台交流,共谋发展。中国粉末涂料与涂装行业国际竞争力不断提升,继续引领着全球粉末涂料与涂装行业发展。
1.2024年我国粉末涂料行业运行概况
尽管当前房地产市场需求处于低谷,但“漆改粉”的转型浪潮却在工程机械、新能源(汽车、光伏、储能)、卷材、集装箱、输水管道等多个领域激发了粉末涂料需求的显著增长。随着国家生态环境部门大力推进源头替代,全面加强无组织排放控制,推进建设适宜高效治污设施,深入实施精细化管控,全面治理减排VOCs已经势在必行。业界也逐步兴起了以“能粉不水,能水不油,油推高固分”的原则,稳步推进大、中、小企业实施源头替代,倒逼涂装厂采用粉末涂装,这一现象近几年逐步增多,必将带来“液转粉”的加速,绿色发展为粉末涂料行业创造了最佳机遇期。
2024年颁布的涉及粉末涂料与涂装的重点政策有:①3月,国务院印发《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》,旨在通过财政、金融等手段,刺激投资和消费,推动产业升级和绿色发展。②7月,在二十届三中全会精神指导下,工业和信息化部等九部门联合发布《精细化工产业创新发展实施方案(2024—2027年)》,重点推进涂料产业绿色转型,削减高VOCs涂料,推广粉末、水性等环保型涂料,促进技术创新,满足消费升级需求,助力美丽中国建设。③11月,江苏省人民政府发布《关于加快推动全省化工产业高质量发展的意见》,支持涂料等以物理加工为主要生产方式的区域特色产业进入合规园区整合集聚发展。
1.1 绿色涂料市场增势显著,“液转粉”加速
据中国化工学会涂料涂装专业委员会和全国涂料工业信息中心统计,2024年我国热固性粉末涂料销量265万t左右,比上年度增长6.6%(见图1)。综合来看,多数粉末涂料企业在2024年实现了净利润的提升,主要归因于原材料价格回落带来的成本压力缓解,整体毛利率水平有所改善。此外,部分企业还受益于销售收入的增长以及有效的成本管控措施,带动行业整体利润逐步修复。总体来看,粉末涂料行业仍处于成长期,但粗放式增长阶段已基本结束。
1.2 粉末涂料的应用领域变化
数据统计显示,在热固性粉末涂料领域,2024年建材(含暖通)粉末涂料市场份额为27.2%;一般工业用粉末涂料市场份额占22.3%;家电粉末涂料市场份额占18.8%;家具粉末8.9%;其他应用领域包括功能性(防腐)9.5%、农用工程机械及汽车9.4%、3C产品3.9%。2024年我国粉末涂料应用领域情况见图4,各领域整体走势见图5,基本与我国下游行业的运行情况及重点领域“漆改粉”趋势相一致。
1.3 粉末涂料地域分布情况
2024年长三角地区占45.3%左右,仍然占主导地位;珠三角地区占比27.8%左右,产量主要集中在广东省,广东省以建材、家电和五金为主(约占粉末用量80%左右),这几年受房地产、产业转移以及出口受限等因素影响,冲击比较大,整体呈下行趋势;环渤海地区占比16.5%,逐渐趋稳;中西部地区粉末涂料占比10.4%,高速增长几年后逐渐平稳(图6)。
1.4 粉末涂料固化体系的变化
统计显示,2024年我国热固性粉末涂料中,纯环氧粉末涂料占比19.2%,环氧/聚酯混合型粉末涂料20.5%,聚酯/TGIC型粉末涂料35.1%,聚酯/HAA型粉末涂料24.3%,其他类型粉末涂料占0.9%。总体来看,各体系之间占比切换主要受成本影响,纯聚酯体系粉末产品对其他常规体系替代进一步加大(图7)。2024年混合体系受TMA价格暴涨影响比较大。
2.粉末涂料应用领域发展现状及趋势
2.1 建筑铝型材和工业铝型材呈冰火两重天态势
铝型材领域是粉末涂料应用的基石和最大的试验场。据中国有色金属加工工业协会发布数据,2024年我国建筑铝型材产量下降19.9%,工业铝型材产量增长23.2%,近三年建筑铝型材和工业铝型材一直呈现这种冰火两重天态势。反馈到上游粉末涂料领域,建材粉下行压力不断加大,价格战激烈;工业铝材对粉末的需求不断提升且产品迭代加速,因此需要粉末涂装协同工业铝材领域加强科技创新与产业创新融合,不断提高自主创新能力;加强新产品开发,培育新应用场景,助力持续扩大铝型材应用。
目前在建筑型材行业,受房地产下滑影响,工程铝型材用量减少,家装型材增多。家装市场特点主要以固定颜色为主,流行数个颜色,一般都会推荐几个主流颜色供客户选择,除非客户推出新的系列产品,才会有新的颜色。由于该特点,在颜色管理上相对容易,但同时家装客户对于外观质量要求更为严格,色差控制是关键。在大环境影响下,产品结构变化,家装市场产品在建材领域占比近三年在不断上涨,而家装市场里面金属效果产品占比达到65%以上。工程市场主要以定制化为主,几近所有客户都会新开颜色(颜色不固定,以设计要求为主),20年以上氟碳粉应用较少。在幕墙类产品中客户对外观要求更为严格,通常会在阳光下通过目视不同角度观察幕墙型材产品,对于金属效果的外观是极大的挑战。
近年来虽然房地产行业下行对建材行业影响较大,但我国已经形成了巨大的房地产存量市场,二手房市场、老旧小居改造、乡村振兴等为建筑铝型材产业发展孕育着新的机遇;而且,随着人民生活水平提高和对美好生活的追求,门窗已由传统的遮风挡雨功能向兼顾安全、舒适、智能、美观、绿色环保等要求的系统门窗快速发展,高端化、智能化、绿色化为铝型材及门窗行业高质量发展提供了新的机遇;另外,铝型材产量大,工业领域应用广泛,且新兴应用层出不穷,因此不论是航空航天、高铁、大飞机,还是国民经济各领域,尤其是扬帆出海、叫响全球的“新三样”,都离不开铝型材的材料支撑。虽然我国铝型材产业当前面临产能过剩、消费需求放缓、国际贸易摩擦加剧等一些挑战,但我国铝型材产业发展仍然处于重要的战略机遇期。
需要引起注意的是,2024年11月15日,财政部、税务总局联合发布关于自2024年12月1日起取消铝材等产品出口退税政策的公告,铝材作为粉末涂料的主要应用领域之一,其市场变化对粉末涂料行业的影响不言而喻。
另外,在铝型材领域,粉末涂料的主要竞争来自阳极氧化和电泳处理。阳极氧化能展现金属原色质感,硬度极高,但在颜色多样性、环保性(废水处理)和均匀性上不如粉末涂料,两者根据设计需求共存。
当前在建材领域,对成本极其敏感。中低端市场存在激烈的价格竞争,考验着企业的成本控制能力。
2.2 家电领域总体保持平稳
2024年家电领域总体保持平稳。据国家统计局数据,2024年规模以上家电企业主营业务收入为1.95万亿元,同比增长5.6%;利润为1737亿元,同比增长11.4%。2024年,中国家电行业出口额为7121.99亿元,同比增长15.37%。促使家电产品保持稳定增长的原因主要有:家电产品的升级步伐不断加快,产品基本功能、性能进一步提升,外观设计更加美化;特别是家电健康化、集成化、嵌入式的发展趋势愈发明朗,产品结构的升级既推动高品质家电产品的销售增长,也提升了终端市场的价格;另外,新兴品类成为新增长点,成为拉动家电市场增长的重要引擎。
在中国,绝大多数金属外壳的家电产品都采用粉末涂装,市场渗透率极高,尤其是在白色家电和厨电领域。目前的家电粉末涂装领域研发热点有:抗菌粉末涂料,多用于洗衣机、厨房小家电等产品上;抗油污粉末涂料,多用于油烟机、燃气灶、厨房空调等产品;防火性、耐磨性、高防腐粉末涂料,多用于军工、核电等特殊空调产品。对于风管机、多联机等轻商产品,粉末涂料趋于时尚、高端方向发展,越来越多的高装饰性的金属粉末及特殊纹理效果粉末应用在空调外机上,大大提升产品竞争力与客户满意度。在粉末体系选择方面,大多坚持使用更加环保的HAA聚酯体系,使产品满足RoHS和REACH标准。
当前,尽管粉末涂装在家电领域地位稳固,但也面临其他技术的竞争。
(1) 预涂卷材:在冰箱、洗衣机侧板、后背板等领域,预涂金属卷材因其生产效率高(无需喷涂线)、环保问题前置,对粉末涂料喷涂形成了强有力的竞争。粉末涂料的优势在于小批量生产的灵活性、更好的边角覆盖率和修复性。
(2) 水性涂料:同为环保涂料,水性涂料在极致的外观效果和光滑度上有时更占优;但粉末在耐久性、成本效益(无废水处理)和材料利用率上优势明显。
家电行业竞争激烈,成本控制极为严格,未来对粉末涂料供应商的降价压力持续存在。随着家电设计创新,粉末涂料需要适应复合材料、MDF(中密度纤维板) 等新基材,这对低温固化等技术提出了更高要求。
未来,随着家电产品向高端化、智能化、健康化发展,粉末涂料技术也将随之迭代升级,继续为家电产品提供坚实的保护和靓丽的外观,其在家电领域的应用基本盘将保持基本稳定并向高价值方向发展。
2.3 工程机械及商用车领域漆改粉趋势加速
根据中国工程机械工业协会发布信息,2024年重点统计12大类主要产品销售185.5万台,同比增长4.5%,其中出口方面增长14.7%,内销降幅收窄1.61%。在“两新”等系列增量政策措施推动下,与基础设施建设密切相关的挖掘机等呈现触底回升态势,全年挖掘机国内市场销量同比增长11.7%。
在环保政策推动下,近几年工程机械行业绿色涂装也迎来了高速增长。在工程机械行业绿色涂装发展进程中,粉末涂装的优势逐步凸显,其对施工人员技能要求不高,虽烘烤温度较高,但是在薄板件应用中,单位面积的综合涂装成本显著低于溶剂型涂料,甚至只有溶剂型涂料涂装成本的一半。目前,国内主要工程机械企业已普遍建成粉末涂装生产线并投入应用。
近年来随着粉末涂料低温固化技术和烘烤加热设备技术的迅速发展,粉末喷涂在重型结构件上的应用逐步获得行业认可,相关“漆改粉”项目持续增多。
综合考虑国内环保政策与运营成本因素,粉末涂装相较于油性/水性涂料具有显著优势:其施工简便、占地面积小、污染物近零排放、涂料利用率高、性能稳定,既契合中国质量发展与国情需求,也尤其适合中小企业投资小、见效快的运营特点。商用车底盘件通常具备装饰性要求不高、颜色相对统一、工况复杂、防腐需求高等特点,与粉末涂装的性能特征高度匹配。
随着越来越多零部件供应商推进工艺升级,其配套的主机厂也在“漆改粉”趋势中获益。例如,东风柳汽已完成车架及底盘件“电泳+喷粉”工艺升级;济南重汽也在规划建设底盘件喷粉线,拟对电泳后的底盘件实施集中喷粉,以实现零部件质量的全程可控。
商用车底盘件结构复杂、板厚不均,在常规喷粉工艺中能耗较高。集约化生产时需将薄板件与厚板件分类固化,在确保充分固化前提下尽可能节能。因此,低温固化粉末涂料在商用车及工程机械领域的推广显得尤为关键。
目前,粉末涂装在工程机械涂装领域的占比约为15%。基于涂装工艺设计的“三原则”(成本、效率、环保)判断,其未来发展潜力巨大。
2.4 新能源领域快速增长为粉末涂装带来风口
近年来,我国新能源领域高速发展,给粉末涂装带来了风口。主要涉及新能源汽车、储能、光伏等领域。
新能源汽车领域:近年来,新能源汽车快速增长为粉末涂装带来风口,电池电芯、母排连接件、电池模组、液冷板的涂装广泛使用粉末涂料。
2024年在政策、供给、价格等多重利好因素作用下,我国新能源汽车产量突破1000万辆,产销分别为1288.8万辆和1286.6万辆,分别同比增长34.4%和35.5%,销量达到汽车新车总销量的40.9%。
新能源汽车跨越式爆发的支点,就在于车载动力电池、驱动电机、电控系统等关键零部件的技术革新,以及充换电站,储能等配套基础设施逐渐完善,围绕新能源汽车的新兴领域爆发增长,为粉末涂料的产品应用开发提供了新的领域。
目前在电芯绝缘领域主要有4种解决方案:PET蓝膜、粉末涂装、UV涂装和喷墨打印。粉末涂装因具有施工简单,一次喷涂成型,较高的生产效率,设备成熟,便于安装和运输等优势,目前已得到较多的应用。未来将朝着低温固化(140℃),合格率优化,材料、设备持续优化方向不断迭代。
新能源汽车涂层需求粉末涂料成为增长最快的细分领域;动力电池壳体、储能设备外壳等应用推动耐高温、绝缘粉末涂料需求激增。另外在汽车轻量化趋势下,铝合金部件绝缘粉末涂装渗透率提升。
储能领域:“底+面”双涂层工艺已广泛应用。国家发改委、能源局在《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中提出,2025—2030年,装机规模将从3000万千瓦到2030年超5000万千瓦。
需要注意的是,由于地区差异,例如内蒙、新疆、宁夏与山东、江苏等地区的气候差异较大,对温度、耐水、耐盐、抗石击等要求差异较大。粉末涂料企业应根据储能机站建设要求提供相应性能产品。
2024年,特斯拉在上海兴建了世界第一条大型储能柜自动化粉末涂装线,势必将引领储能领域粉末涂装的广泛应用。
光伏领域:光伏铝支架的粉末喷涂已有应用;光伏铝边框的粉末喷涂正处于验证阶段;柔性光伏组件上面透明粉末涂料的应用。
2.5 户外休闲家具用粉市场平稳增长
中国作为全球最大的户外休闲家具生产国和出口国,已形成从原材料、零部件到成品组装的完整产业链。浙江、广东、福建等地构建了显著的产业集群优势,产品主要销往北美、欧洲、澳大利亚等户外生活文化成熟的地区。过去,国内产业以出口代工(OEM/ODM)为主;近年来,在消费升级、民宿经济、露营热潮、乡村旅游发展以及居民对高品质居住环境追求的共同推动下,内需市场迅速崛起,展现出巨大潜力。
从生产布局来看,已形成浙江、广东、福建“三足鼎立”的产业格局。其中,浙江临海作为产能与出口的核心区域,产业链完整、技术成熟,以金属(铝/铁)制品及PE藤编家具为主,承接大量海外订单。广东依托其雄厚的家具制造基础和广交会等外贸平台,产品设计更为新颖,注重品质与品牌建设。福建则凭借港口资源和不锈钢产业基础,专注于不锈钢类户外家具(如凉亭、烤炉、桌椅等),同样以出口为导向。
户外休闲产品材质多以挤压铝型材、镀锌板、普通钢板等为主,涉及制管、切割、冲孔、钻孔、弯曲成型、激光切割、CNC成型、焊接等工艺,户外休闲产品喷涂难点主要有:结构复杂,沟槽多;金属框架比例高,多焊接方式,前处理水分残留;产品大小跨度大,颜色多样;薄壁大件,易变形;焊接后残留焊渣对喷涂的影响;外观要求高(大件碰划伤)。
在环保政策推动下,该行业头部企业已有超过80%的产品线采用粉末涂装。值得注意的是,受贸易摩擦影响,国内部分户外家具产业链正逐步向东南亚地区转移。
2.6 保温杯(壶)领域“漆改粉”进程加快
中国保温杯产能高度集中于几大“五金之都”,已形成完整的产业链与产业生态。浙江永康作为“中国口杯之都”,是全球最大的保温杯生产基地,占全国总产量的70%以上。其产业链极为完善,覆盖不锈钢板材、塑料配件、模具开发至组装包装全环节,在成本效率和供应链灵活性方面具备显著优势。广东揭阳依托潮汕地区的不锈钢产业基础,也成为重要的不锈钢制品基地之一,在发展保温杯产业方面具有独特条件,但整体规模和集群效应仍不及永康。此外,河北、山东、江苏等地也有部分生产企业,多数规模较小,或专注于特定品类与渠道。
中国保温杯(壶)市场已从单一功能品市场发展为规模庞大的消费品市场。消费者需求从“拥有一个保温杯”升级为“追求美观、实用与健康并重”,购买动机也从实用需求延伸至情感与社交层面。公众对饮水健康的关注度显著提升,对产品材质安全、保温保冷性能及便携性提出更高要求。使用场景亦从传统的户外、办公扩展至健身、旅行、车载、母婴
及校园等多元场景,推动细分产品需求持续增长。预计未来几年,该市场将保持年均5%~10%的稳定增长。
在此背景下,我国保温杯领域“漆改粉”进程明显加快。2024年,该领域粉末涂料年使用量已达约11500t,其中浙江地区约占8000t。从发展趋势看,保温杯用粉末涂料正向更环保(如抗菌、无铅、无钡、无锡、无氟)、更优的耐化学品性、更强的耐磨性以及更佳的表面效果等方向持续演进。
2.7 彩涂板粉末涂装逐渐增加
近年来,我国彩涂板卷行业呈现出“产能持续扩张、产量波动调整”的典型结构性特征。产能端保持稳步增长,2021-2024年,彩涂板卷总产能从5109万t逐步提升至5512万t。2024年,中国彩涂板卷产量为2409.35万t,同比下降12.80%。从产品结构来看,建筑用彩涂板仍占据主流,而用于家电、新能源汽车等领域的高质量、新型彩涂板正逐渐成为行业关注的重点。
从区域产量分布来看,华东地区依然是我国彩涂板卷的主要供应基地,尤以山东(博兴地区拥有彩涂板产线200余条)和浙江为代表。2024年,华东地区产量占全国总产量的63.44%,但占比有所下降;华北地区产量占比为18.38%,同样呈下降趋势;华南地区产量占比为4.88%,产量从2022年的116万t增至2024年的140万t。
彩涂板粉末涂装技术起源于20世纪90年代中后期,以美国粉末云(Powder Cloud)和荷兰电磁刷(EMB)工艺为代表。这些技术虽实现了线性上粉与均匀涂敷,但仍面临厚涂层制备困难、运营成本高等挑战。国内研发自2010年由中冶京诚和擎天公司共同推进,重点突破“高速吸粉”与“快速固化”两大技术瓶颈。2015年,国内首条粉末卷材喷涂生产
线成功投产,至今已建成数十条产线。
经过行业多年努力,彩涂板粉末涂装已跨越技术验证阶段,进入规模化应用的快速发展期。凭借突出的环保性能和优异的涂层特性,该技术正逐步在建筑、家电与新能源等领域替代传统涂装工艺。相较于传统溶剂型涂料,卷材预涂粉末涂层不仅硬度更高、单次喷涂厚度更大,T弯与MEK性能更优,耐酸碱腐蚀能力更强,且无VOC排放,环境友好。背面粉末经预热后与正面粉末一次烘烤成型,节能效果显著,生产过程也更加便捷高效。
当前,国内高速静电喷涂技术取得突破,生产速度最高可达80~100m/min,已能稳定进行30~80μm的薄涂,涂层均匀性和外观良好。应用领域从传统的建筑屋面板与外墙,扩展至家电面板、光伏支架、充电桩外壳等高增长新兴领域。与传统液体涂料相比,未来彩涂板粉末涂装在超薄涂层应用、生产线的换色速度以及部分产品成本上仍有提升空间。
目前,国内卷材粉末涂装的技术发展方向主要包括:
(1)粉末云雾室卧式喷涂方式,还停留在试验阶段;
(2)第一代静电喷枪及旋杯卧式喷涂,已实现批量生产,但易产生粉瘤与颗粒,不适用于表面要求较高的板材;
(3)第二代静电喷枪及旋杯立式喷涂,粉瘤与颗粒问题基本解决,可稳定生产,高品质粉末可以涂装表面要求较高的板材;
(4)第三代高效静电立式高速喷涂,上粉率高,表面质量好,技术成熟度较高,目前已通过试验进入推广阶段。
2024年粉末涂料与涂装行业发展特点
1 低温固化技术取得阶段性突破
低温固化粉末涂料已实现从实验室研发到工业化生产的重要跨越。在技术层面,130~150℃固化产品已具备成熟的市场应用基础,并正朝着120℃乃至更低温度范围持续探索。在应用方面,该技术成功拓展至MDF、玻璃、塑料及热敏金属组件等以往难以覆盖的新兴领域。从效益角度,低温固化为企业带来了节能降耗、生产效率提升等显著价值。在战略层面,该技术对推动实现“双碳”目标具有重要意义。
粉末涂料的玻璃化转变温度(Tg)是制约低温固化技术发展的关键因素之一。实践表明,若固化温度为110℃,粉末的Tg通常不高于40℃,以保证在固化过程中具备足够的熔融流平时间,促进大部分官能团充分反应。尽管特殊结晶性树脂的应用可在相同Tg下降低熔融温度,但这种改善存在一定限度。不饱和树脂固化体系亦面临类似挑战:在引发剂触发反应之前,体系需要较长的熔融流平时间。虽然部分体系在相近Tg下可能实现更低的反应温度,但仍难以突破Tg的根本制约。
根据现有经验推断,若粉末涂料的目标固化温度进一步降至100℃或更低,则其Tg需控制在30℃以下。此类粉末的生产、储存乃至施工喷涂工艺均需在特殊条件下进行,相关设备亦需配套升级。因此,实现更低温固化不仅是材料技术的突破,更需要整个产业链的协同推进,非单一环节所能完成。
未来的研究方向和发展趋势包括:
(1) 持续降低固化温度(目标<120℃),同时维持或提升涂层的机械强度与耐化学性能;
(2) 优化低温条件下的涂膜流平性与外观表现,以达到高装饰性液体涂料的视觉效果;
(3) 开发快速固化体系,力争在5~10min内完成固化,以满足高效生产节奏的需求;
(4) 通过技术改进与规模化应用推动成本下降,促进低温固化技术在普通工业领域的广泛普及。当前,低温固化粉末涂料技术正处于高速发展与市场拓展的黄金阶段。其每一次技术突破,都对整个涂装产业链产生深远影响,并为绿色制造与可持续发展提供有力支撑。
2 生物基材料开发任重道远
降低对石油基原料的依赖是涂料工业不可逆转的发展趋势,因此,发展生物基树脂及粉末涂料已成为明确方向。然而,实现生物基产品的大规模工业化生产仍面临多重挑战,亟需突破三大瓶颈:低成本原料的开发、高效生物转化技术的应用,以及构建完善的政策-市场-技术生态系统。
目前,生物基及可降解材料已在聚酯树脂领域实现一定量产,主要应用于特定市场,这一进展得益于国家“碳达峰碳中和”战略的推动以及出口需求的带动。但由于成本较高,其应用范围仍相对有限。
常见可用于粉末涂料聚酯的生物基原料包括:酸类和二醇类。
酸类:琥珀酸、癸二酸、己二酸、乙酰丙酸、葡萄糖酸、衣康酸和2,5-呋喃二甲酸 (FDCA) 等。
二醇类:1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、异山梨醇和甘油等。其中,1,3-丙二醇、1,4-丁二醇和癸二酸、己二酸等原料早已用于粉末涂料聚酯中。在丙烯酸透明粉中,利用生物发酵技术获得的长链二元脂肪酸(如十二烷基酸)展现出独特优势。
部分多官能团生物基原料(如甘油)在液体醇酸树脂中属于常用经济型原料,但由于粉末涂料合成过程中基本无溶剂辅助,树脂黏度高,仲羟基难以完全反应,且易导致聚酯黏度快速上升,故较少应用。
近十多年来,聚酯生产商开发了包括回收PET和生物基树脂在内的可持续方案。国内利用回收PET生产黑色树脂已较为成熟,但其玻璃化转变温度(T g)偏低,综合性能尚不理想,多需与普通聚酯配合,用于低端粉末涂料。
另有研究者尝试将山梨糖醇与聚碳酸酯(PC)等可降解原料共聚,合成出官能度较高、性能尚可的树脂,但目前仍处于早期研发阶段。
当前,蓖麻油基与木质素基树脂已完成小试,但机械性能仍显不足,需通过分子设计(如共聚改性)进一步提升,预计实现规模化应用尚需5-10年。未来,还需对部分非传统生物基聚酯的性能与成本持续优化,以满足普通粉末涂料生产商的应用需求与性价比要求。
3 GMA丙烯酸透明粉末涂料开发成为热点
GMA丙烯酸透明粉末涂料因其颜色浅、耐光、耐候、保光、保色、抗沾污以及涂膜光泽度高等优点,具备极佳的装饰性,已成为户外高装饰性粉末涂料的首选之一,特别适用于汽车车轮罩光清漆、车身中涂及面漆等领域。因此,透明粉末涂料用GMA型丙烯酸树脂的合成研究逐渐成为粉末涂料行业的热点,吸引了众多企业的关注。
尽管优势突出,GMA丙烯酸透明粉末涂料的发展仍面
临以下几方面挑战,这也构成了当前研发的重点方向:
(1) 成本较高:GMA丙烯酸树脂及配套固化剂(如DDDA)价格远高于普通环氧和聚酯树脂,是限制其大规模推广的主要因素。
(2) 生产工艺要求严苛:对生产环境洁净度要求极高,微小灰尘即可在涂膜表面形成明显缺陷;喷涂与固化过程也需精确控制。
(3) 储存稳定性有待提升:部分GMA丙烯酸体系对温度与湿度较为敏感,需进一步改善其储存稳定性。
(4) 低温固化需求迫切:传统固化温度偏高,限制了在热敏基材上的应用。开发适应140–160℃低温固化的体系成为当前重要研究方向。
(5) 关键原料国产化待推进:高性能GMA丙烯酸树脂与固化剂仍一定程度上依赖进口。推动核心原材料国产化,是降本增效和促进行业发展的关键举措。
4 前处理的重要性不容忽视
前处理工艺包括除油、抛丸、脱脂、硅烷化等多种方法,适用于不同类型工件;近年来,前处理工艺越来越注重环保和可持续性发展,减少重金属和有害化学物质的使用,设备向自动化和智能化方向发展,提高生产效率和质量稳定性。需要引起大家关注的是:
(1) 部分地区对化学前处理的限制日益严格,推动企业采用更环保的工艺,如无镍磷化、无铬钝化、锆化和硅烷化工艺。
(2) 平衡材质多样化与工艺控制的简化。随着各种生产技术与效率提升,涂装产线越来越多种不同金属种类和同类金属不同质量共线运行。多种金属材料共线运行必然带来前处理工序操作窗口的缩小与严格控制。比如铝合金材质比例的增加,磷化液和硅烷处理液都需要增加相应氟离子,如果铁锌铝基材共线运行更应将氟含量控制在合适范围,这是工艺参数控制的要求。此外,不同材质钢材,冷轧热轧板,甚至铸铁材质混线运行,由于表面化学活性相差巨大,会对工序间防锈提出更高要求,采取更严格工艺过程间控制或者使用各种防锈剂,两者都对设备有一定要求,部分老旧产线可能需要适当改造。高质量的前处理与规范的工艺控制总是相生相伴。另外,前处理产线的自动监测加药和控制系统比人工操作更可靠,过程波动更小,有利整个产线稳定运行,确保质量。
(3) 基于冷轧板和热板各自常用的前处理药剂体系、转化膜差异,匹配适当的粉末涂料。
(4) 硅晶(无排放)前处理工艺的发展。目前家电行业一般采用酸性硅烷或陶化工艺,标准流程为:热水洗-预脱脂-脱脂-水洗1-水洗2-硅烷(或陶化)-水洗3-水洗4-纯水洗,共计9个水槽。水槽较多,用水及用电量大。目前已出现硅晶工艺或无排放工艺,只需3个水槽,没有水洗工序,用水及用电大大减少,同时排污少,可以取消污水处理,更环保。
需特别关注的是,目前多数涂装厂在前处理环节仅满足于“配有药剂槽”,且涂装主管对该工序重视不足或认知有限,普遍认为“有前处理段即可”。由于生产任务繁重或专业人员缺失,对药剂浓度、皮膜成膜效果等关键参数缺乏有效监控,对工件处理质量是否达标关注不够,常导致涂层出现爆漆、附着力差等缺陷。此外,无铬前处理市场竞争激烈,部分产品质量差、价格低,加剧了粉末涂层脱落的风险,海边环境中丝状腐蚀问题日益突出,影响了行业整体质量水平。当前国内无铬前处理应用比例持续扩大,但质量参差不齐。
5 粉末涂装设备工艺朝着更环保、高效、AI方向发展
当前,喷涂设备在自动化技术方面持续进步,已能够支持复杂的自动化喷涂方案。对于具有复杂结构的工件,通过应用3D红外扫描等技术,并与机械手进行信号联动,可实现较为精准的自动喷涂。此外,人工智能技术的发展为喷涂路径规划和工艺参数的优化提供了新的可能性。供粉系统也在持续改进,例如通过与粉末供应商协作优化包装与输送方式,以提升自动化水平。
然而,需要客观认识到,由于市场竞争激烈、企业利润空间普遍有限,许多喷涂企业,特别是中小型企业,在投入新技术和更新设备方面面临资金压力,这在一定程度上影响了新技术的推广应用和迭代升级。
在静电粉末喷枪技术方面,其上粉效率受到电压、电流等多种工艺参数的影响。虽然提升相关参数有助于提高平坦工件的上粉效率,但必须严格遵守国际和国内安全标准,将喷枪放电产生的点火能量始终控制在安全限值(低于2mJ)以内。因此,未来喷枪技术的演进需要在确保安全合规的前提下,探索如何进一步提升效率,并研究在突破当前普遍应用的电压上限时所面临的技术挑战与可行性。
当前,粉房系统存在不同的技术路线。例如,背包式滤芯粉房在过喷粉末回收方面表现良好,但其换色灵活性受限,且维护工作对人工依赖度较高。近年来,大旋风粉房系统应用增多,其在快速换色和自动化维护方面具有优势。为了进一步提升换色效率,双粉房可移动式大旋风系统等方案也得到了重启。
在烘烤固化环节,天然气目前仍是主流的加热能源,采用热风循环以实现工件固化。现有设备在能效方面仍存在提升空间,部分烘烤设备由于设计或制造原因,炉内不同区域的温差可能较大,需要通过提升设计水平、完善标准得以规范。同时,低温固化粉末涂料技术的逐步成熟,也对烘烤设备的能效和结构优化提出了新的要求并创造了条件。
总体来看,粉末涂装设备工艺的发展仍面临一些挑战。一方面,初始投资成本较高;另一方面,熟练掌握智能化设备操作与维护的专业人才供应相对不足。此外,粉末涂料在应对特别复杂的工件表面时,其流平性和对边角的覆盖能力仍有继续提升的空间。
展望未来,粉末涂装设备工艺预计将围绕以下几个方向持续演进:
(1) 环保化:侧重开发低能耗、低排放的涂装设备,并探索可再生能源的应用,以减少碳足迹。
(2) 智能化:设备将发展更强的自适应能力,能够根据涂装需求调整参数,并逐步引入自主学习与优化功能,以期提高一次合格率,减少返工。
(3) 高效化:通过优化工艺流程与提升效率来缩短生产周期;快速换色技术将助力减少停机时间,提高产线柔性;模块化与紧凑型设计可为中小企业提供更多选择;高效的过滤与回收系统也将是提升材料利用率的关键。
6 出海布局加速
这些年,中国粉末企业加速出海布局。截至2024年底,已经有近20家中国粉末涂料企业在海外落地生根,积极融入全球市场,与国际领先企业同台交流、共谋发展,不断提升国际视野与竞争力。
以目前的整体市场来看,中国粉末涂料企业的出海主要集中在东南亚尤其是越南、泰国、印尼和柬埔寨,并有少量在俄罗斯及非洲。这个主要由距离的远近,国家政策开放程度和技术的代差多种因素所形成的局面。这些市场由于没有中国市场的竞争激烈程度高,市场的发展比中国市场相对要落后一些。值得注意的是,无论是出海建厂,还是出口粉末涂料,随着各国贸易政策的逐步收紧,也随着出海的中国企业逐渐开始在当地互相竞争,未来都将面临更加复杂的经营环境。此外,在原材料端,聚酯树脂与环氧树脂等产品因国内产能过剩,企业纷纷将出口作为重要战略方向,也已初现恶性竞争的趋势,需引起行业高度重视。
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