3 工業專用涂料——涂料工業發展水平的標志工業專用涂料是涂料工業的主流產品,也是傳統涂料產品。和建筑涂料相比,平均附加值要高,性能要求更嚴格。工業專用涂料的水平,標志著一個國家涂料工業的發展水平,也是工業發達國家涂料工業重點發展的產品。工業專用涂料品種較多,這里只介紹幾種有代表性的品種。
3.1 專用建筑涂料前已述及,建筑涂料發展很快,在國內外均占涂料總量的40%以上。建筑涂料又屬化學建材產品,也屬工業涂料之列。
建筑涂料有內外墻涂料(也稱墻漆)、防水涂料、地坪漆,還包括金屬建筑材料防腐漆。內外墻涂料主要產品是乳膠涂料。墻漆中性能要求較高的是外墻涂料,要求耐候性、抗沾污性、耐擦洗、抗酸雨性優良,尤其是高層建筑外墻涂料要求耐久,以減少維修費用。在酸雨腐蝕嚴重地區的城市高層建筑,一般乳膠漆不敵酸雨腐蝕,尚需采用溶劑型純丙烯酸涂料、丙烯酸聚氨酯涂料。最近發展的溶劑型和水性有機硅-丙烯酸涂料、含氟樹脂涂料抗酸雨性及耐久性較優良,尤其是氟樹脂涂料耐久性更好。工業地坪漆發展較快,有室內用水泥地板漆,有室外用地坪涂料,要求在水泥底材上附著力好、耐磨耗。室內用水泥地板漆主要是環氧聚氨酯涂料,有的場所需要防靜電性能。室外用地坪涂料還有耐候性要求,底層以環氧和改性環氧的底漆為主,面層使用耐候性、耐磨性較好的脂肪族聚氨酯、氯化橡膠等品種,也有使用有機-無機復合型涂料的。
防水涂料是單獨或與胎體增強材料復合,分層涂刷或噴涂在需要進行防水處理的基層表面上,可在常溫條件下形成一個連續、無縫、整體且具有一定厚度的涂膜防水層,從而滿足工業與民用建筑的層面、地下室、廁浴間和外墻等部位防水抗滲要求,統稱為建筑防水涂料。
國內防水涂料主要品種有:合成高分子如聚氨酯、硅橡膠、聚丙烯酸酯及其改性瀝青產品;聚氨酯等聚合物與水泥復合防水涂料;橡膠改性瀝青防水涂料和水泥基滲透結晶型防水涂料。這類涂料也在向高固體分和水性化的環境友好型方向發展,并要求施工簡便,適用性強。
3.2 汽車涂料汽車工業是我國的支柱產業,在國民經濟中占有重要地位。2000年我國共生產各類汽車207萬輛。其中轎車約60.5萬輛,客車約55萬輛,微型車約30萬輛。到2005年,我國的汽車產量將突破320萬輛,轎車產量將達到110萬輛,汽車的總保有量將達到2465~2545萬輛。
2000年,我國的汽車涂料產量在15萬t左右,約占涂料總量(以180萬t計)的8%(發達國家汽車涂料一般占其涂料總產量的20%左右)。摩托車涂料產量約3萬t。預計到2005年汽車和摩托車涂料總需要量約30萬t。轎車用涂料的裝飾性與保護性要求較高,有底漆、中間層和面漆。底漆主要是陽離子電沉積涂料。所用品種主要是由多胺樹脂、環氧胺及封閉的多異氰酸酯(TDI)制成的水分散型陽離子電沉積涂料(國內研發的品種多屬此類)。另一種是乳液型,由多胺改性環氧樹脂、封閉的多異氰酸酯制成穩定的乳液,加入顏填料分散制成底漆。從國外引進的技術多生產這種類型。陰離子電沉積涂料在汽車上使用較少。在一般的汽車中也有采用普通的底漆的。
轎車用環氧樹酯、醇酸-氨基中涂涂料,要求與底、面漆的層間結合力好,抗石擊性強,雖然聚酯-氨基漆都可使用,但以封閉型聚氨酯中涂涂料的抗石性較好。一般汽車多數不用中間層。
轎車用面漆有原色漆和金屬漆。氨基聚酯、氨基丙烯酸是主流面漆品種。丙烯酸和聚酯面漆相比,二者的前期耐候性相近,在人工老化1000h后,聚酯面漆失光率迅速增加,而丙烯酸面漆失光率則增加較慢。金屬漆又稱金屬閃光漆。由金屬顏料如鋁顏料、云母珠光顏料或二者合用,配上透明顏料,制成面漆的底色漆,用清漆罩光制成金屬面漆,產生隨角變色的光效應,增加涂膜的裝飾性。汽車修補漆多用丙烯酸聚氨酯涂料,用脂肪族多異氰酸酯提高耐候性。
普通汽車及“雜牌”轎車也用更普通的涂料,如醇酸、硝基等涂料,而氨基醇酸面漆用量較多。從性能上講,轎車面漆裝飾性的要求不斷提高,用光澤、豐滿度、鮮映性、霧影等指標來評價,對樹脂淺色化、透明度及制漆技術、施工工藝要求逐步嚴格,所以轎車面漆的技術含量很高,是工業涂料的代表。防止酸雨腐蝕是世界性課題。汽車面漆的抗酸雨腐蝕早已提到日程上考慮。研究表明,用氨基樹脂交聯劑的氨基丙烯酸、氨基聚酯(醇酸)面漆,其抗酸雨腐蝕性最差。用有機硅改性丙烯酸,在丙烯酸樹脂中引入叔碳酸縮水甘油酯(cardura E),再用氨基樹脂交聯,涂膜抗酸雨性能大為提高。但抗酸雨性最好的面漆是用非氨基樹脂交聯的,如聚氨酯固化劑交聯的涂料。汽車底漆、中涂采用環境友好型涂料的比例較高,面漆的比例要低。降低汽車面漆中VOC含量是重要的課題。
3.3 卷材涂料卷材涂料(coil coatings)或稱卷鋼涂料或彩板涂料,是冷軋鋼板、鍍鋅鋼板、不銹鋼板、鋁板在加工成最后產品之前的預涂裝涂料(precoating)。這是一種在第二次世界大戰后逐步發展起來的工業專用涂料。1996年全世界卷鋼涂料消耗量已達30余萬t,彩板產量約1800萬t,鋼彩板占85%以上,其次是鋁彩板,每年約以3%~5%速度增長,2000年卷材涂料產量已超過40萬t。預涂卷材主要用于屋頂、護墻板。汽車制造、船舶內部裝飾、家用電器、家具、集裝箱、炊具等領域逐漸采用。它可以和有機塑料膜、橡膠復合制成復合型金屬,以代替塑料、木材、膠合板,具有裝飾性好、不易變形、耐久性好的優點,擴大了它在家具、辦公用品、建材、室內裝飾裝修材料中的應用,已成為不可或缺的新一代裝飾材料。
預涂彩板質輕、性優、價廉,受到市場青睞,而且卷材涂料具有獨特的優點:
(1)涂裝連續生產。溶劑型涂料揮發的溶劑90%以上得到回收,回收的溶劑焚燒產生的熱量又可用于烘干漆膜,減少了VOC對大氣的污染,同時又節約涂膜干燥的能源消耗,使溶劑型涂料一直能在卷材涂料中發展。
(2)涂裝效率接近100%。流水線涂裝,生產成本降低,最后用戶無須再涂漆,減少投資;而且用彩板制造的產品,質量優于制好成品再涂漆的產品,因而受用戶歡迎。國內卷材涂料生產起步于20世紀80年代,當時化工部涂料工業研究所研制成功卷材涂料,在內蒙古包頭市油漆廠生產,在上海寶鋼廠、武漢鋼鐵廠應用。上海振華造漆廠在1987年自美國引進預處理和系列卷材涂料,在寶鋼廠投入使用,2001年振華廠的產量已達到3000t以上。目前國內年產量在千噸以上的卷材涂料企業有10多家。卷鋼涂料有底漆、面漆、背面漆。底漆有環氧、聚酯;面漆,以聚酯漆用量最大。為提高涂膜性能,采用有機硅改性丙烯酸涂料。為滿足耐酸雨和超耐久性要求,上海振華造漆廠采用熱熔融流平的氟樹脂涂料PVDF,國外有采用溶膠-凝膠工藝生產硅氧改性聚酯的。
為提高固化速度,滿足流水線涂裝要求(300m/min以上),國外采用UV光固化涂裝,也有用熱固化和光固化混合工藝的。
3.4 橋梁涂料鐵路是國民經濟的命脈,我國正加速發展鐵路建設,鋼結構橋梁逐步增多,需要涂料保護。電氣化鐵路中的輸電鐵塔、接觸網以及各種金屬機具也需要涂裝。橫跨江河的鐵橋如不用涂料保護,極易銹蝕而破壞。橋梁涂料是重要的工業專用涂料。建造橋梁時,鋼構件可以在工廠預涂防銹底漆與面漆,橋梁建成后要再涂一次面漆,施工均是手工操作。特別是橋梁維修較困難,要先除去舊漆,然后涂底漆、面漆,勞動強度大,維護費用高,因此對橋梁漆的耐久性要求較高。
橋梁涂料有底漆、中間層和面漆。底漆要求對底材附著力及與上層結合力好,防銹性能優良。過去采用紅丹防銹底漆,因紅丹毒性大,現在多采用環氧富鋅底漆。中間層采用環氧云鐵(云母氧化鐵)涂料,利用片狀云鐵粒子隔斷水汽作用,提高底漆防銹性能。普通橋梁面漆多以醇酸樹脂為成膜物,配以鋁粉、鋅粉、石墨和云鐵等顏料,耐久性可達20年?;以畦F氯化橡膠面漆和環氧富鋅底漆配合,適用于沿海地區和嚴重污染地區的鐵路鋼橋[33]。
近年來,新開發的環境友好型水性無機硅酸鋅涂料用于鋼結構防銹漆“衛鋼寶”,可使用20~50年。溶劑型和水性氟涂料面漆可達到超耐久性要求(20年以上)。
為降低維修費用,除要求涂料耐久性優良之外,還要施工簡便。涂料都要自干,要求涂料在刷涂、噴涂時耐垂流,而又流平性好,對底材濕潤性好。維修施工在涂層未完全破壞時就重涂,不需除掉舊漆,可以節省除掉舊漆層所花費的人力。國外已有能完全覆蓋橋梁原有舊漆層的漆料,100%的固體分,對原漆層附著力好。
3.5 管道容器涂料石油、天然氣和化工廠物料輸送管道的使用愈來愈普遍。油、氣及流體化工原料的貯存容器,大型商場日用品輸送管道,內外壁都需要涂料保護。
長途輸送油、氣與物料的管道,內壁要用涂層防腐,減少輸送阻力,耐磨。外壁要防土介質腐蝕(地下埋管)和大氣腐蝕(地面管),經受各種氣候條件考驗。根據被涂材質選擇涂料,如對鋁、鎂等輕金屬不能使用鐵紅和紅丹防銹漆,因它們與底材會形成原電池而發生化學反應,使底材腐蝕,應選用鍶黃和鍶鈣黃防銹漆。對混凝土應選用耐堿性好的乳膠漆或過氯乙烯漆。
管道與貯罐外用面漆,應根據所處的環境及運行工況條件進行選擇。在大氣條件下要選用耐候性好的涂料如醇酸、丙烯酸、脂肪族聚氨酯等。內壁涂層的面漆應選擇耐油、氣性好的環氧涂料、聚氨酯涂料等。地下及水下的管道容器外層面漆可用耐水性好的煤瀝青、樹脂改性煤瀝青等。也要針對溫度、酸堿鹽物質濃度、物理力作用等因素,選擇有相應耐受力的適宜的覆蓋涂層。
輸送油、氣的鋼管內壁防腐涂層的涂裝已有技術標準可循(如《鋼質管道熔結環氧粉末內涂層技術標準》、《鋼質管道內涂層流體涂料補口工藝》、《鋼質管道流體涂料內涂層風送擠涂工藝》、《液體環氧涂料內防腐涂層鋼管技術條件》等)。目前國內石油系統從國外引進了三條管道內涂生產線,用于管道的防蝕內涂,分別設在大慶、勝利和青縣。
油氣輸送管道推薦使用減阻內涂技術。著名的西氣東輸管道直徑φ1067,長4000km,輸氣壓力10MPa,未內涂的粗糙度40μm,內涂后粗糙度10μm,管輸費0.855元/m3。如采用減阻內涂技術,可以節省費用20億元人民幣。管道和容器涂料的發展趨勢是涂料多功能化,施工技術進一步簡便可靠。熔結的環氧粉末涂料系列產品及粉末涂料與熱塑性樹脂熔結物是高性能的組合。如阿克蘇-諾貝爾公司的Resicoat是這種產品的主要品牌。
阿克蘇分部——國際保護性涂料公司的Intertherm系列產品,可用于高熱環境(最高到500℃)的管道和容器;用于溫度230℃的干濕循環的絕緣管道,對溫度急劇變化的熱沖擊有很好的抵抗力。
3.6 聚氨酯涂料聚氨酯涂料是指成膜物分子中含有氨酯鍵,賦予涂料許多優良性能,并能與許多各具特色的合成樹脂復合改性。這就決定了它具有優良的綜合性能,其中的耐久性、防腐性是大“賣點”。
聚氨酯涂料不僅有優良的溶劑型品種,而且可以制成高固體分、水性、粉末涂料。其剛性、柔性、彈性能很好平衡,防腐、耐候、內用、外用綜合性能優良,在工業涂裝中應用廣泛,市場日益擴大。
美國2000年聚氨酯涂料在建筑業(木地板、水泥地板)的用量達7.5萬t,運輸業(主要是修補涂料)的用量為7.3萬t,貯油罐和管道用48萬t。國內聚氨酯涂料在建筑裝飾裝修、木器中用量最大,其次是防腐領域,總的年用量超過20萬t。國內對聚氨酯水分散體涂料的研究開發十分重視,聚氨酯粉末涂料也在發展。
噴涂聚脲彈性體(spray polyurea elastomer,簡稱SPUA)技術號稱21世紀的涂裝工藝革命,是國外聚氨酯技術發展最快的領域,是近10年來繼高固體分涂料、水性涂料、輻射固化涂料、粉末涂料等環境友好型涂料涂裝技術之后的又一項新的環境友好型施工技術。施工不受環境條件影響,固化速度快,可在5s內凝膠,1min可達步行強度,可在任何形狀的物體上施涂;固體分100%,一次施工厚度可從數百微米到數厘米。彈性涂膜具有優異的理化性能,如拉伸強度、伸長率、柔韌性、耐磨性、耐老化、防腐蝕性能等??稍?/FONT>150℃下長期使用,可承受350℃的短時熱沖擊。可以配成各種需要的顏色,使用專用施工設備,施工效率高。SPUA技術是一種多功能涂裝技術,全面突破了其他環境友好型涂裝技術的局限。在貯罐及貯罐圍堰、混凝土看臺裝飾及防護、影視業等道具制作、主題公園、娛樂場所、耐磨襯里、水處理設施、海洋及海岸設施、運動場地等方面得到廣泛應用。青島海洋化工研究院已從國外引進聚脲彈性體噴涂專用設備及技術,正在國內大力推廣。聚脲彈性體中含脲基,與聚
氨酯涂料主要含氨酯基不同:聚脲反應 R—NCO+R1—NH2→RNHCONHR1 4 特種功能型涂料——滿足國家高科技發展特殊需要的新品種 特種涂料中以艦船涂料、重防腐涂料、道路標志涂料和航空涂料的用量較大,在近年出版的工業涂料與涂裝技術叢書中有專論。海洋的民用與軍用艦船的船底防污涂料是特種涂料,在船舶涂料、海洋涂料、特種功能性涂料等專著中都有論述。介紹重防腐涂料內容的專著較多,是防腐蝕涂料中的特種涂料。高等級公路、汽車專用道路和高速公路的發展,帶動了道路標志涂料、夜視涂料的發展。我國航空事業發展很快,大型客機主要依靠進口,國產客機與戰斗機數量在逐漸增加,航空用涂料(包括飛機維修涂料)用量也在增加,質量要求較高,受到業界重視,先后有專著發表。 4.1 氟碳樹脂涂料 氟碳樹脂的F-C鍵能高(485kJ/mol),分子結構合理。氟碳樹脂涂料(PVDF)和中低溫與常溫固化的氟碳樹脂涂料(FEVE)用于建材、卷材、建筑外墻、超高的鋼鐵構件、跨海大橋的防腐,國外有使用20年以上的記錄。這兩類氟碳樹脂涂料國內都在使用,PVDF主要依賴進口,每年使用數百噸;常溫固化氟碳樹脂涂料(FEVE)正在大力推廣,年消耗量數百噸。氟碳樹脂具有超耐候性、化學穩定性、優良透光性及很低的表面能,在特種功能性涂料中得到大量應用。
4.1.1 凈化環境的氟涂料納米二氧化鈦(TiO2)、鈦酸鈷(CoTiO3)、鈦酸亞鐵(FeTiO3)等,都是非常好的光催化劑,可以氧化空氣中的細菌,生成CO2和H2O;可以在短時期內殺滅細菌、消臭和去除油污;可以將大氣中的有害氣體SOX、NOX、CO、苯去除。
只有氟樹脂作為基料,才能抗光催化劑的氧化作用,保持化學穩定性好,涂膜不至于短期粉化脫落。氟涂料的光透射率高,耐候性好。用氟樹脂和光催化劑制成涂料,涂覆于高層建筑物外墻、構筑物的柵欄骨架表面,對避免大氣中有毒物質的污染十分有效。如涂于內墻,可凈化室內空氣、防霉、除臭、殺菌,保證清潔的居室環境,是很有前途的一類建筑涂料。利用水性氟樹脂也可獲得等同效果。
4.1.2 防燃、防火含氟樹脂涂料一般氟樹脂和含氟樹脂中氟原子量占25%~50%,氟樹脂本身具有自熄和阻燃功能。如乙烯-三氟氯乙烯共聚物(BCTFE)的限氧指數(LOI)為64,聚偏氟乙烯(PVDF)的LOI為44,乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的限氧指數為30,都高于空氣中的氧含量,故在空氣中可以自熄,表現出較高的阻燃性能。均聚的四氟乙烯的最高LOI值為95,可稱為不燃物。又因含氫量減少,故在高溫下形成高碳硬殼,效果更好。特別是阻燃、防火含氟樹脂涂料用于薄型鋼結構的市場前景看好。薄型鋼結構是重要的建材。
4.1.3 熒光含氟樹脂涂料建筑內外墻熒光涂料,既有夜間標示作用,更有夜間裝飾與節能作用,應用越來越廣。但熒光涂料對成膜樹脂要求比較苛刻,首先要求耐候性和耐久性,因為長余輝熒光粉的壽命在8~10年,一般樹脂難以達到。還要求涂膜的透光率在80%以上,以滿足熒光材料的吸收光能要求和放射光的光度要求。再者,樹脂本身要求化學穩定性很高,不能對熒光材料有化學侵蝕。含氟樹脂具備了上述要求,是熒光材料的良好配套材料。水性含氟樹脂也能達到同等效果。
4.1.4 含氟樹脂電熱涂料含氟樹脂電熱涂料對采暖工程意義十分重大,只要一層薄薄涂層,即可加熱室內空氣,同時還可將氟樹脂或涂料制成藝術品,美化環境,市場前景較廣闊。 4.2 有機硅樹脂功能涂料 式中,P-OH代表羥基聚酯;
代表四乙氧基硅烷。分子中有4個乙基,但在水解、縮合交聯之后,乙基隨反應產生的乙醇而失去,變成聚酯-氧化硅(有機-無機)雜化體系。這種有機-無機復合,改進了卷材涂料的耐候性、抗酸雨性,大大提高了涂料的功能,也是納米材料改性涂料的一種方法。
4.2.2 多功能的陶瓷復合含硅彈性涂料日本SKK化研株式會社正在我國推廣一種外墻涂料——陶瓷復合含硅彈性涂料(CERAMI CLEVN),據稱是SKK專利技術——先進的陶瓷復合技術,采用彈性丙烯酸硅樹脂為原料,使涂膜耐久性能更好,既富有彈性,又抗沾污,透濕性好,防水性佳,成為耐久、抗沾污的新一代彈性涂料。由于采用特殊配方技術,該涂料還可防霉、防藻,是一種多功能彈性外墻涂料。
所謂陶瓷復合技術,如前所述,就是用制備高級陶瓷技術中的溶膠-凝膠方法,將氧化硅和丙烯酸樹脂制成無機-有機復合涂料。
4.2.3 水性無機涂料無機涂料(inorganic coatings)是普通涂料的一個品種,發展很快,尤其在國外。無機涂料所用原料為硅酸鹽和硅溶膠,取材于自然界,來源豐富,對環境污染小,一般制成環境友好型水性涂料,故受到人們青睞。很早就有無機富鋅防銹底漆問世,具有優良的防銹性能。后來,無機涂料逐步擴大應用在建筑外墻、內墻,特別是利用無機材料耐熱、防霉、阻燃等特點,在許多功能性內墻涂料中擴大應用,在國內已有一定發展。在普通水性無機涂料配方中,有機乳膠樹脂占相當大的比例(20%以上),以達到增韌的目的。
近年來,國外涂料界非常重視水性無機涂料的發展,技術上已有大的突破,配方中用于增韌的有機乳膠樹脂較少(<5%),對其成膜機理研究較為深入。作為無機涂料中成膜物的硅酸鹽、硅溶膠可自動滲入水泥面,使含顏、填料的涂膜在固化劑作用下發生硅化作用而與底材牢固結合成一體,在1000℃以上條件下,仍然耐熱,不會龜裂剝落,除非底材龜裂才會使無機涂料涂膜龜裂,但即使這樣也不會剝落。歐洲已有使用20年以上的歷史。自身還具有防火、阻燃、反射光線、不褪色等特點,而且耐酸、堿,不滋生霉菌或藻類。還可制成呼吸性涂膜,具有自潔功能和耐水性,像人的皮膚一樣既不滲水,又能使基體內的水分蒸發而排出,基材保持干燥,涂膜不起泡,不泛黃與剝落。施工簡便,不需涂底漆,可噴涂、刷涂。這是一類很有發展前景的涂料。
5 助劑和溶劑——不可或缺的涂料組分 按用途分類有:生產涂料時使用的助劑,包括濕潤劑,乳化劑,分散劑,消泡劑等;在貯存和運輸中發揮作用的助劑,包括分散劑,防沉劑,防結皮劑,防腐劑,防霉劑,凍融穩定劑,消泡劑等;在施工和涂膜干燥時發揮作用的助劑,包括防流垂劑,流平劑,浮色發花防止劑,催化劑,固化促進劑,乳膠漆的成膜助劑等;涂膜中發揮作用的助劑,包括紫外線吸收劑,光穩定劑,附著力促進劑,防劃痕劑,增光劑,防粘連劑,流平劑,防霉劑,消光劑等;具有特殊作用助劑,包括阻燃涂料,防污涂料,滅蟲涂料等所用的阻燃劑,防污劑,防霉劑等。 按結構和作用機理可分成有界面活性的助劑和無界面活性的助劑兩大類。有界面活性的助劑有濕潤劑,分散劑,發花防止劑,流平劑,消泡劑,乳化劑,防沉劑等。它們是在涂料的各相之間的界面處發揮作用的,按結構又可分為陰離子型、陽離子型、非離子型、電中性和高分子聚合物等5類。前3類大多用于水性涂料,后2類大多用于溶劑型涂料,也有少數用于水性涂料的。無界面活性的助劑大多用于增強或削弱涂料的某些性能,主要有催干劑,消光劑,增塑劑,防腐劑,防霉劑,防污劑,阻燃劑,導電劑,紫外線吸收劑,光穩定劑,黏度調整劑,觸變劑,防流垂劑,防結皮劑,防劃傷劑,防粘連劑,附著力增進劑,固化促進劑等。
5.1.2 品種及作用 5.1.2.2 涂膜表面狀態控制劑 流平過度,容易產生濕膜流掛。要調節與流掛的平衡,尋找一個最佳范圍。流平劑的主流產品是有機硅(硅油),如聚甲基硅氧烷,聚甲基苯基硅氧烷,用以改善流平性,消除濕涂膜中的貝納德渦流,改善涂膜外觀。
②防流垂劑:濕膜流垂防止劑主要是觸變劑,無機系的有超細二氧化硅膨潤土、有機改性膨潤土表面處理的超細碳酸鈣等。有機系的是植物油或脂肪酸衍生產品。高固體分涂料由于成膜物黏度小,固含量高,施工后濕膜厚,表面凝定慢,濕膜容易流掛,使用防流垂劑非常必要。國外推薦的優良防流垂劑有堿性磺酸鈣凝膠和丙烯酸微凝膠。 式中,R=12~30個碳的碳氫鏈;x=20。該產品在高固體分的氨基聚酯、氨基-醇酸、氨基丙烯酸、環氧-聚氨酯等涂料中使用,效果很好。其優點是熱穩定性好,抗流垂,涂料貯存穩定,并且還有防止顏料沉淀的作用,對漆膜光澤影響很小。凝膠(microgels)簡稱微膠,是分子內部具有交聯密度,并具有初步網絡,是優良的高固體涂膜防流垂劑,能使高固體分涂料在烘烤前和烘烤中涂膜的膜厚、流平與流垂之間取得最佳平衡,不增加涂料的黏度。活性微膠能與氨基樹脂反應,并能改善涂膜的力學性能。
③浮色發花防止劑浮色發花是顏料在涂膜表面分布不均造成的。樹脂結構、溶劑的種類和混合顏料組分的搭配對涂膜的浮色發花有影響。濕潤分散劑、流平劑、觸變劑等對防止浮色發花都有作用,要通過試驗具體選擇。
5.1.2.3 防沉劑涂料中的顏料或其他固體物質與涂料分離,沉降到容器底部的現象稱為沉淀。防止這種沉淀現象發生的助劑叫防沉劑。涂料在分散合格后,重要的是使分散體穩定,即已分散的顏料粒子不再聚結。防沉劑的作用就是保證分散體系穩定。常用防沉劑有有機改性膨潤土,蓖麻油衍生物,金屬皂,二氧化硅,聚乙烯蠟,經處理的超微細碳酸鈣等。
5.1.2.4 消泡劑氣泡按其形態可以分為泡和泡沫兩種,泡是指單個球形的微小空氣分散在高黏度介質中的小泡,溶劑型涂料產生的氣泡多為此種類型。當空氣填充密度大、在容易起泡的介質中分散時,會產生大量氣泡。氣泡與流體的密度相差很大,它會很快地上升到液面,形成以少量液體構成的依靠液膜隔開的氣泡密集體,這就是泡沫。這種泡沫多發生在水性乳膠涂料中。如果不加消泡劑,有時甚至無法進行包裝。涂料中的氣泡帶到濕膜中,涂膜干燥中氣泡破滅,會產生針孔、縮孔等弊病。消泡劑應具有較低的表面張力,不溶于發泡流體,而應以極細的顆粒均勻地分布于發泡流體之中。水性涂料用的消泡劑主要有醇酯、有機硅樹脂等。
5.1.2.5 催干劑以干性植物油為原料組分的油基涂料與醇酸涂料,涂膜靠在空氣中的氧氣氧化干燥成膜,但要靠催干劑加速氧化干燥過程。催干劑是有機酸金屬皂,如環烷酸皂、脂肪酸皂、異辛酸皂等。金屬離子有鈷、錳、鉛、鋅、鈣、鋯、稀土等。鈷、錳是主催干劑,其余是輔助催干劑。主催干劑是促進涂膜表干為主,也有實干作用;鉛、稀土、鋯有實干的催干作用;輔助催干劑與主催干劑協同作用,能使主催干劑更好發揮作用。
5.1.2.6 其他助劑常用助劑還有防結皮劑,消光劑,紫外線吸收劑,阻燃劑,增光劑,以及附著力促進劑,固化促進劑等,茲不贅述。
5.2 溶劑 溶劑也稱為溶媒,即含有溶解溶質之意。在涂料工業中所說的溶劑,是指能溶解油脂、樹脂、蠟(這一類物質多數在水中不溶解)而形成均勻溶液的單一化合物或者兩種以上組成的混合物。這類除水之外的溶劑,稱為非水溶劑或有機溶劑,水、液氨、液態金屬、無機氣體等則稱為無機溶劑。涂料所用溶劑還有一些特定術語:能溶解成膜物的溶劑叫直溶劑或良溶劑;能增進溶劑溶解能力的稱為助溶劑;能稀釋成膜物質溶液的稱為稀釋劑或反應性稀釋劑。這些稀釋劑也屬于溶劑之列。
5.2.2 作用及種類溶劑的主要作用是調節涂料的黏度,使之符合施工應用的要求,流平成平整光滑的涂膜。涂料中所用溶劑包括萜烯化合物、脂肪烴、芳香烴、醇、酯、酮、醇醚、醚酯和取代烴等。按樹脂的結構和極性選擇不同溶解力的溶劑,可以按照成膜物樹脂溶度參數和溶劑的溶度參數相匹配的原則選擇溶劑或混合溶劑體系。溶劑體系選擇得是否得當,決定形成的樹脂溶液的均勻性、涂料的粘度大小與貯存的穩定性。在涂膜干燥過程中,溶劑的揮發性對涂膜的流平性、外觀有較大影響。溶劑揮發過快,涂膜流平性不好,涂膜外觀會產生一些缺陷。涂膜表面凝定后,其底層殘留的溶劑擴散到涂膜表面,沖破表面揮發,往往使涂膜產生針孔。根據涂料施工環境條件選擇沸點適度的溶劑,是十分重要的。溶劑的沸點及相對揮發速率,都可以從有關文獻中查得。
5.2.3 毒性和安全性有機溶劑有異味,多數是有害有毒物質,影響操作人員健康,并污染空氣,易燃易爆。但目前涂料中又不能完全不用有機溶劑。因此,除了發展環境友好型涂料,節約溶劑外,要盡量使用低毒害、低揮發性而溶解力又較好的溶劑??蓮挠嘘P溶劑手冊中查得有關溶劑品種數據,試驗選定。在生產使用中要加強勞動保護,安全管理,使有機溶劑的毒害性和危險性降到最低。
6 體制與經營的不斷創新——發展的保證 (見表8)
就可以說明這個問題。
表8中的拳頭產品是指公司在它本地區和全球占有優勢的產品。有的公司拳頭產品在4類以上,有的公司要少些。杜邦的汽車(OEM)漆和修補漆,占全球汽車涂料市場份額的1/3左右,占杜邦涂料總量的80%,優勢特別明顯,目前已開始注重發展其他工業涂料。
在歐洲排第二位的巴斯夫公司,2000年的汽車與運輸工具涂料(包括修補涂料)業務,占該公司銷售額20.7億美元的65%以上,其他工業涂料占25%,拳頭產品優勢也較明顯。
由于集團化、規模化,1963~1994年20年中美國涂料企業減少1,000多家,剩下800多家。2000年美國排名前10家企業的涂料產量占總量600萬t的78%左右。西歐涂料企業從1970年的2,500家減少到1995年的1,700家,前10家涂料公司占涂料市場份額55%以上。大涂料公司在集團化、規模化過程中,花大力氣進行專業化調整。如英國ICI公司將特種涂料、汽車修補漆業務等轉讓給PPG公司,巴斯夫的集裝箱涂料業務也轉讓給別家公司,阿克蘇-諾貝爾計劃從航天涂料等特種涂料領域退出。這種例子較多,是將有形和無形的不良資產轉出去,整合綜合優勢,發展地區和全球性的拳頭產品。
6.1.2 國內情況國內集團化速度緩慢,市場競爭進一步復雜化。據2000年統計,全國有涂料企業8 000多家,按全年涂料產量183.94萬t計算,每個企業的平均產量在299.9t/a。規模如此之小,資金、技術、人力、財力非常分散,低水平重復現象嚴重。行業中先后有5個股票上市公司,也曾出現過年銷售額過15億元的企業,人們希望它們中有的能成為核心,擴大成跨地區的大涂料企業集團,但至今未見進展。
自上世紀80年代以來,鄉鎮企業、合資企業、民辦企業興起,國內涂料市場競爭逐步激烈化。國營單位由于體制不靈活、技術改造普遍進展慢,在市場競爭中節節后退。全國30家重點國營涂料企業經濟1990年占全行業的55%,1998年降至25.3%。而三資企業占的比例則節節上升。經過20多年的發展,涌現出一大批年產值過億元的非公有制涂料企業,有的年產值達10億元。這些企業已成為業內重要支柱。
進入WTO,涂料企業如何辦?人們都在思考這個問題。涂料行業比其他行業開放要早,從上個世紀80年代初期開始引進丙烯酸酯及涂料技術,隨后汽車漆、自動包裝線、醇酸樹脂等項目相繼大量引進技術設備,同時也開放了涂料市場。可以說是用市場換技術,吸引了大批外國涂料公司競相進入中國市場,加劇了國內市場的競爭,使國內涂料市場較早地國際化。我國加入WTO,不僅關稅降低進一步吸引外商,更重要的是在世界經濟衰退、涂料市場低迷情況下,我國經濟仍持續高速度發展,且政治形勢穩定,使世界涂料商看好中國,更積極地進入中國涂料市場。世界級的涂料公司和原料公司,不滿足于過去與中國企業單項合資、單項合作,要在中國辦合資或獨資的亞太地區的經營中心或技術中心。排名世界前10位的涂料公司大都有這種行動。原料商如拜耳、陶氏等公司也躍躍欲試。引進外國技術和資金,似乎對發展國內涂料工業有幫助,但同時也進一步加劇了國內涂料市場的競爭。
國內在改革開放中發展起來的一些初具規模的非公有制企業,是前段時期市場競爭的勝利者。這些企業走過了原始資本積累階段,在新形勢下面臨嚴峻挑戰。市場競爭的有力對手不單純是體制較落后的國營單位,而且有體制和經營方法相似的非公有制“明星”企業。更強的對手是外國涂料公司。它們憑著技術、資金、經營等方面的優勢,以占領中國涂料市場份額為目的,氣勢咄咄逼人,是競爭強手,國內企業是要認真對付的。如何應對這種競爭形勢,不同企業有不同的對策,但很重要一點是國內企業之間最好逐步實現強強聯合,優勢互補,成為專業性集團、地區性集團,加快集團化、規?;l展。
6.1.3 企業管理體制創新國外跨國涂料公司大多數是家庭式企業,歷史較久,管理體制現代化,基本上是資本持有者和經營者分開。擔任公司首席執行官(CEO)的不一定是控股者,也不一定是股東。公司所有權和經營權基本分開,公司老板們可以聘用當代的經營巨子、大能人,可使經營者的理念、文化結構與時代同步更新,始終做到與時俱進,不會存在經營者知識老化、理念陳舊的問題,保證企業總在新理念和前瞻性經營思路指導下發展。這是一些跨國涂料公司的發展總是走在世界經濟發展前沿的重要原因。當前,這些跨國公司是在以發展知識經濟為目標,要在全球保持持續發展的優勢。
長期作為業內支柱的國營涂料企業,由于固有的不足,在市場競爭中多數敗下陣來。也有少部分國有企業改制較早,并且在按《公司法》真正實現股份制,成為國有涂料企業的先進代表。如浙江環球、廣東江門、陜西寶塔山、湖南湘江等。它們在我國進入WTO的發展階段,走出困境,基本上是前階段競爭的勝利者。目前,它們在積極應對新的競爭形勢,有的在進行聯合與集團化嘗試。
由行政領導部門出面,用資產重組方法將廣漆化工實業有限公司、廣州紅云化工涂料公司、廣州溶劑廠組成廣州珠江集團公司,總資產達到5.8億元,成為業內最大的涂料企業之一,并將進一步轉制為職工持股有限責任公司。這樣做,使原來三個效益都較好的單位聯合一起,優化了資產配置和人才資源配置,加上廣東的較大涂料市場,應該能成為我國一艘“航空母艦”式的涂料企業集團。
民營涂料企業的佼佼者也在轉為股份制,進行資本、技術、經營管理的組合,朝現代化管理邁步。同時,涂料與其原料供應商也在進行產、供、銷一體化聯合。這種聯合在廣東、江蘇、上海等地已初現端倪,有的聯合體年銷售額已超10億元。有些聯合體雖還只是松散型的,但隨著經營形勢的發展,是會逐步變為緊密型聯合的。這是業內體制創新、集團化、規?;闹匾α?。
其他行業有實力的企業也介入涂料行業,收購兼并,注入資本。利用其他行業的資本發展涂料行業,不失為體制上的創新。運輸業、礦產業、建筑業都有嘗試的例子,但佳績尚未顯露出來。
6.2 服務理念的創新 現場指導是生產供應商派遣專業技術人員進駐涂裝客戶,是一種較成熟的服務模式,負責客戶所有產品的原材料管理、倉儲和后勤,還包括實驗室、質量管理及調漆工作。提供服務的公司不一定制造客戶需要的所有涂料品種,可以和客戶合作共同選擇生產單位。這種服務形式特別體現在汽車涂裝生產上,也稱系統涂料供應。涂料制造商正在向服務提供商的角色轉換,尤其是中小涂料公司,將把較大力量集中在服務上。
另一個轉變是由注重技術實力轉向密切用戶關系上。這是一種新的商業競爭模式。涂料制造商將接管原來由用戶自己進行的業務活動,不僅密切與用戶的關系,拉住用戶,鞏固與擴大市場,同時可獲得新的商機,從為用戶服務中獲利。
涂料生產商真心實意地替用戶著想。用戶想得到的不僅是傳統上的售后服務,還想得到一些特定的、具體化的支持性服務。如環保法規不斷嚴格,如何選用符合環保規定而又能保證質量的涂料,又不增加成本,用戶需要制造商提供技術支持。不僅如此,大的涂料公司還為涂裝客戶的產品開發、成本節省和油漆涂裝車間運營管理方面提供技術服務和支持。此外,還產生一些除技術問題之外的服務理念,如為用戶提供金融、管理和市場營銷等領域的幫助。
一流的跨國涂料公司由于熱誠為用戶提供服務,這幾年盡管涂料原材料成本居高不下,涂料需求停滯不前,但通過服務,利潤仍有所增加。新服務理念是先在工業涂料如汽車涂料、交通工具和船舶涂料市場實施的,涂料供應商正通過新服務理念與工業涂料重點用戶建立聯盟關系,為涂裝客戶和代銷商提供各種服務,包括培訓計劃、信息服務、業務改善方案以及改善環保性能等。這些工業涂料雖只占整個涂料市場的15%左右,不過這種服務新理念正在影響國外整個涂料行業。
國內也開始重視售后服務。為了密切與用戶的關系,擴大市場,涂料企業都加強了售后服務。服務質量和水平雖然和國外比較有很大差距,但和過去相比卻有明顯進步。不少企業設立了咨詢熱線,產品售出后進行跟蹤服務。大型企業也舉辦一些涂料技術培訓班,促進涂料產品的推廣使用。工業涂料如汽車、摩托車、卷材等涂料的供應商,也逐漸為用戶提供越來越多的服務:派專門技術人員帶著儀器到涂裝車間協助調色、涂裝管理,接管了用戶涂裝車間的大部分技術管理工作。這對保證涂料的正確使用起了很好作用,無疑也密切了與用戶的關系。這種服務方式目前所占的比例雖然還不大,但會逐步推廣到其他涂裝領域。
7 信息與科技——發展的關鍵 7.2 高校重視涂料行業科技發展從20世紀90年代以來,國內高校,尤其是一些知名的高校,開始關注涂料行業的科技進展。據不完全統計,全國至少有10多所大學成立了涂料研究室或研究組,另外至少有十多所大學開展了與涂料相關的課題研究,積極發展科研成果,顯示出一片繁榮景象。這對我國涂料技術進步起了推動作用。尤其是在幾個專業涂料研究院所已實行企業化,難以為其他涂料企業提供更多更先進的科技成果的情況下,高校積極參與涂料研發,彌補了這個不足,是值得大書一筆的。
近幾年高校還為涂料行業輸送了一批高級技術人才,不僅有碩士生,還培養了與涂料相關的博士生。這對增強涂料技術發展后勁,趕超國外先進水平,都具有戰略意義。
7.3 企業開始重視技術開發和人才培養國家一直提倡企業從事技術開發,要求企業成為應用技術開發的主力。近幾年來,涂料企業積極辦科研已開始露頭。發展勢頭較好的涂料公司已建立或正在建立技術開發中心,如上海涂料公司、珠江化工集團、湖南湘江等就是如此。有的企業正式確定每年從銷售額中撥出2%左右用于科研開發(如順德華潤等)。這關系到企業的發展,也關系到行業的技術進步,是可喜的。
涂料企業重視技術人才,已從過去為引進某一新品種轉而引進或“挖進”某個專用人才。待產品上去后,“挖進”的人才可能要換打工的單位。這些涂料企業多數已開始向培養技術隊伍轉變,從短期行為轉而為長期發展著想。廣州秀珀是一個工業地坪漆專業生產企業,2001年開始建立企業的涂料工程技術開發中心,先后引進博士1名,碩士12名,本科畢業生20多名,并聘請行業內老專家擔任帶頭人,組成了較強的一支技術隊伍,從事以開發新產品、新涂裝技術為中心的科研。
廣東順德鴻昌涂料集團公司設立了業內第一家博士后工作站,為開發涂料高科技產品延攬高級技術人才,已有兩名博士到站內工作。
7.4 注重以質取勝幾年前國內通過ISO-9000認證的涂料企業寥若晨星,但這幾年進行認證的企業就很普遍了,大中小企業都在進行認證,好像是在搞一種“普及運動”。從正面看,通過ISO-9000認證,改善了企業管理的許多不足,提高了企業質量管理體系的整體水平,促進企業發展,增加用戶對企業的信任,對產品開拓市場有助,說明企業管理者注重以質取勝的策略。
目前,ISO-14000認證、環境標志產品認證也在一些涂料企業中開展,說明企業的環境保護意識進一步增強。但在認證的浪潮中,確有不正之風存在,使質量“認證”蒙受羞恥。好在國家已在整頓認證機構,有望能糾正這股歪風。
總之,我國涂料行業與國外發展相比,仍有不小差距,但也不是一無是處。好在許多企業已覺醒,眾多高校重視,也引起其他行業的關注,如能很好聯合各種力量,以人之長補己之短,以外國之長補國內之短,進步會加快,與國外的差距會縮短。但愿有識的企業家們,以宏大的氣魄積極實行強強聯手,建成各種類型的涂料企業集團,當涂料市場競爭的強者,為壯大我國涂料工業作貢獻!
聚氨酯反應 R—NCO+R1—OH→RNHCOOR1
聚脲彈性體根據不同使用要求,可以用芳香族多異氰酸酯,也可用脂肪族多異氰酸酯。
特種功能型涂料(special functional coatings)既是特種涂料(special coatings),又是功能型涂料(functional coatings),除了具有保護、裝飾的傳統功能外,還具有能滿足各種特定條件下特殊要求的功能,是涂料的一個極重要分支。它們不僅要滿足國防尖端產品和高科技發展的特殊要求,而且要滿足國民經濟各部門新發展的特殊要求。品種很多,國內先后有專論和專著發表。
下面介紹發展中的幾種特種功能型涂料。
2000年世界氟樹脂生產能力為10萬t,預計2005年可上升至12萬~14萬t,主要廠家有杜邦、日本旭硝子、大金、DIC(大日本油墨)等,年生產能力從3000~20000t不等。涂料用氟碳樹脂所占比例較大。
含氟電熱涂料不僅可以取暖,還可以用于鐵軌熔雪、機翼除冰、電線去霜等場合。
4.2.1 溶膠-凝膠法制備的卷材涂料預涂鋼板在建筑物中應用愈來愈廣,卷材涂料也是重要的建筑涂料。氯基樹脂交聯的卷材涂料抗酸雨性能差,要利用溶膠-凝膠法將前驅體四乙氧基硅烷引入羥基聚酯中:
5.1 助劑
5.1.1 分類在涂料生產、貯存、施工和成膜過程中,均需分別添加不同的助劑(additionagent),以改進涂料和涂膜的性能。有的助劑還能賦予涂料某些新的功能。助劑已成為涂料不可或缺的組成部分。
涂料用助劑種類繁多,數以千計。一般按其用途和結構分類。
有些助劑只能在某一方面發揮作用,對其他方面稍有影響或者還有副作用。有些助劑在涂料制造、貯存、施工以及成膜過程各個階段都會發揮作用,有的助劑具有2種以上的功能。應在選用試驗和綜合分析基礎上,揚長避短,正確使用。
5.1.2.1 濕潤分散劑顏料粒子比表面大,易聚集成大粒子,原級粒子較少。顏料在涂料中分散分為濕潤、聚集體的粉碎、分散體穩定3個階段。濕潤分散劑能促進涂料對顏料的濕潤,縮短研磨分散時間,加快顏料聚集體的粉碎,保證涂料分散體系穩定。濕潤分散劑對整個分散過程均起著重要作用。濕潤分散劑屬界面活性助劑,品種有聚羧酸多氨基酰胺鹽改性系列產品;用聚硅氧烷改性的系列產品;有陰離子型、陽離子型和電中性品種;聚合物型分散劑;改性高分子量聚氨酯型分散劑及偶聯劑。
①流平劑:幫助涂料施工后流平成平整光滑的薄膜。涂膜流平性差,會出現刷痕、桔皮、波紋、縮孔、針孔等弊病,添加流平劑對克服這些弊病有較大幫助。簡單的溶劑型涂料流平劑是由芳烴、酮、酯、醇、四氫化萘、十氫化萘等高沸點溶劑混合配制而成,目的是降低涂料黏度,借此改善涂膜的流平性。
堿性磺酸鈣凝膠的分子式為:
5.2.1 定義溶劑(solvent)這個詞,就廣義而言,是指在均勻的混合物中所含的一種過量存在的組分。狹義地說,是指在化學組成上不發生任何變化并能溶解其他物質(一般指固體)的流體,或者與固體發生化學反應并將固體溶解的流體。溶解生成的均勻混合物體系稱溶液。在溶液中過量的成分叫溶劑;量少的成分叫溶質。
6.1 集團化、規模化、專業化
6.1.1 國外情況近些年來,在世界經濟一體化大趨勢的推動下,國外涂料工業界加快了企業集團化與規?;牟椒?,企業集團之間的收購、合并、重組活動日熾。盡管受到日本、西歐、美國經濟先后開始衰退的影響,涂料工業集團化、規模化的趨勢仍在持續。集團化的主要目的是整合原料、生產、技術、市場經營、資本運作的各種優勢,發展拳頭產品。2000年排名世界前10位的涂料集團公司的規模及專業化情況
6.2.1 國外服務理念的發展對于量大面廣的傳統涂料產品的服務是咨詢指導,業務培訓和現場指導。咨詢指導是用戶提出問題,涂料制造商負責解答,進行售后服務,特別為用戶正確使用配色和裝飾性涂料提供指導。業務培訓是為用戶正確選用涂料體系、表面處理和修補漆的施工方案進行義務培訓。杜邦公司為汽車涂料和修補漆的涂裝施工,在全球開辦了幾千次義務培訓班,指導用戶正確使用該公司生產的涂料,保證涂料性能得以充分發揮。歐洲主要生產船舶涂料和防護涂料的Jotun 公司專門建立了涂料學校,加強公司的技術服務能力。目前已把這種培訓從挪威國內擴大到世界其他地區,特別是亞洲地區。它已給2 000多名經理、承包商和涂裝工提供過一年的免費教學。同時,該公司還在考慮增加在線電子商務處理容量,利用電子媒體及因特網改進課程,以服務于更廣泛的地區。
7.1 交流、展覽興旺,通訊網絡發展近幾年涂料行業內技術、信息交流增多,特別是展覽會很興旺。政府有關部門、行業與地方信息中心、協會、學會、專業辦展覽的企業,單獨或聯合舉辦交流會和展覽會,對信息交流與技術進步起了積極推動作用。有人提出,交流和展覽會是否太多了,建議有關部門或者行業組織出面規范與約束,以提高質量。但這可能很難做到。因為信息交流與展覽也市場化了,是買方市場。只要依法行事,遵守市場“游戲規則”,誰都可以辦會展,旁人也不便干預。參展商、參會代表總是往效果好的、人氣旺的會展上去尋找、探求競爭性信息,去尋找新的商機。
1999年10月,業內第一家專業網站——“中國涂料與涂裝信息網”開通。2001年在北京重新注冊,更名為“現代涂料與涂裝網”,并取得了互聯網業務許可的ICP證,正不斷地擴大信息量,增加信息服務內容,進入正常發展。2000年以后,業內逐步開通了“中國涂料網”、“中國涂料與表面處理信息網”、“中國涂料信息網”、“慧聰涂料商務網”、“涂料與涂裝資訊”等專業網站。企業網站與個人網站也逐步增多?;ヂ摼W的發展,企業和個人電子信箱的普及,大大減少了信息交流的時空障礙,是業內向信息現代化,并與國際接軌的重要進步。預期行業內的電子商務的開展也指日可待。