零VOC的粉末涂料主要應用領域及現(xiàn)存問題
分類:技術文檔 來源: 發(fā)布時間:2023-04-29
粉末涂料是100%固體含量、零VOC的“4E”涂料,自誕生之日起就是公認的環(huán)境友好涂料而迅速對多個傳統(tǒng)工業(yè)領域溶劑型涂裝實現(xiàn)了顛覆式的產業(yè)替換,從傳統(tǒng)的家具、家電、鋁型材、交通、能源等行業(yè)到船舶工業(yè)、海洋工程和管道工業(yè),都取得了很好的效果。粉末涂裝對環(huán)境要求低,可使用流化床、靜電、滾涂、淋涂、火焰等多種涂裝方式,過噴的粉末可以100%回收,涂膜性能優(yōu)異,是發(fā)展較快的低VOC涂料。
粉末涂料因其突出的環(huán)保優(yōu)勢,應用領域極其廣泛,包括建筑鋁型材、暖通(暖氣片)、重防腐領域(石油管道、消防管道、水管、橋梁防腐、高鐵、礦山管道等)、家用電器、汽車、農用機械、自行車、金屬家具、防盜門、護欄、電子電器,在家電、建筑鋁型材、金屬家具等領域粉末涂料更是有著廣泛的應用。隨著原材料、涂裝設備與工藝技術的進步,粉末涂料的應用空間正在不斷拓展。
1.1建筑、家電與家具行業(yè) 在建筑金屬型材中,鋁型材占比在80%以上,參考前瞻產業(yè)研究院《中國鋁型材行業(yè)市場需求預測與投資分析報告》整理數(shù)據(jù)顯示,目前,我國為全球鋁型材第一生產大國。建筑鋁型材、鋁天花板、鋁門窗、鋁合金幕墻、鋁塑板、鋁扣板等目前基本采用粉末涂裝。建筑鋁型材專用粉末涂料需要有超強的耐候性和裝飾性,同時能滿足環(huán)保要求。 氟碳粉末涂料具有超強的耐候性,達到AAMA2605標準,可保證鋁型材20a以上的耐候防護,是超耐候環(huán)保涂裝的最佳選擇。隨著真空熱轉印技術的成熟,熱轉印粉末涂料可以通過轉印技術把金屬變?yōu)椤澳静摹被颉安讳P鋼”,熱轉印技術在鋁型材、防盜門、家具上的成功應用使“轉印粉”形成粉末涂料一個重要分支。在“以鋁代木,回歸自然”的健康、環(huán)保、節(jié)能背景下,越來越多的鋁型材表面進行了木紋轉印表面處理,通過Qualideco認證的“鋁型材轉印粉”可應用于鋁門窗、幕墻這些要求超耐候的建筑物上,而且使建筑物更加貼近自然。 粉末噴涂以其色彩鮮艷、堅固耐用的特點成為當今金屬家具最環(huán)保的標準噴涂技術,近年來由于木材資源的短缺,鋁家具應運而生。經木紋轉印技術處理制作的全鋁合金辦公家具、戶外家具以及儲存類家具(如衣柜、櫥柜等)表面呈現(xiàn)逼真的紫檀、橡木、胡桃等木材的自然原色,實現(xiàn)了綠色家居生活,零甲醛,零污染,美觀耐用并可循環(huán)利用。 家用電器用粉量約占整個粉末涂料用量的60%,粉末涂料以其色彩鮮艷、堅固耐用的特點占據(jù)大部分家電涂裝的(如冰箱、洗衣機、空調、微波爐、廚具等)市場。
1.2管道、管件、閥門工業(yè) 埋地石油管道、天然氣管道、輸水管道處在極其復雜的腐蝕環(huán)境下,其防腐保護極其重要,通常要求有50a以上的防護壽命。熔結環(huán)氧粉末涂料(FBE)在20世紀60年代成功應用于管道工業(yè),使管道防護技術產生了質的飛躍。通過加熱將FBE熔融固化并粘接在金屬底材上,具有優(yōu)良的附著力、低氧滲透率、耐微生物腐蝕、無陰極屏蔽、堅硬耐磨、涂層表面光滑以及優(yōu)異的耐腐蝕性能,特別適用于高鹽、高堿的土壤及高含鹽分的海水和酷熱的沙漠地帶等苛刻環(huán)境。
FBE管道防腐已形成了完整的高度自動化涂敷工藝,在發(fā)達國家,有50%以上的管道商選用FBE涂層,如美國輸油管道、輸氣管道以及輸水管道的內外防護中有40%~50%的工程采用FBE涂層;英國天然氣公司從1977年開始使用FBE,并指定該涂料為所有海底管道的防腐蝕涂裝材料;在歐洲和中東地區(qū)的油氣管道主要采用3PE防腐層(底涂是FBE)。 借鑒發(fā)達國家的經驗,我國大中型輸油管線、輸氣管線以及輸水管線也基本使用了3PE防腐層和FBE,我國4000km“西氣東輸”大量使用FBE粉末,用量達到1.5萬t。 英國、美國等許多西方國家成功地將FBE應用于輸水管道的內涂層,沙特國家輸水管線已使用30a以上,涂層依然完好如初;FBE和熱塑性聚乙烯粉末涂料(PE粉)是CJ/T120—2016《給水涂塑復合鋼管》標準中指定的內外防腐涂層,南水北調工程輸水鋼管內防腐大量使用FBE涂層技術,不僅達到輸送飲用水標準,而且保證了50a以上的長效防腐;雙層FBE技術應用于管道的穿越技術提供管線在穿越過程中與砂石土壤的耐磨性;海底管道技術使用FBE以及聚乙烯粉末涂料的歷史也有近50a。 表1為管道工業(yè)中3種最常見涂層的性能對比。 從表中數(shù)據(jù)可以看出,F(xiàn)BE的性能優(yōu)于無溶劑環(huán)氧涂料,甚至略優(yōu)于無溶劑聚氨酯涂料。 1.3鋼筋 鋼筋是建筑工程不可或缺的基本材料,鋼筋的使用壽命決定著建筑物的使用年限。FBE涂層鋼筋技術始于美國,美國曾先后試驗了56種涂層材料,最終選用了環(huán)氧粉末涂層,該涂層不僅防腐性能極佳,而且環(huán)氧涂層鋼筋與混凝土的錨固力降低幅度在10%以內,是各類涂層材料中最小的。1913年,在建造賓夕法尼亞大橋中成功使用了FBE涂層鋼筋,比預期使用壽命提高了1倍以上,粉末涂料從此成功進入建筑領域。比較其他防腐方法,鋼筋用粉末涂料是效益最高的混凝土結構防腐材料。國外有關資料說明,LPG碼頭建筑物的混凝土構件內的鋼筋全部采用了粉末涂料保護,使用年限由30a提高到50a,對工程耐久性的貢獻十分突出,總造價只增加約1%~3%。 FBE涂層鋼筋防腐已成為路橋、海港碼頭、隧道、化工廠房等建筑工程中首選的防腐工藝。目前環(huán)氧涂層鋼筋自動化涂裝技術相當成熟,美國有2/3左右橋梁使用環(huán)氧粉末涂層鋼筋,泰國、新加坡、馬來西亞和沙特阿拉伯等國規(guī)定在建工程使用的鋼筋必須有粉末涂料保護。近年來,我國海上橋梁、沿海工程開工量持續(xù)增長,對涂層鋼筋的需求量將越來越大,F(xiàn)BE涂層鋼筋用粉末涂料的用量也越來越大。 1.4鋼絞線 鋼絞線(又稱鋼纜)是橋梁建筑的荷重結構材料,對防腐和耐鹽霧性要求非常高(特別是沿海或跨海橋梁),需通過3000h的鹽霧試驗。美國德克薩斯大學就斜拉索防腐體系進行了全面的調查,結果表明鍍鋅鋼絞線+內涂層+HDPE套管是較完美的防腐體系,在腐蝕嚴重特別是海洋性氣候環(huán)境中環(huán)氧涂層鋼絞線具有獨特的優(yōu)勢,而鍍鋅工藝則存在嚴重的環(huán)境污染。 環(huán)氧粉末涂層預應力鋼絞線作為新型預應力材料以其優(yōu)異的防腐性能在橋梁工程中已有大量應用,如斜拉索、體外索、體內索、吊桿索、系桿索、巖土錨索和錨碇預應力索等,采用環(huán)氧粉末涂層技術提供長效防護,鹽霧試驗的耐蝕性遠大于鍍鋅層,是氯離子或鹽分含量相對較高的環(huán)境理想的防腐材料。在德克薩斯大學收集的意見中,環(huán)氧樹脂粉末鋼絞線體系的得分僅次于鍍鋅鋼絞線體系。環(huán)氧樹脂粉末鋼絞線耐腐蝕性明顯優(yōu)于鍍鋅鋼絞線,可使建筑物壽命提高3~6倍,這是粉末涂裝技術所攻克的新領域,可以應用于城市橋梁、港口、碼頭等沿海地區(qū)潮濕環(huán)境下等受海水侵蝕的斜拉索、吊索等預應力工程構筑物;長期在污水浸泡下的污水處理池等;強腐蝕環(huán)境下的化工構筑物等。 鋼絞線FBE涂層工藝已實現(xiàn)了自動化涂裝,涂覆環(huán)氧粉末的新型防腐鋼絞線具有與母材鋼絞線相同的強度特性,是目前防腐領域內預應力工程中的首選。美國有專門的環(huán)氧涂層鋼絞線標準ASTMA882/A882M—2004。據(jù)《我國預應力鋼絞線市場概況與展望》顯示,2016年我國共有長期穩(wěn)定鋼絞線廠家約42家,絞線生產線約200條,年設計產能達600萬t左右,全年鋼絞線實際產量約450萬t,其中環(huán)氧涂層鋼絞線(鋼筋)按20%計,其產量為90萬t。而每噸環(huán)氧涂層鋼絞線(鋼筋)需用環(huán)氧粉末涂料約50~70kg,意味著目前我國該領域年需求超過4萬t環(huán)氧粉末涂料。隨著FBE涂層鋼絞線的應用比例在逐年速增,粉末涂料也將在鋼絞線市場迎來巨大的增長。
表1 3種外防腐涂層性能對比
1.5其他行業(yè) 交通運輸行業(yè)(如高速公路護欄桿、保護網,動車、高鐵、機車內裝飾板,信號燈、電控柜),電子行業(yè)與IT行業(yè)中使用的馬達、線圈、變壓器電子組件、配電柜、電腦機箱、交換機,運動器材、健身器、售賣機、童車、小五金、電動工具,以及一些新興的行業(yè)如共享單車、摩拜單車、快遞箱等均采用粉末涂裝。
國家環(huán)保部發(fā)布的《“十四五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》中要求七大重點行業(yè)所有企業(yè)均應實施VOC綜合治理、VOC總量減排要求:集裝箱制造企業(yè)的VOC綜合去除效率達到80%以上,汽車、卷材制造企業(yè)達到70%以上,家具制造企業(yè)達到50%以上,工程機械、船舶、鋼結構制造企業(yè)達到30%以上。這些給粉末涂料帶來了新的機遇。
2.1集裝箱涂料市場 集裝箱市場非常集中,據(jù)中國集裝箱協(xié)會統(tǒng)計,中集集團全球最大,占全球集裝箱市場50%,第二便是勝獅貨柜,全球市占率達25%,中國集裝箱占世界總產量95%。 據(jù)中國報告網發(fā)布的《2016—2022年中國集裝箱租賃市場發(fā)展現(xiàn)狀及十三五發(fā)展趨勢前瞻報告》顯示,2016年全世界的集裝箱保有量約4000萬只標準箱,每個集裝箱的壽命為15a左右,用9~10a后,便需要修補,每年集裝箱的替換率約220萬~300萬只標準箱,因而集裝箱涂料市場的增長潛力巨大。 由于集裝箱經常處于移動狀態(tài),反復經歷從陸地到海洋、從酷暑到嚴寒的全過程,因而集裝箱防腐要求很高。1962年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(yè)中主要涂料,約占95%,主要使用三層油漆配套體系防腐,底漆為溶劑型環(huán)氧富鋅漆,面漆為氯化橡膠防腐,都存在VOC排放污染,而且氯化橡膠樹脂在制造過程中會放出CCl4,破壞臭氧層。為此中國集裝箱行業(yè)協(xié)會通過了《中國集裝箱行業(yè)VOCs治理行業(yè)自律公約》,強制推行水性化涂裝,以實現(xiàn)VOC減排80%的目標。目前集裝箱用水性涂料仍存在技術難度,在環(huán)保上也存在廢氣、廢水、廢渣需要進一步處理,由此可能帶來高昂的成本難以接受,因此“油改水”道路依然漫長而艱辛。 集裝箱體積巨大,而且需要內外噴涂,因而噴涂方式的改變將會因前處理的復雜而受限制。盡管如此,水性化、高固化和粉末涂料的使用是集裝箱涂料未來的發(fā)展方向。杜邦公司曾積極推介粉末涂料技術在集裝箱上的應用,未來將會為集裝箱的涂裝市場提供更多選擇。目前高能紅外技術已經實現(xiàn)大型工件的烘烤固化,隨著更加先進的涂裝工藝的應用以及粉末技術的進步,集裝箱的粉末涂裝并非不可能。
2.2汽車涂料市場 汽車制造業(yè)是涂料最大的用戶之一,每次VOC排放量的大幅下降都與采用新型涂料有關,如20世紀80年代初引進高固體分涂料,80年代末采用水性涂料,90年代粉末涂料開始用于汽車制造業(yè)。“高紅外”加熱技術用于粉末涂料的固化,使粉末涂層的平整度和光澤與液體涂料相媲美,可用于轎車面漆和罩光面漆,從而實現(xiàn)了涂裝工藝的革命。 在乘用車領域,粉末噴涂技術已經得到了克萊斯勒、通用汽車、PSA、BMW、SWART和法拉利等公司的認證;在商用車領域,目前,VOLVO、SCANIA、IVECO、TATA和集瑞聯(lián)合貨車等已經采用了粉末涂裝技術生產。中國粉末涂料在汽車中的應用主要集中在汽車零部件方面,如汽車發(fā)動機、汽車底盤、車輪、濾清器、操縱桿、反光鏡、雨刮器和喇叭等,基本上都為黑色。國內江淮汽車已實現(xiàn)車廂的粉末化噴涂,其性能超越了溶劑型涂料。隨著技術的日趨完善和粉末涂料性能的提高,現(xiàn)已完全能滿足轎車涂裝的各項要求,如:外觀裝飾性、耐候性、耐化學品性、抗劃傷性、抗紫外線性等。粉末涂料在整個噴涂過程中可以循環(huán)使用,節(jié)省成本。粉末清漆的烘烤過程比較干凈,可以長時間保持烘房的清潔度。粉末罩光涂料具有與溶劑型涂料同等的涂膜外觀,初期投資少,現(xiàn)有涂裝設備稍做改造即可投入使用。 汽車粉末涂料的進步令人鼓舞,“輪轂粉”替代溶劑型底漆涂裝于汽車輪轂具有更好的耐劃傷性、耐石擊性以及表面性能,可將液體涂料的四涂改為粉末三涂,取消了底色漆,因而應用底面合一的底粉,成為汽車新的涂裝方向。粉末清漆已成功使用了30a以上,比水性清漆技術更加成熟,有明顯的優(yōu)勢。特殊金屬效果的粉末涂料表現(xiàn)出比水性漆更好的層間附著力和兼容性,使涂裝過程中VOC排放下降近50%,如仿鉻粉末涂料(電鍍粉)用于汽車輪轂涂裝替代不環(huán)保的拋光工藝,達到電鍍效果。傳統(tǒng)的汽車輪轂用水電鍍達到鍍鉻效果,水電鍍一般的鍍層材質采用“六價鉻”,具有嚴重環(huán)境污染問題,為了解決污染問題而使用真空電鍍工藝,即“底粉+溶劑型底漆+溶劑型介質漆+電鍍層+清漆”工藝。而應用“輪轂專用介質粉”可完美替代“溶劑型底漆+溶劑型介質漆”,越來越多得成為工藝主流。最終的電鍍涂層具有高豐滿度、高流平、高硬度,零VOC排放,未來汽車領域會有更多的粉末涂裝案例。
2.3卷材(PCM)涂料市場 預涂卷板廣泛應用于建筑、家電和家具等行業(yè),需要大量的涂料防護。據(jù)統(tǒng)計機構預測,2027年全球卷材涂料銷量預計達到136.8萬t。國外研究和生產彩涂板已有50a以上的歷史,現(xiàn)在歐洲大約有10條粉末涂裝線。我國卷材涂料生產始于20世紀80年代,雖然起步較晚,但發(fā)展極為迅速,技術水平也有了大幅提升。據(jù)慧聰涂料網估計,到2020年,涂料行業(yè)總產量預計增長到2200萬t左右,年均增長率5%。如果按2014年卷材涂料占涂料總產量的2.78%的份額來計算,到2020年,卷材涂料能達到60多萬t產量,加上6%的復合增長率,保守估計到2020年能達到80多萬t產量。 至今為止,幾乎所有的預涂卷鋼板都是使用液體涂料來涂裝的。PCM涂料已形成了一個巨大的產業(yè),逐漸向延長使用壽命、增加產品的功能和環(huán)境友好型方面發(fā)展,水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等都有小批量應用。PCM粉末涂料也是粉末涂料的一個重要分支,零VOC,柔韌性優(yōu)異,在耐寒、耐熱、耐時效方面均高于溶劑型涂裝。 合肥榮事達-美泰克合資公司1998年從德國EISENMANN引進了中國第一條16m/min的高速平板粉末噴涂流水線,主要應用于家電板。杭州馮氏卷鋼材料有限公司在“十二五”期間成功開發(fā)專用于卷材粉末涂裝的設備,并在其杭州工廠實現(xiàn)25m/min的大規(guī)模卷鋼生產。2017年3月,山東科瑞鋼板有限公司“高速靜電粉末彩色涂層鋼板”實現(xiàn)了國內80m/min的PCM高速靜電粉末噴涂,填補國內該項技術的空白,標志著我國彩涂板加工技術進入零VOC的技術領域。
2.4家具涂料市場 中國共有3400余家木質家具生產企業(yè),目前中密度纖維板(MDF)均使用脲醛噴漆或聚乙烯膜貼塑進行裝飾,這2種方法都存在環(huán)保問題。 近年水性涂裝在家具行業(yè)廣泛普及并被社會大力推崇,但水性涂料由于含有50%以上的水,烘烤時有機溶劑與水一起蒸發(fā)出來,并非“零VOC”揮發(fā),此外水性涂裝存在成本高、加工周期長、漆面硬度低、豐滿度差等諸多問題。而通過低溫固化粉末與遠紅外固化技術共同實現(xiàn)了MDF板的粉末涂裝,實現(xiàn)了真正意義的MDF環(huán)保涂裝。粉末涂裝顏色豐富,有表面砂紋效果、高光效果等不同裝飾效果,而且比傳統(tǒng)液體涂料具有更好的耐化學性和持久性。這項技術的關鍵在于使用低溫固化透氣粉末涂料以及使用低溫催化燃燒天然氣產生紅外輻射為主、電加熱中波紅外為輔的低溫固化技術,在一個特殊設計的氣體催化爐內進行,固化時間短,全程粉末自動涂裝僅需1h,可將采用液體涂料涂裝的45d交貨期縮短至3d,而且每平方米綜合成本比傳統(tǒng)溶劑型涂料或水性涂料成本降低20%~40%。 宜家已經大規(guī)模引進粉末涂裝技術,索菲亞在其板式家具中開始大規(guī)模采用粉末涂料,國內家具企業(yè)如兆生、勵泰、東健科技、博洛尼、歐林等也在推廣粉末涂裝木制家具。
2.5工程機械與農用機械 我國共有1300余家工程機械制造企業(yè)、2500余家農用機械制造企業(yè),工程機械自給率達到80%以上,裝載機、挖掘機、汽車起重機、壓路機、叉車、推土機、混凝土機械等一大批工程機械產品銷售量和銷售額位居世界第一位。 工程機械和農用機械長期暴露在戶外惡劣的環(huán)境下,承受著不同程度的腐蝕,對涂膜附著力、機械強度、耐磨性、耐腐蝕性及耐候性都有較高要求,工程機械的防護與裝飾尤其重要。2015年工程機械(含叉車和農用機械)行業(yè)的涂料用量10.2萬t,其中溶劑型涂料占總量89.3%、粉末涂料9.5%,水性涂料僅占1.2%。工程機械(含叉車和農用機械)的薄板件的涂裝可采用粉末涂料涂裝,在投資和運行成本上具有一定的優(yōu)勢,山推工程機械、土耳其YARIS、徐工科技、徐州卡特、上海龍工、星光農機等工程機械、農機企業(yè)均在駕駛室、結構件、覆蓋件上使用了粉末涂裝工藝,中國一拖也在管件上使用了粉末涂料涂裝工藝,未來眾多的工程機械結構件將會使用高固體分涂料或粉末涂料這類環(huán)保涂料進行涂裝。
2.6船舶及海洋工程 海水是一種強腐蝕介質,波浪、海流對金屬構件產生往復沖擊,海洋船舶用金屬通常要遭受比其他工業(yè)物件更多的紫外線照射和海水侵蝕而更易腐蝕降解,因此需要重防腐涂料對其加以防護。船舶涂料的主要品種有:水線涂料、船殼涂料、甲板涂料、油艙涂料、飲用水涂料、壓載水艙涂料、防污涂料等。粉末涂料有著極其出色的耐候性、耐磨性和耐腐蝕性,可為船舶生產及使用提供良好的性能和維護成本,不過受涂裝尺寸和現(xiàn)場施工所限,目前尚沒有應用實例。 但粉末涂料在船舶管道系統(tǒng)已有成功應用,包括海水管道、淡水管道、蒸汽和廢水管道、燃料和油料管道、排污管道等,一般1艘萬噸級船舶管道系統(tǒng)總長可達30000m。除船舶管道外,船舶上耐腐蝕泵、耐腐蝕閥門、耐蝕波紋管補償器、海水濾器基本采用環(huán)氧粉末涂裝。 我國海洋防腐涂料需求保持年均30%的增長速度,作為海洋開發(fā)基礎設施的跨海大橋也在不斷新建,為海洋防腐涂料帶來巨大市場。海洋防腐涂料一般要求10a以上壽命,粉末涂料可將重防腐與超耐候完美結合,在極其苛刻的海洋腐蝕環(huán)境下,F(xiàn)BE作為重防腐底涂,氟碳粉末作為超耐候面層。 重防腐環(huán)氧粉末涂料已成功應用于海洋環(huán)境的跨海大橋的鋼管樁,美國ASTMA972/A972M-00“Standard specification for Fusion Bonded EpoxyCoated Pipe Piles”明確提出用熔結環(huán)氧涂層作為鋼管樁防腐的技術和標準。如杭州灣跨海大海鋼管樁防腐方案為:泥下區(qū)鋼管樁采用單層FBE涂層(涂層厚度≥300μm),涂層外表面具有30~100μm的粗糙度;承臺以下約42m水下區(qū)采用雙層FBE涂層(涂層厚度≥600μm)耐磨、耐沖擊;鋼管樁承臺以下約8m范圍潮差區(qū)采用加強型三層FBE涂層(涂層厚度≥800μm),最外層使用氫化環(huán)氧粉末技術提高海洋大氣環(huán)境下的耐候性。通過在同一鋼管樁上按照需要連續(xù)噴涂不同層數(shù)、不同性能涂層的先進工藝,使整根鋼管樁具有抗海水腐蝕、抗泥沙沖刷、抗海生物附著、抗紫外線輻射等優(yōu)點,設計壽命100a。港珠澳跨海大橋鋼管樁防腐外壁采用雙層FBE涂層技術配合陰極保護提供120a的長效防護。 這些重防腐粉末涂料成功應用于海洋環(huán)境中的鋼構件的重腐蝕防護案例,可為處于海洋環(huán)境中的船舶、鋼構件提供積極的防護參考。
2.7鋼結構防腐 中國共有5000余家鋼結構生產企業(yè),傳統(tǒng)的鋼結構防腐通常需要重防腐以及超耐候的性能,因此一般使用不同防腐涂層的組合配套體系,如環(huán)氧富鋅+環(huán)氧云鐵+氟碳(或聚氨酯)面漆,但這種配套防腐工藝由于VOC排放較大,對環(huán)境以及人身健康存在傷害。而重防腐粉末涂料和超耐候粉末技術已經相當成熟,F(xiàn)BE或環(huán)氧富鋅粉末涂料可以提供底涂,提供優(yōu)異的附著力或犧牲陽極的電化學保護,而FEVE氟碳粉末可提供長達20a以上的耐候保證。
3.1重防腐領域 自幾年前年起,我國在集裝箱、船舶制造、高速公路、鐵路項目、能源、石油化工、重型機水利、火力和風力發(fā)電、石油開采發(fā)展速度都超過了10%以上,這些項目中重防腐涂料應用量已超過300萬t,我國成為世界上重防腐涂料產量和使用量第一的國家。在船舶、橋梁、鋼構等一些重防腐涂料應用領域,溶劑型涂料仍是主流,占風電涂料的90%以上,陸上風電和海上風電對于綠色涂料的需求十分迫切。水性涂料難以完全替代溶劑型涂料,粉末涂料有望在綠色涂裝趨勢下占有更大的市場份額。 近年來我國風電產業(yè)繼續(xù)保持高速發(fā)展,風電機組的裝機量已達10萬臺,并以每年1萬臺的速度遞增,累計裝機超過了全世界風電裝機的1/3。風電產業(yè)快速發(fā)展帶給粉末涂料發(fā)展新機遇,粉末涂料已經成功應用于風電設備的電氣控制柜體(機艙柜、變頻柜、塔基柜等)的內、外表面及電氣元器件支架等涂裝。未來要求重防腐以及超耐候涂層的風電設備的塔筒、輪轂、導管架等鋼鐵結構正適合采用重防腐粉末涂料以及超耐候粉末涂料。特殊設計的自分層粉末涂料(氟碳改性FBE技術,一次固化得到底層FBE與面層FEVE的涂層技術)以及環(huán)氧富鋅粉末涂料可以替代目前的復合配套油漆防腐體系或溶劑型環(huán)氧富鋅涂料。
3.2特殊功能性應用領域 功能性粉末涂料包括紫外光固化粉末涂料、抗菌防霉粉末涂料、電氣絕緣粉末涂料、耐高溫粉末涂料、防涂鴉粉末涂料、美術型粉末涂料、熱轉印粉末涂料、電泳粉末涂料等。 絕緣粉末體積電阻率高達1015Ω·cm,吸水率僅為0.1%。近年來,國際上電工用環(huán)氧絕緣粉末的涂敷技術在母排、銅排、斷路器、開關柜、絕緣子、母線槽和開關柜中母線絕緣及其他需要耐高壓的電器元件絕緣上得到廣泛應用,如日本三菱公司的12kV開關柜、瑞士ABB公司和德國西門子公司的12~40.5kV開關柜內的母線都采用了絕緣粉末,國際上ZN63大電流斷路器中也采用絕緣粉末涂敷。 導電粉末一般要求導靜電涂料的電阻≤109Ω·m,美國軍用標準<108Ω·m。目前導電粉末的表面電阻可低至105Ω,因此具有較高的導電性,可應用于一些防靜電的領域,如礦井管道的涂裝、油箱、醫(yī)院手術臺、計算機房等。 耐高溫粉末涂料主要由耐高溫樹脂、耐高溫顏填料以及特效助劑制得,可滿足不同高溫要求(200~600℃)。按GB/T1735—1979標準測試,可達到450℃長時間、500℃短時間無開裂、鼓泡的高溫性能。主要應用于BBQ燒烤爐、暖風機、燃氣具、大功率燈飾,以及機械設備的高溫部分,如排煙管道、汽車和摩托車消音器、高溫爐、電氣絕緣材料、石油化工裝置、飛機、導彈、宇航設備等的涂裝保護,可完全取代高溫溶劑型涂料、搪瓷等高污染、高能耗產品。汽車業(yè)和運輸業(yè)是耐熱涂料增長最快的應用領域,預計到2020年耐高溫涂料市場規(guī)模將達到42.4億美元,2015—2020年增長率在4.5%以上。未來新型耐熱聚合物的開發(fā)會推動耐高溫粉末涂料的技術進步而拓展其在耐高溫市場的應用。
3.3非金屬基材涂裝領域
3.4超大型構件的現(xiàn)場施工 某些超大型構件(如大型儲罐、平臺、甲板等)以及非金屬基材的內外墻涂料或大型混凝土構件只能選擇適合現(xiàn)場以及常溫施工的液體涂料。 不過,未來涂裝設備的發(fā)展也許可以實現(xiàn)以上領域的粉末涂裝施工,如高紅外加熱技術、火焰噴涂技術或者應用UV固化粉末涂料則有可能實現(xiàn)大型構件的粉末涂裝,因為火焰噴涂和UV固化可不必將整個構件全部加熱。
3.5高精尖材料的應用 石墨烯、納米材料等高精尖材料在傳統(tǒng)的粉末熔融擠出制造工藝中很難得到良好分散,因而這些優(yōu)秀的材料難以在性能上給粉末涂料帶來質的突變。
(1)在粉末涂料的生產以及涂裝過程中會產生大量的粉塵,可以通過增加除塵設備進行處理,但是仍有部分超細粉塵(通常為<10μm)排放到大氣中,粉塵與生產過程中的噪音常成為擾民的因素。在此背景下,粉末涂料企業(yè)進入化工園區(qū)已是大勢所趨。隨著涂料企業(yè)進入化工園區(qū)期限的迫近,一些不規(guī)范的粉末涂料企業(yè)也將面臨生存危機。 (2)近日環(huán)保部發(fā)布的《環(huán)境保護綜合名錄(2017年版)(征求意見稿)》中第485項將含TGIC固化劑的粉末涂料列為“雙高”(高污染、高環(huán)境風險)產品。雖然市場已有一些“TGIC-free”產品,如HAA(常稱為Primid產品)、PT910等,且HAA是目前市場上最成熟的TGIC替代產品,但直到今天,其耐熱性、厚膜化等性能指標仍無法與TGIC涂層相媲美。一些替代產品僅是降低了毒性(如MT239),但同時也降低了固化劑的活性,因此完全意義上的TGIC替代產品目前仍不存在。粉末涂料行業(yè)在師立功:未來環(huán)保涂料市場粉末涂料能否異軍突起笑傲江湖TGIC產品的替代上仍然任重而道遠。 (3)粉末涂料行業(yè)仍在大量使用鉛鉻黃、鉬鉻紅顏料,這些含重金屬的顏料對人體可能造成傷害或潛在危險。發(fā)達國家已有法律限制有毒有害物質的使用,例如北美、歐洲、澳大利亞、新西蘭、日本、韓國已經立法對涂料中鉛的含量進行限制。我國關于涂料中限制應用重金屬顏料的立法也將日趨完善。然而高成本的替代方案(如金屬混相顏料、高性能有機顏料、陶瓷顏料等)對本已不堪重負的粉末涂料生產成本控制更加雪上加霜。但值得欣慰的是,這些顏料的替代是整個涂料行業(yè)需面臨的問題,而非單純的粉末涂料行業(yè)的問題,相信群策群力,終有解決之道。 (4)粉末涂料的固化需要高溫條件,目前最新的粉末涂料技術也必須120℃以上固化。高溫固化需要消耗更多能量,在節(jié)能上與其他涂料相比處于劣勢。 (5)大多數(shù)非金屬底材,如混凝土、石材表面的防腐目前無法粉末涂裝,但是目前在一些塑料底材、MDF板上已取得技術上的突破,在非金屬底材上的粉末涂裝未來可期。 (6)特大型金屬件(如鋼結構、集裝箱等)或形狀極為復雜的金屬件也很難實現(xiàn)粉末涂裝。對于大型工件,要實現(xiàn)粉末涂裝,必須有超大的固化裝置,這是不現(xiàn)實的。未來涂裝設備的革命有希望解決大型工件的涂裝,如火焰噴涂。此外形狀特別復雜的工件由于粉末靜電噴涂時產生的“法拉第籠”而使復雜的陰角及溝槽部位難以吸附粉末,涂裝效果難以接受,只能采用不環(huán)保的熱浸鋅或冷鍍鋅的工藝進行防腐。未來這些復雜工件的涂裝可以考慮應用粉末流化床工藝解決工件上的“死區(qū)”涂覆問題,這需要涂裝企業(yè)與涂裝制造設備商的共同努力,攻克難關。 (7)粉末涂料在整體涂料行業(yè)的關注度過低,高校以及研究機構對粉末涂料的關注以及研發(fā)熱情遠低于水性、高固等其他環(huán)保涂料。目前并沒有專門的粉末涂料專業(yè),高校中涂料專業(yè)也很少涉及到粉末涂料知識,這可能是因為粉末打樣研發(fā)需要一整套小型生產設備,而液體涂料僅依靠聚合瓶等小型試驗裝置即可展開工作。此外,粉末涂料在涂料行業(yè)似乎并不屬于“名門正派”,因為粉末形態(tài)更類似于超細塑料粒子,也即“塑粉”,而非“涂料概念”上的形態(tài);其加工方法以及使用的某些助劑、顏填料更與塑料加工相似,尤其是熱塑性粉末涂料。粉末涂料在涂料行業(yè)自成一派,缺少與涂料界的整體互動,并不利于粉末涂料技術的進步。 (8)粉末涂料民企眾多,急功近利,長期低價的惡性競爭不利于粉末涂料的長遠發(fā)展。 在環(huán)保意識普遍提升的今天,“環(huán)保、節(jié)能、健康”是涂料發(fā)展的必然方向,粉末涂料是零VOC、100%固含量且符合“4E”要求的綠色涂料品種,應用于社會生活的各個領域,其巨大的市場潛力吸引了眾多國內外涂料企業(yè)相繼進入該領域,推動著粉末涂料技術的日新月異。在全球化綠色涂裝的背景下,粉末涂料迎來更廣泛的發(fā)展機遇,預計作為綠色涂料主要品種之一的粉末涂料會迎來快速增長期。
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2022-03-02
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