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用于重防腐涂料的水性0VOC解决方案
2020年10月23日    阅读量:5289     新闻来源:沈岳,上海瀚岱化学有限公司    |  投稿

用于重防腐涂料的水性0VOC解决方案 涂料在线,coatingol.com


摘要:本文介绍了国内重防腐涂料的发展状况和应用于重防腐涂料的溶剂型高固体份涂料的特点和优势以及瀚岱化学水性高固体分涂料的最新研究进展和优势;讨论了重防腐涂料发展历程及未来趋势,分析溶剂型高固体分涂料油转水的难点;介绍了瀚岱化学水性高固体分含量、0VOC的环氧富锌涂料(70%体积),水性非富锌的高固体分含量涂料(65-80%体积)以及耐候环氧面漆;基于当前瀚岱化学用于重防腐涂料的解决方案和众多工业涂料全面油改水的大背景下,目前是国内企业在重防腐涂料领域进行换道超车的良好机遇。


关键词:水性高固体份涂料;溶剂型高固体份涂料;水性环氧树脂;水性涂料;重防腐涂料


近年来随着我国经济快速发展,下游应用领域需求不断增长,中国防腐涂料市场规模不断扩大。但是防腐涂料的高端市场,即重防腐涂料却被国际巨头所垄断,内资企业的行业竞争能力亟待增强涂料在线coatingol.com。如果沿着现有的技术方向,即溶剂型涂料的高固体含量和无溶剂的方向,我们还很难看到内资重防腐涂料企业能够真正崛起的未来。虽然,现有的溶剂型高固体份重防腐涂料暂时可以满足目前的VOC限量标准,但是更加环保的低VOC和0VOC水性高固体份涂料产品的开发和应用可以成为内资企业换道超车的良好机遇。


重防腐涂料在国内的发展状况


重防腐涂料主要应用在船舶、港口机械、海洋工程、集装箱、石油化工、铁路、桥梁、建筑钢结构、电力和水利工程等领域。其中海洋工程、钢铁、集装箱、公路是被列入我国十大行业振兴规划中的重要领域,关乎国家发展战略和经济命脉。作为国民经济重要领域的主要工程材料,重防腐涂料也对海洋开发和新能源配套、航空航天、国防工业等高科技产业的发展起着非常重要的保驾护航作用。其实,重防腐涂料的发展水平高低已经成为了国际上衡量涂料工业先进程度的重要标准之一。重防腐涂料是我国涂料行业对外开放最早、国际化程度最高的领域之一,自80年代改革开放以来,目前中国已是全球重防腐涂料第一大产销国。


大家普遍认为重防腐涂料技术含量较高,进入门槛也高,主要是因为人们看到的重防腐领域的市场,特别是高端市场大多数被几家国际型的大公司所垄断,如挪威佐敦、荷兰的阿克苏诺贝尔、日本中涂、美国庞贝捷、丹麦的海虹老人等。统计数据表明,国际巨头占据了我国重防腐涂料市场60%以上的份额。在重防腐涂料性能要求高的领域,有如港口机械、船舶、海洋工程领域,国际巨头市场份额占比更是高达80%以上。和国际大公司相比,我国重防腐涂料的企业以小型企业为主,在技术、资金等方面竞争力较弱,产品也主要集中在低端市场,同质化现象严重,自主创新能力不足,缺乏核心竞争力,产品附加值较低,盈利能力较弱。虽然我们的一些国内企业通过努力创新和加大各种投入,实现了多个领域的突破,但总体而言内资公司和外资相比,在全球布点、产品成本、生产规模、施工质量、产品档次、服务水平等方面都还存在很大差距。内资企业很难在竞争中取得优势。


重防腐涂料未来水性化的动力

过去十几年来,高固体份涂料在重防腐等领域取得了非常好的发展,技术已经非常成熟。这些技术占领了大多数它们可以满足的施工条件和涂装要求的市场领域。这些领域大多有高膜厚的要求,一次涂装的膜厚需要在100微米,甚至是几百微米以上。类似这些领域的涂料早已满足低VOC涂料限量标准的要求。因此,业内普遍认为溶剂型高固体份涂料就是重防腐涂料的未来,至少目前是不需要水性化的涂料市场。


虽然用于重防腐涂料的高固体份涂料和无溶剂涂料可以满足目前VOC涂料的限量标准,但是由于重防腐涂料的巨大消耗量,这些领域VOC的排放量也是巨大的。如表1和表2中列出的涂料配套所示,溶剂型环氧高固体份涂料广泛地应用于重防腐的领域,如桥梁、风能塔筒、海洋工程等钢结构,一般这些涂料体积固体份含量在60%-75%之间,VOC在250-360g/L之间。如果按2017年的重防腐涂料的体量为360万吨计算,那么2017年VOC的排放应在75-108万吨之间。实际的VOC会大于这个值,因为这个计算没有考虑材料在制造、施工、设备清洗中消耗的VOC释放。随着人们对环保健康要求的不断提升,VOC限量标准要求必然也会随之提高,这将持续推动行业向超低VOC甚至0VOC的方向发展。

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水性涂料冲击重防腐涂料的时代提前到来

水性涂料冲击重防腐溶剂型高固体份涂料时代就是水性涂料开始可以替代溶剂型高固体分涂料。水性涂料冲击重防腐涂料时代的到来需要水性涂料至少满足以下几个条件:

a.水性涂料可以做到高固体分的涂料65%-80%;

b.水性高固体分涂料可以一次性干膜厚膜涂装至100微米到350微米之间;

c.水性高固体份涂料的VOC超低或者是0VOC;

d.水性涂料的性能满足标准要求。


瀚岱化学致力于创造绿色化学。自2018年公司成立以来,便确立了重防腐涂料的水性化项目,重点开发超低VOC和0VOC的水性高固体份含量环氧涂料。本文讲述了瀚岱化学在实现新型超低VOC水性环氧高固体份涂料的技术创新和解决方案。瀚岱化学的系列超低VOC或者0VOC的水性环氧涂料已经可以实现超高固体份含量(70-80%的体积固体份含量),并且突破一次性厚膜涂装达到几百微米的干膜。相信0VOC的水性涂料的应用领域可以很快推广到目前溶剂型高固体分涂料占领的市场,如桥梁、塔筒、钢结构、海洋工程以及船舶等等。进一步讲,未来所有涂料行业0VOC目标的实现,将不再只是梦。截至目前,我司已创造性地克服了许多行业的难题,且多数项目已经顺利进入市场推广阶段。


瀚岱化学关于重防腐涂料

发展历程研究及未来趋势分析


重防腐涂料领域发展阶段的划分和未来展望

瀚岱化学把环氧涂料在重防腐涂料领域的发展分为了5个阶段。总的来说,环氧涂料在重防腐领域的发展遵循了从高VOC向低VOC方向的发展。如图1所示。

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第一个阶段是1937年-1969年,这期间环氧涂料都是50%体积固含量以内的,技术是以溶剂型的1型固体环氧和溶剂型的聚酰胺固化剂为主,这个期间的环氧树脂和固化剂的供应商主要以大的老牌外企为主。


第二个阶段是70年代至2000年,涂料的固体分含量主要在70-75%之间。这个时候的技术主要是液体环氧,然后配有IPDA固化剂,以及使用一些聚酰胺的140的固化剂等等。需要提一下的是,1969年喷砂技术的出现,才成就了高固体份涂料在重防腐涂料的应用。最有名的是mastic类的高固体份涂料。这个阶段的主要涂料供应商出现了一些变化。其实,在1969年才出现了喷砂技术,在此之前,液体环氧的高固体份涂料很少能够成功应用在重防腐涂料领域,因此,很多技术的发展是需要其他相关技术领域来支撑的。


第三个阶段是2000年-2010年,涂料的固体分含量还是在70-75%之间(这里面说的都是体积固体份含量)。只是这个期间的低温固化技术非常火。大家知道的技术有,二聚酸改性的环氧树脂和腰果壳油改性的固化剂。这类技术的出现彻底地改变了重防腐涂料产业链的供应商的结构,由此出现了行业的重新洗牌和新的格局。当时一些知名涂料公司有了排名的升降,也有一些原本很小的原料供应商变成大供应商,还有一些大的环氧树脂供应商退居二线,包括中国国内的一些环氧树脂供应商出现了垄断市场的局面。很多国际知名品牌在此期间被迫逐渐开始退出涂料市场。


第四个阶段是2010年至2020年,这个时候第三个阶段的技术还在大量使用。但是一些比较好的公司在降低VOC的道路上继续前进,开发推广了固体分含量在80-85%之间的环氧涂料,也使用一些低粘度的溶剂型固化剂的技术。


现在是2020年,我们正在进入第五阶段。但是瀚岱化学认为未来的技术将是水性0VOC和使用环保溶剂的超低VOC水性高固体含技术,它们会逐步取代现有的溶剂型的高固体分涂料,最终会垄断重防腐领域涂料的应用。瀚岱化学在水性0VOC和使用环保溶剂的超低VOC水性高固体含技术已做好的充分的技术储备、产品储备和涂料方案的储备。


重防腐涂料水性化的技术难点

为什么说第五阶段的重防腐涂料会趋向水性环氧高固体份涂料呢?下面我们来看看溶剂型环氧涂料的局限性以及高固体份涂料水性的难点。

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溶剂型高固体份涂料的局限性有很多,固体分含量越高,施工越困难,性能也越来越挑战。很多公司都开发了一些无溶剂的涂料,但很难实现大面积推广,因为不仅施工困难,性能上很多地方也不能满足要求。VOC也不可能实现0VOC,高固含的产品肯定有VOC的。


目前市场上的所谓的无溶剂的溶剂型的涂料还是有VOC的,因为它们经常使用一些溶剂去辅助才能实现高固含和无溶剂。即使真的有无溶剂的配方,涂料的生产制造、涂料施工以及设备清洗等也离不开溶剂,即VOC。它们对环境和操作者的伤害是难以杜绝的。因此,溶剂型涂料的高固含和所谓的无溶剂都不是瀚岱化学的研究方向。


重防腐涂料的配套大家很熟悉,一般有三道涂层,第一层是环氧富锌底漆,漆膜厚度要求在50-60微米,第二层中间层一般要求在250微米左右,有的会涂两道,一道100-150微米,第二道也到150,这是非常高端的要求,比如要求300微米以上的。面漆一般是PU,50-60微米。以上是现有溶剂型产品在重防腐涂料领域的应用配套。


重防腐涂料的环氧锌粉涂料产品水性化的技术难点

重防腐涂料的水性化有很多难点,我们根据产品配套来一一介绍。富锌底漆水性化难点是:锌粉和水是会发生的反应的,这个反应会发生在涂料的制造过程、混合过程,以及涂料的储存中,影响储存期;施工过程中,可能还需要加水稀释,再去喷涂……这些都是难点,还需要加一些助剂,给锌提供一定保护。


众所周知,因为锌粉会跟水发生反应,所以一般锌粉做水性化的过程中,要么在环氧树脂里磨浆,要么在固化剂里磨浆,但是要求磨浆那一组分不能含水。因为不含水,大家自觉不自觉的,为了达到一定的漆膜性能,还有干燥性能的平衡,都会使用一些溶剂,就导致想达到0VOC,甚至更低的VOC的效果,都是有一定挑战的,因为有很多难点。


重防腐涂料中环氧中间涂料水性化的技术难点

对中间涂层来说,高固体份含量这个词的概念里面是没有水性的,它的VOC比如说要求做到0,水性涂料的未来发展是为了实现0VOC,这对重防腐领域才有意义。


特别现有很多水性环氧涂料技术,组分A和组分B混合的时候,它们的混合粘度会增加。因为混合粘度会增加,施工时就不得不加水去降低粘度,导致施工固体份含量降低。这些产品都不能定义为真正的高固含涂料。这里面特别需要提醒的是,我们说的高固含的涂料,都是指施工的固体分含量,而不是把涂料的固体分含量做的很高,现场施工时再加溶剂和水。


中间重防腐涂层要求一次成膜很厚,溶剂型的高固体分含量是可以做到的,但是我们现有的一些水性涂料,是很难做到的,如果漆膜成膜太厚就会出现一些问题,比如盐雾性能不能达到要求等等。这都是中间涂层水性化的难点,或者说是实现0VOC的一些难点。


总的来说,水性高固体份涂料的难点主要聚集在施工性能、漆膜性能,还有涂料能不能制造出来以及涂料的稳定性等。


重防腐涂料面漆的涂料水性化的技术难点

重防腐涂料的面漆大多数都用PU,如果做到水性化后的0VOC是非常之难的,因为Nco是跟水发生反应的,在这一点是有它的局限性。那么在漆膜厚度方面,喷得厚一点儿,叠枪的地方都会出现一些漆膜缺陷,对厚涂是有一些影响的。这里需要强调一点:行业需要我们解决的不仅是单个涂料的问题,还需要提供包含所有涂层问题的解决方案,也就是整体解决方案。所以重防腐涂料的水性化,所涉及到的不仅是解决某一个技术问题,而是从富锌底漆,到中间漆,再到面漆的整体解决方案,要求性能都需达到行业要求。比如说行业有时需要通过国内国际的一些标准,比如说M501等等,要求都是非常严格的。不过,希望在水性化的过程中我们可以借机建立起自己的标准。


瀚岱化学在重防腐涂料领域

的“油转水”解决方案


这里我们用了一个评分的方法对各个方案在涂层性能、施工性能和VOC进行了对比。通过对比,可以初步地了解瀚岱化学的水性方案已经可以完全取代现有的溶剂型的重防腐涂料。


需要强调的是:瀚岱化学水性环氧已经可以提供0VOC的富锌底漆和中间层高固体份含量涂料和0VOC的解决方案,并且有优秀的涂层性能。瀚岱化学的耐候环氧的技术也已经有了非常好的技术储备。


那么我们来看看具体的瀚岱化学关于重防腐领域应用的解决方案。0VOC的富锌底漆,使用的是瀚岱的3260+6815(这个产品后面有详细介绍),0VOC的水性高固体分含量,使用的是8132+1237。耐候瀚岱也有技术储备,产品名称已定,预计于明年年底或后年推向市场。瀚岱有着非常丰富的产品体系,包括可以实现0VOC的富锌底漆,还有0VOC的水性环氧,高固体分含量等,可供选择的环氧树脂和环氧固化剂也有许多。瀚岱做的是完整的产品体系。


重防腐涂料-水性环氧富锌体系解决方案

第一个是8117+6119B的解决方案,该体系有非常好的防腐性能,盐雾达到近2000h,且已经多个客户测试验证。体系二是经济型的。体系三是3270环氧+ 6815 ,体系四是3265+6815,其中需要说明的是:前两个体系是在固化剂里面磨浆,后两个体系是在环氧树脂里面磨浆。体系四的3265是一个超低粘度的环氧树脂,可以直接磨浆,不需要任何溶剂,6815是一个乳液型固化剂,体系三和体系四固化剂都是乳液6815。


重防腐涂料-水性环氧高固含涂料体系

瀚岱化学水性高固体份涂料的解决方案有三个不同的体系。体系一是8132+6350,这个产品体积固体份含量不到50%,但是这个产品厚膜可以喷到150微米以上的干膜,没有漆膜缺陷,这个我们叫high build,低固体份含量但是可以实现高膜涂装。


体系二是可以实现体积固体分含量65%的双乳液解决方案。体系三是8123+固化剂1237,这个固体份含量可以做到74-75%,可以实现喷涂,是双乳液产品。后面两个体系都是高固体份含量的。相关的产品特点,我们曾经介绍过体系三和体系四A+B混合过后,它的粘度是降低的。体系一中A+B混合过后,粘度是上升的,跟市场的竞品类似。体系二、三则完全是瀚岱化学非常具有创新性的技术和配方。A+B混合过后,粘度下降,便于实现高固体分含量的涂料,方便喷涂。前面也介绍过,A和B混合后粘度不会发生变化,因此,非常适合高固体份含量涂料的应用。


瀚岱水性高固体份涂料配方分享

下面我们来分享一下锌粉涂料和高固体份涂料的配方。


0VOC、高固体份水性富锌涂料

瀚岱化学的涂料配方即参数如表3。


瀚岱化学0VOC水性富锌底漆的特点有:

- 在环氧树脂之中研磨锌粉

- 不需要润湿分散剂

- 配方简单,成本低

- 乳液部分可加水稀释,无需溶剂,降低成本

- 容易增稠,储存稳定性好,触变性强

- 轻易实现不同锌粉含量的产品

- 0VOC(含水0g/L、不含水0g/L)


上述富锌涂料配方的固体份含量是67%,接近70%,是一个高固体份产品,可以实现厚膜涂装,一次喷到150微米以上的(锌粉),当然也不需要喷得那么厚。它的重量固含在87%左右,PVC是40%左右,锌粉在干膜的重量是81%,VOC是0。


该产品不需要分散剂,配方简单。乳液固化剂这个部分可以加水,无需溶剂。有时大家遇到,一些领域需要降低固体份含量来卖价,而有的采购只看单价,却不管固体份含量。还有一些比较高端的应用,只是按最后的平方单价、膜厚来计算,此时来做高固体份含量就比较合适,可以更大程度降低成本。


0VOC、高固体份水性非富锌涂料

瀚岱分享的高固体份涂料的配方固体份含量大于70%,也就是74%的固体分含量,VOC为0。这里面的配方也是非常简单的,施工方便,防腐性能好,冷热循环等等都进行过测试。这个产品也是A+B混合后,有非常好的施工性能,粘度不会发生变化。


0VOC水性非富锌底漆的特点有:超高固体份含量(>70%),0VOC;配方简单,成本低;表干/实干快,方便施工;一次性成膜厚;防腐性能好;耐冷热循环好。


总 结


针对涂料行业“油转水”过程中遇到的各种挑战,瀚岱化学投入了大量的人力物力财力,从事绿色化学的研究。在环氧涂料向更环保的发展方向上,开发了多种不同系列的水性环氧树脂和水性环氧固化剂,解决了行业面临的许多“油转水”的问题,力争为“蓝天保卫战”做出最大的贡献。


特别是用于防腐的超低VOC高固体份涂料的成功研发,为行业未来进一步减少VOC的排放和彻底解决行业VOC问题提供了充足的技术保障。本着绿色化学造福人类的宗旨,瀚岱化学将持续加大在水性耐候环氧树脂及固化剂的研究投入,为中国水性工业涂料事业的发展尽一份瀚岱人的努力,为国家环保事业和涂料行业的发展贡献力量。



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