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涂料工业在新世纪初的发展(二)

时间:2005-08-31
关键词:涂料 工业 世纪 发展 来源:互联网

3 工业专用涂料——涂料工业发展水平的标志工业专用涂料是涂料工业的主流产品,也是传统涂料产品。和建筑涂料相比,平均附加值要高,性能要求更严格。工业专用涂料的水平,标志着一个国家涂料工业的发展水平,也是工业发达国家涂料工业重点发展的产品。工业专用涂料品种较多,这里只介绍几种有代表性的品种。

3.1 专用建筑涂料前已述及,建筑涂料发展很快,在国内外均占涂料总量的40%以上。建筑涂料又属化学建材产品,也属工业涂料之列。

建筑涂料有内外墙涂料(也称墙漆)、防水涂料、地坪漆,还包括金属建筑材料防腐漆。内外墙涂料主要产品是乳胶涂料。墙漆中性能要求较高的是外墙涂料,要求耐候性、抗沾污性、耐擦洗、抗酸雨性优良,尤其是高层建筑外墙涂料要求耐久,以减少维修费用。在酸雨腐蚀严重地区的城市高层建筑,一般乳胶漆不敌酸雨腐蚀,尚需采用溶剂型纯丙烯酸涂料、丙烯酸聚氨酯涂料。最近发展的溶剂型和水性有机硅-丙烯酸涂料、含氟树脂涂料抗酸雨性及耐久性较优良,尤其是氟树脂涂料耐久性更好。工业地坪漆发展较快,有室内用水泥地板漆,有室外用地坪涂料,要求在水泥底材上附着力好、耐磨耗。室内用水泥地板漆主要是环氧聚氨酯涂料,有的场所需要防静电性能。室外用地坪涂料还有耐候性要求,底层以环氧和改性环氧的底漆为主,面层使用耐候性、耐磨性较好的脂肪族聚氨酯、氯化橡胶等品种,也有使用有机-无机复合型涂料的。

防水涂料是单独或与胎体增强材料复合,分层涂刷或喷涂在需要进行防水处理的基层表面上,可在常温条件下形成一个连续、无缝、整体且具有一定厚度的涂膜防水层,从而满足工业与民用建筑的层面、地下室、厕浴间和外墙等部位防水抗渗要求,统称为建筑防水涂料。

国内防水涂料主要品种有:合成高分子如聚氨酯、硅橡胶、聚丙烯酸酯及其改性沥青产品;聚氨酯等聚合物与水泥复合防水涂料;橡胶改性沥青防水涂料和水泥基渗透结晶型防水涂料。这类涂料也在向高固体分和水性化的环境友好型方向发展,并要求施工简便,适用性强。

3.2 汽车涂料汽车工业是我国的支柱产业,在国民经济中占有重要地位。2000年我国共生产各类汽车207万辆。其中轿车约60.5万辆,客车约55万辆,微型车约30万辆。到2005年,我国的汽车产量将突破320万辆,轿车产量将达到110万辆,汽车的总保有量将达到24652545万辆。

2000年,我国的汽车涂料产量在15t左右,约占涂料总量(以180t计)的8%(发达国家汽车涂料一般占其涂料总产量的20%左右)。摩托车涂料产量约3t。预计到2005年汽车和摩托车涂料总需要量约30t轿车用涂料的装饰性与保护性要求较高,有底漆、中间层和面漆。底漆主要是阳离子电沉积涂料。所用品种主要是由多胺树脂、环氧胺及封闭的多异氰酸酯(TDI)制成的水分散型阳离子电沉积涂料(国内研发的品种多属此类)。另一种是乳液型,由多胺改性环氧树脂、封闭的多异氰酸酯制成稳定的乳液,加入颜填料分散制成底漆。从国外引进的技术多生产这种类型。阴离子电沉积涂料在汽车上使用较少。在一般的汽车中也有采用普通的底漆的。

轿车用环氧树酯、醇酸-氨基中涂涂料,要求与底、面漆的层间结合力好,抗石击性强,虽然聚酯-氨基漆都可使用,但以封闭型聚氨酯中涂涂料的抗石性较好。一般汽车多数不用中间层。

轿车用面漆有原色漆和金属漆。氨基聚酯、氨基丙烯酸是主流面漆品种。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则增加较慢。金属漆又称金属闪光漆。由金属颜料如铝颜料、云母珠光颜料或二者合用,配上透明颜料,制成面漆的底色漆,用清漆罩光制成金属面漆,产生随角变色的光效应,增加涂膜的装饰性。汽车修补漆多用丙烯酸聚氨酯涂料,用脂肪族多异氰酸酯提高耐候性。

普通汽车及杂牌轿车也用更普通的涂料,如醇酸、硝基等涂料,而氨基醇酸面漆用量较多。从性能上讲,轿车面漆装饰性的要求不断提高,用光泽、丰满度、鲜映性、雾影等指标来评价,对树脂浅色化、透明度及制漆技术、施工工艺要求逐步严格,所以轿车面漆的技术含量很高,是工业涂料的代表。防止酸雨腐蚀是世界性课题。汽车面漆的抗酸雨腐蚀早已提到日程上考虑。研究表明,用氨基树脂交联剂的氨基丙烯酸、氨基聚酯(醇酸)面漆,其抗酸雨腐蚀性最差。用有机硅改性丙烯酸,在丙烯酸树脂中引入叔碳酸缩水甘油酯(cardura E),再用氨基树脂交联,涂膜抗酸雨性能大为提高。但抗酸雨性最好的面漆是用非氨基树脂交联的,如聚氨酯固化剂交联的涂料。汽车底漆、中涂采用环境友好型涂料的比例较高,面漆的比例要低。降低汽车面漆中VOC含量是重要的课题。

3.3 卷材涂料卷材涂料(coil coatings)或称卷钢涂料或彩板涂料,是冷轧钢板、镀锌钢板、不锈钢板、铝板在加工成最后产品之前的预涂装涂料(precoating)。这是一种在第二次世界大战后逐步发展起来的工业专用涂料。1996年全世界卷钢涂料消耗量已达30余万t,彩板产量约1800t,钢彩板占85%以上,其次是铝彩板,每年约以3%5%速度增长,2000年卷材涂料产量已超过40t预涂卷材主要用于屋顶、护墙板。汽车制造、船舶内部装饰、家用电器、家具、集装箱、炊具等领域逐渐采用。它可以和有机塑料膜、橡胶复合制成复合型金属,以代替塑料、木材、胶合板,具有装饰性好、不易变形、耐久性好的优点,扩大了它在家具、办公用品、建材、室内装饰装修材料中的应用,已成为不可或缺的新一代装饰材料。

预涂彩板质轻、性优、价廉,受到市场青睐,而且卷材涂料具有独特的优点:
1)涂装连续生产。溶剂型涂料挥发的溶剂90%以上得到回收,回收的溶剂焚烧产生的热量又可用于烘干漆膜,减少了VOC对大气的污染,同时又节约涂膜干燥的能源消耗,使溶剂型涂料一直能在卷材涂料中发展。

2)涂装效率接近100%。流水线涂装,生产成本降低,最后用户无须再涂漆,减少投资;而且用彩板制造的产品,质量优于制好成品再涂漆的产品,因而受用户欢迎。国内卷材涂料生产起步于20世纪80年代,当时化工部涂料工业研究所研制成功卷材涂料,在内蒙古包头市油漆厂生产,在上海宝钢厂、武汉钢铁厂应用。上海振华造漆厂在1987年自美国引进预处理和系列卷材涂料,在宝钢厂投入使用,2001年振华厂的产量已达到3000t以上。目前国内年产量在千吨以上的卷材涂料企业有10多家。卷钢涂料有底漆、面漆、背面漆。底漆有环氧、聚酯;面漆,以聚酯漆用量最大。为提高涂膜性能,采用有机硅改性丙烯酸涂料。为满足耐酸雨和超耐久性要求,上海振华造漆厂采用热熔融流平的氟树脂涂料PVDF,国外有采用溶胶-凝胶工艺生产硅氧改性聚酯的。

为提高固化速度,满足流水线涂装要求(300m/min以上),国外采用UV光固化涂装,也有用热固化和光固化混合工艺的。

3.4 桥梁涂料铁路是国民经济的命脉,我国正加速发展铁路建设,钢结构桥梁逐步增多,需要涂料保护。电气化铁路中的输电铁塔、接触网以及各种金属机具也需要涂装。横跨江河的铁桥如不用涂料保护,极易锈蚀而破坏。桥梁涂料是重要的工业专用涂料。建造桥梁时,钢构件可以在工厂预涂防锈底漆与面漆,桥梁建成后要再涂一次面漆,施工均是手工操作。特别是桥梁维修较困难,要先除去旧漆,然后涂底漆、面漆,劳动强度大,维护费用高,因此对桥梁漆的耐久性要求较高。

桥梁涂料有底漆、中间层和面漆。底漆要求对底材附着力及与上层结合力好,防锈性能优良。过去采用红丹防锈底漆,因红丹毒性大,现在多采用环氧富锌底漆。中间层采用环氧云铁(云母氧化铁)涂料,利用片状云铁粒子隔断水汽作用,提高底漆防锈性能。普通桥梁面漆多以醇酸树脂为成膜物,配以铝粉、锌粉、石墨和云铁等颜料,耐久性可达20年。灰云铁氯化橡胶面漆和环氧富锌底漆配合,适用于沿海地区和严重污染地区的铁路钢桥[33]

近年来,新开发的环境友好型水性无机硅酸锌涂料用于钢结构防锈漆卫钢宝,可使用2050年。溶剂型和水性氟涂料面漆可达到超耐久性要求(20年以上)。

为降低维修费用,除要求涂料耐久性优良之外,还要施工简便。涂料都要自干,要求涂料在刷涂、喷涂时耐垂流,而又流平性好,对底材湿润性好。维修施工在涂层未完全破坏时就重涂,不需除掉旧漆,可以节省除掉旧漆层所花费的人力。国外已有能完全覆盖桥梁原有旧漆层的漆料,100%的固体分,对原漆层附着力好。

3.5 管道容器涂料石油、天然气和化工厂物料输送管道的使用愈来愈普遍。油、气及流体化工原料的贮存容器,大型商场日用品输送管道,内外壁都需要涂料保护。

长途输送油、气与物料的管道,内壁要用涂层防腐,减少输送阻力,耐磨。外壁要防土介质腐蚀(地下埋管)和大气腐蚀(地面管),经受各种气候条件考验。根据被涂材质选择涂料,如对铝、镁等轻金属不能使用铁红和红丹防锈漆,因它们与底材会形成原电池而发生化学反应,使底材腐蚀,应选用锶黄和锶钙黄防锈漆。对混凝土应选用耐碱性好的乳胶漆或过氯乙烯漆。

管道与贮罐外用面漆,应根据所处的环境及运行工况条件进行选择。在大气条件下要选用耐候性好的涂料如醇酸、丙烯酸、脂肪族聚氨酯等。内壁涂层的面漆应选择耐油、气性好的环氧涂料、聚氨酯涂料等。地下及水下的管道容器外层面漆可用耐水性好的煤沥青、树脂改性煤沥青等。也要针对温度、酸碱盐物质浓度、物理力作用等因素,选择有相应耐受力的适宜的覆盖涂层。

输送油、气的钢管内壁防腐涂层的涂装已有技术标准可循(如《钢质管道熔结环氧粉末内涂层技术标准》、《钢质管道内涂层流体涂料补口工艺》、《钢质管道流体涂料内涂层风送挤涂工艺》、《液体环氧涂料内防腐涂层钢管技术条件》等)。目前国内石油系统从国外引进了三条管道内涂生产线,用于管道的防蚀内涂,分别设在大庆、胜利和青县。

油气输送管道推荐使用减阻内涂技术。著名的西气东输管道直径φ1067,长4000km,输气压力10MPa,未内涂的粗糙度40μm,内涂后粗糙度10μm,管输费0.855/m3。如采用减阻内涂技术,可以节省费用20亿元人民币。管道和容器涂料的发展趋势是涂料多功能化,施工技术进一步简便可靠。熔结的环氧粉末涂料系列产品及粉末涂料与热塑性树脂熔结物是高性能的组合。如阿克苏-诺贝尔公司的Resicoat是这种产品的主要品牌。

阿克苏分部——国际保护性涂料公司的Intertherm系列产品,可用于高热环境(最高到500℃)的管道和容器;用于温度230℃的干湿循环的绝缘管道,对温度急剧变化的热冲击有很好的抵抗力。

3.6 聚氨酯涂料聚氨酯涂料是指成膜物分子中含有氨酯键,赋予涂料许多优良性能,并能与许多各具特色的合成树脂复合改性。这就决定了它具有优良的综合性能,其中的耐久性、防腐性是大卖点

聚氨酯涂料不仅有优良的溶剂型品种,而且可以制成高固体分、水性、粉末涂料。其刚性、柔性、弹性能很好平衡,防腐、耐候、内用、外用综合性能优良,在工业涂装中应用广泛,市场日益扩大。

美国2000年聚氨酯涂料在建筑业(木地板、水泥地板)的用量达7.5t,运输业(主要是修补涂料)的用量为7.3t,贮油罐和管道用48t。国内聚氨酯涂料在建筑装饰装修、木器中用量最大,其次是防腐领域,总的年用量超过20t。国内对聚氨酯水分散体涂料的研究开发十分重视,聚氨酯粉末涂料也在发展。

喷涂聚脲弹性体(spray polyurea elastomer,简称SPUA)技术号称21世纪的涂装工艺革命,是国外聚氨酯技术发展最快的领域,是近10年来继高固体分涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等环境友好型涂料涂装技术之后的又一项新的环境友好型施工技术。施工不受环境条件影响,固化速度快,可在5s内凝胶,1min可达步行强度,可在任何形状的物体上施涂;固体分100%,一次施工厚度可从数百微米到数厘米。弹性涂膜具有优异的理化性能,如拉伸强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化、防腐蚀性能等。可在150℃下长期使用,可承受350℃的短时热冲击。可以配成各种需要的颜色,使用专用施工设备,施工效率高。SPUA技术是一种多功能涂装技术,全面突破了其他环境友好型涂装技术的局限。在贮罐及贮罐围堰、混凝土看台装饰及防护、影视业等道具制作、主题公园、娱乐场所、耐磨衬里、水处理设施、海洋及海岸设施、运动场地等方面得到广泛应用。青岛海洋化工研究院已从国外引进聚脲弹性体喷涂专用设备及技术,正在国内大力推广。聚脲弹性体中含脲基,与聚

氨酯涂料主要含氨酯基不同:聚脲反应 R—NCO+R1—NH2→RNHCONHR1
聚氨酯反应 R—NCO+R1—OH→RNHCOOR1
聚脲弹性体根据不同使用要求,可以用芳香族多异氰酸酯,也可用脂肪族多异氰酸酯。


4 特种功能型涂料——满足国家高科技发展特殊需要的新品种
特种功能型涂料(special functional coatings)既是特种涂料(special coatings),又是功能型涂料(functional coatings),除了具有保护、装饰的传统功能外,还具有能满足各种特定条件下特殊要求的功能,是涂料的一个极重要分支。它们不仅要满足国防尖端产品和高科技发展的特殊要求,而且要满足国民经济各部门新发展的特殊要求。品种很多,国内先后有专论和专著发表。

特种涂料中以舰船涂料、重防腐涂料、道路标志涂料和航空涂料的用量较大,在近年出版的工业涂料与涂装技术丛书中有专论。海洋的民用与军用舰船的船底防污涂料是特种涂料,在船舶涂料、海洋涂料、特种功能性涂料等专著中都有论述。介绍重防腐涂料内容的专著较多,是防腐蚀涂料中的特种涂料。高等级公路、汽车专用道路和高速公路的发展,带动了道路标志涂料、夜视涂料的发展。我国航空事业发展很快,大型客机主要依靠进口,国产客机与战斗机数量在逐渐增加,航空用涂料(包括飞机维修涂料)用量也在增加,质量要求较高,受到业界重视,先后有专著发表。
下面介绍发展中的几种特种功能型涂料。

4.1 氟碳树脂涂料
2000年世界氟树脂生产能力为10t,预计2005年可上升至12万~14t,主要厂家有杜邦、日本旭硝子、大金、DIC(大日本油墨)等,年生产能力从300020000t不等。涂料用氟碳树脂所占比例较大。

氟碳树脂的F-C键能高(485kJ/mol),分子结构合理。氟碳树脂涂料(PVDF)和中低温与常温固化的氟碳树脂涂料(FEVE)用于建材、卷材、建筑外墙、超高的钢铁构件、跨海大桥的防腐,国外有使用20年以上的记录。这两类氟碳树脂涂料国内都在使用,PVDF主要依赖进口,每年使用数百吨;常温固化氟碳树脂涂料(FEVE)正在大力推广,年消耗量数百吨。氟碳树脂具有超耐候性、化学稳定性、优良透光性及很低的表面能,在特种功能性涂料中得到大量应用。

4.1.1 净化环境的氟涂料纳米二氧化钛(TiO2)、钛酸钴(CoTiO3)、钛酸亚铁(FeTiO3)等,都是非常好的光催化剂,可以氧化空气中的细菌,生成CO2H2O;可以在短时期内杀灭细菌、消臭和去除油污;可以将大气中的有害气体SOXNOXCO、苯去除。

只有氟树脂作为基料,才能抗光催化剂的氧化作用,保持化学稳定性好,涂膜不至于短期粉化脱落。氟涂料的光透射率高,耐候性好。用氟树脂和光催化剂制成涂料,涂覆于高层建筑物外墙、构筑物的栅栏骨架表面,对避免大气中有毒物质的污染十分有效。如涂于内墙,可净化室内空气、防霉、除臭、杀菌,保证清洁的居室环境,是很有前途的一类建筑涂料。利用水性氟树脂也可获得等同效果。

4.1.2 防燃、防火含氟树脂涂料一般氟树脂和含氟树脂中氟原子量占25%50%,氟树脂本身具有自熄和阻燃功能。如乙烯-三氟氯乙烯共聚物(BCTFE)的限氧指数(LOI)为64,聚偏氟乙烯(PVDF)的LOI44,乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的限氧指数为30,都高于空气中的氧含量,故在空气中可以自熄,表现出较高的阻燃性能。均聚的四氟乙烯的最高LOI值为95,可称为不燃物。又因含氢量减少,故在高温下形成高碳硬壳,效果更好。特别是阻燃、防火含氟树脂涂料用于薄型钢结构的市场前景看好。薄型钢结构是重要的建材。

4.1.3 荧光含氟树脂涂料建筑内外墙荧光涂料,既有夜间标示作用,更有夜间装饰与节能作用,应用越来越广。但荧光涂料对成膜树脂要求比较苛刻,首先要求耐候性和耐久性,因为长余辉荧光粉的寿命在810年,一般树脂难以达到。还要求涂膜的透光率在80%以上,以满足荧光材料的吸收光能要求和放射光的光度要求。再者,树脂本身要求化学稳定性很高,不能对荧光材料有化学侵蚀。含氟树脂具备了上述要求,是荧光材料的良好配套材料。水性含氟树脂也能达到同等效果。

4.1.4 含氟树脂电热涂料含氟树脂电热涂料对采暖工程意义十分重大,只要一层薄薄涂层,即可加热室内空气,同时还可将氟树脂或涂料制成艺术品,美化环境,市场前景较广阔。
含氟电热涂料不仅可以取暖,还可以用于铁轨熔雪、机翼除冰、电线去霜等场合。

4.2 有机硅树脂功能涂料
4.2.1 溶胶-凝胶法制备的卷材涂料预涂钢板在建筑物中应用愈来愈广,卷材涂料也是重要的建筑涂料。氯基树脂交联的卷材涂料抗酸雨性能差,要利用溶胶-凝胶法将前驱体四乙氧基硅烷引入羟基聚酯中:

(四乙氧基硅烷)

(见凝胶法)

式中,P-OH代表羟基聚酯;

代表四乙氧基硅烷。分子中有4个乙基,但在水解、缩合交联之后,乙基随反应产生的乙醇而失去,变成聚酯-氧化硅(有机-无机)杂化体系。这种有机-无机复合,改进了卷材涂料的耐候性、抗酸雨性,大大提高了涂料的功能,也是纳米材料改性涂料的一种方法。

4.2.2 多功能的陶瓷复合含硅弹性涂料日本SKK化研株式会社正在我国推广一种外墙涂料——陶瓷复合含硅弹性涂料(CERAMI CLEVN),据称是SKK专利技术——先进的陶瓷复合技术,采用弹性丙烯酸硅树脂为原料,使涂膜耐久性能更好,既富有弹性,又抗沾污,透湿性好,防水性佳,成为耐久、抗沾污的新一代弹性涂料。由于采用特殊配方技术,该涂料还可防霉、防藻,是一种多功能弹性外墙涂料。

所谓陶瓷复合技术,如前所述,就是用制备高级陶瓷技术中的溶胶-凝胶方法,将氧化硅和丙烯酸树脂制成无机-有机复合涂料。

4.2.3 水性无机涂料无机涂料(inorganic coatings)是普通涂料的一个品种,发展很快,尤其在国外。无机涂料所用原料为硅酸盐和硅溶胶,取材于自然界,来源丰富,对环境污染小,一般制成环境友好型水性涂料,故受到人们青睐。很早就有无机富锌防锈底漆问世,具有优良的防锈性能。后来,无机涂料逐步扩大应用在建筑外墙、内墙,特别是利用无机材料耐热、防霉、阻燃等特点,在许多功能性内墙涂料中扩大应用,在国内已有一定发展。在普通水性无机涂料配方中,有机乳胶树脂占相当大的比例(20%以上),以达到增韧的目的。

近年来,国外涂料界非常重视水性无机涂料的发展,技术上已有大的突破,配方中用于增韧的有机乳胶树脂较少(<5%),对其成膜机理研究较为深入。作为无机涂料中成膜物的硅酸盐、硅溶胶可自动渗入水泥面,使含颜、填料的涂膜在固化剂作用下发生硅化作用而与底材牢固结合成一体,在1000℃以上条件下,仍然耐热,不会龟裂剥落,除非底材龟裂才会使无机涂料涂膜龟裂,但即使这样也不会剥落。欧洲已有使用20年以上的历史。自身还具有防火、阻燃、反射光线、不褪色等特点,而且耐酸、碱,不滋生霉菌或藻类。还可制成呼吸性涂膜,具有自洁功能和耐水性,像人的皮肤一样既不渗水,又能使基体内的水分蒸发而排出,基材保持干燥,涂膜不起泡,不泛黄与剥落。施工简便,不需涂底漆,可喷涂、刷涂。这是一类很有发展前景的涂料。

5 助剂和溶剂——不可或缺的涂料组分
5.1 助剂
5.1.1 分类在涂料生产、贮存、施工和成膜过程中,均需分别添加不同的助剂(additionagent),以改进涂料和涂膜的性能。有的助剂还能赋予涂料某些新的功能。助剂已成为涂料不可或缺的组成部分。
涂料用助剂种类繁多,数以千计。一般按其用途和结构分类。

按用途分类有:生产涂料时使用的助剂,包括湿润剂,乳化剂,分散剂,消泡剂等;在贮存和运输中发挥作用的助剂,包括分散剂,防沉剂,防结皮剂,防腐剂,防霉剂,冻融稳定剂,消泡剂等;在施工和涂膜干燥时发挥作用的助剂,包括防流垂剂,流平剂,浮色发花防止剂,催化剂,固化促进剂,乳胶漆的成膜助剂等;涂膜中发挥作用的助剂,包括紫外线吸收剂,光稳定剂,附着力促进剂,防划痕剂,增光剂,防粘连剂,流平剂,防霉剂,消光剂等;具有特殊作用助剂,包括阻燃涂料,防污涂料,灭虫涂料等所用的阻燃剂,防污剂,防霉剂等。
有些助剂只能在某一方面发挥作用,对其他方面稍有影响或者还有副作用。有些助剂在涂料制造、贮存、施工以及成膜过程各个阶段都会发挥作用,有的助剂具有2种以上的功能。应在选用试验和综合分析基础上,扬长避短,正确使用。

按结构和作用机理可分成有界面活性的助剂和无界面活性的助剂两大类。有界面活性的助剂有湿润剂,分散剂,发花防止剂,流平剂,消泡剂,乳化剂,防沉剂等。它们是在涂料的各相之间的界面处发挥作用的,按结构又可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、电中性和高分子聚合物等5类。前3类大多用于水性涂料,后2类大多用于溶剂型涂料,也有少数用于水性涂料的。无界面活性的助剂大多用于增强或削弱涂料的某些性能,主要有催干剂,消光剂,增塑剂,防腐剂,防霉剂,防污剂,阻燃剂,导电剂,紫外线吸收剂,光稳定剂,黏度调整剂,触变剂,防流垂剂,防结皮剂,防划伤剂,防粘连剂,附着力增进剂,固化促进剂等。

5.1.2 品种及作用
5.1.2.1 湿润分散剂颜料粒子比表面大,易聚集成大粒子,原级粒子较少。颜料在涂料中分散分为湿润、聚集体的粉碎、分散体稳定3个阶段。湿润分散剂能促进涂料对颜料的湿润,缩短研磨分散时间,加快颜料聚集体的粉碎,保证涂料分散体系稳定。湿润分散剂对整个分散过程均起着重要作用。湿润分散剂属界面活性助剂,品种有聚羧酸多氨基酰胺盐改性系列产品;用聚硅氧烷改性的系列产品;有阴离子型、阳离子型和电中性品种;聚合物型分散剂;改性高分子量聚氨酯型分散剂及偶联剂。

5.1.2.2 涂膜表面状态控制剂
流平剂:帮助涂料施工后流平成平整光滑的薄膜。涂膜流平性差,会出现刷痕、桔皮、波纹、缩孔、针孔等弊病,添加流平剂对克服这些弊病有较大帮助。简单的溶剂型涂料流平剂是由芳烃、酮、酯、醇、四氢化萘、十氢化萘等高沸点溶剂混合配制而成,目的是降低涂料黏度,借此改善涂膜的流平性。

流平过度,容易产生湿膜流挂。要调节与流挂的平衡,寻找一个最佳范围。流平剂的主流产品是有机硅(硅油),如聚甲基硅氧烷,聚甲基苯基硅氧烷,用以改善流平性,消除湿涂膜中的贝纳德涡流,改善涂膜外观。

防流垂剂:湿膜流垂防止剂主要是触变剂,无机系的有超细二氧化硅膨润土、有机改性膨润土表面处理的超细碳酸钙等。有机系的是植物油或脂肪酸衍生产品。高固体分涂料由于成膜物黏度小,固含量高,施工后湿膜厚,表面凝定慢,湿膜容易流挂,使用防流垂剂非常必要。国外推荐的优良防流垂剂有碱性磺酸钙凝胶和丙烯酸微凝胶。
碱性磺酸钙凝胶的分子式为:

(见碱性磺酸钙凝胶)

式中,R=1230个碳的碳氢链;x=20该产品在高固体分的氨基聚酯、氨基-醇酸、氨基丙烯酸、环氧-聚氨酯等涂料中使用,效果很好。其优点是热稳定性好,抗流垂,涂料贮存稳定,并且还有防止颜料沉淀的作用,对漆膜光泽影响很小。凝胶(microgels)简称微胶,是分子内部具有交联密度,并具有初步网络,是优良的高固体涂膜防流垂剂,能使高固体分涂料在烘烤前和烘烤中涂膜的膜厚、流平与流垂之间取得最佳平衡,不增加涂料的黏度。活性微胶能与氨基树脂反应,并能改善涂膜的力学性能。

浮色发花防止剂浮色发花是颜料在涂膜表面分布不均造成的。树脂结构、溶剂的种类和混合颜料组分的搭配对涂膜的浮色发花有影响。湿润分散剂、流平剂、触变剂等对防止浮色发花都有作用,要通过试验具体选择。


5.1.2.3 防沉剂涂料中的颜料或其他固体物质与涂料分离,沉降到容器底部的现象称为沉淀。防止这种沉淀现象发生的助剂叫防沉剂。涂料在分散合格后,重要的是使分散体稳定,即已分散的颜料粒子不再聚结。防沉剂的作用就是保证分散体系稳定。常用防沉剂有有机改性膨润土,蓖麻油衍生物,金属皂,二氧化硅,聚乙烯蜡,经处理的超微细碳酸钙等。

5.1.2.4 消泡剂气泡按其形态可以分为泡和泡沫两种,泡是指单个球形的微小空气分散在高黏度介质中的小泡,溶剂型涂料产生的气泡多为此种类型。当空气填充密度大、在容易起泡的介质中分散时,会产生大量气泡。气泡与流体的密度相差很大,它会很快地上升到液面,形成以少量液体构成的依靠液膜隔开的气泡密集体,这就是泡沫。这种泡沫多发生在水性乳胶涂料中。如果不加消泡剂,有时甚至无法进行包装。涂料中的气泡带到湿膜中,涂膜干燥中气泡破灭,会产生针孔、缩孔等弊病。消泡剂应具有较低的表面张力,不溶于发泡流体,而应以极细的颗粒均匀地分布于发泡流体之中。水性涂料用的消泡剂主要有醇酯、有机硅树脂等。

5.1.2.5 催干剂以干性植物油为原料组分的油基涂料与醇酸涂料,涂膜靠在空气中的氧气氧化干燥成膜,但要靠催干剂加速氧化干燥过程。催干剂是有机酸金属皂,如环烷酸皂、脂肪酸皂、异辛酸皂等。金属离子有钴、锰、铅、锌、钙、锆、稀土等。钴、锰是主催干剂,其余是辅助催干剂。主催干剂是促进涂膜表干为主,也有实干作用;铅、稀土、锆有实干的催干作用;辅助催干剂与主催干剂协同作用,能使主催干剂更好发挥作用。

5.1.2.6 其他助剂常用助剂还有防结皮剂,消光剂,紫外线吸收剂,阻燃剂,增光剂,以及附着力促进剂,固化促进剂等,兹不赘述。

5.2 溶剂
5.2.1 定义溶剂(solvent)这个词,就广义而言,是指在均匀的混合物中所含的一种过量存在的组分。狭义地说,是指在化学组成上不发生任何变化并能溶解其他物质(一般指固体)的流体,或者与固体发生化学反应并将固体溶解的流体。溶解生成的均匀混合物体系称溶液。在溶液中过量的成分叫溶剂;量少的成分叫溶质。

溶剂也称为溶媒,即含有溶解溶质之意。在涂料工业中所说的溶剂,是指能溶解油脂、树脂、蜡(这一类物质多数在水中不溶解)而形成均匀溶液的单一化合物或者两种以上组成的混合物。这类除水之外的溶剂,称为非水溶剂或有机溶剂,水、液氨、液态金属、无机气体等则称为无机溶剂。涂料所用溶剂还有一些特定术语:能溶解成膜物的溶剂叫直溶剂或良溶剂;能增进溶剂溶解能力的称为助溶剂;能稀释成膜物质溶液的称为稀释剂或反应性稀释剂。这些稀释剂也属于溶剂之列。

5.2.2 作用及种类溶剂的主要作用是调节涂料的黏度,使之符合施工应用的要求,流平成平整光滑的涂膜。涂料中所用溶剂包括萜烯化合物、脂肪烃、芳香烃、醇、酯、酮、醇醚、醚酯和取代烃等。按树脂的结构和极性选择不同溶解力的溶剂,可以按照成膜物树脂溶度参数和溶剂的溶度参数相匹配的原则选择溶剂或混合溶剂体系。溶剂体系选择得是否得当,决定形成的树脂溶液的均匀性、涂料的粘度大小与贮存的稳定性。在涂膜干燥过程中,溶剂的挥发性对涂膜的流平性、外观有较大影响。溶剂挥发过快,涂膜流平性不好,涂膜外观会产生一些缺陷。涂膜表面凝定后,其底层残留的溶剂扩散到涂膜表面,冲破表面挥发,往往使涂膜产生针孔。根据涂料施工环境条件选择沸点适度的溶剂,是十分重要的。溶剂的沸点及相对挥发速率,都可以从有关文献中查得。

5.2.3 毒性和安全性有机溶剂有异味,多数是有害有毒物质,影响操作人员健康,并污染空气,易燃易爆。但目前涂料中又不能完全不用有机溶剂。因此,除了发展环境友好型涂料,节约溶剂外,要尽量使用低毒害、低挥发性而溶解力又较好的溶剂。可从有关溶剂手册中查得有关溶剂品种数据,试验选定。在生产使用中要加强劳动保护,安全管理,使有机溶剂的毒害性和危险性降到最低。

6 体制与经营的不断创新——发展的保证
6.1 集团化、规模化、专业化
6.1.1 国外情况近些年来,在世界经济一体化大趋势的推动下,国外涂料工业界加快了企业集团化与规模化的步伐,企业集团之间的收购、合并、重组活动日炽。尽管受到日本、西欧、美国经济先后开始衰退的影响,涂料工业集团化、规模化的趋势仍在持续。集团化的主要目的是整合原料、生产、技术、市场经营、资本运作的各种优势,发展拳头产品。2000年排名世界前10位的涂料集团公司的规模及专业化情况

(见表8)

就可以说明这个问题。

8中的拳头产品是指公司在它本地区和全球占有优势的产品。有的公司拳头产品在4类以上,有的公司要少些。杜邦的汽车(OEM)漆和修补漆,占全球汽车涂料市场份额的1/3左右,占杜邦涂料总量的80%,优势特别明显,目前已开始注重发展其他工业涂料。

在欧洲排第二位的巴斯夫公司,2000年的汽车与运输工具涂料(包括修补涂料)业务,占该公司销售额20.7亿美元的65%以上,其他工业涂料占25%,拳头产品优势也较明显。

由于集团化、规模化,1963199420年中美国涂料企业减少1,000多家,剩下800多家。2000年美国排名前10家企业的涂料产量占总量600t78%左右。西欧涂料企业从1970年的2,500家减少到1995年的1,700家,前10家涂料公司占涂料市场份额55%以上。大涂料公司在集团化、规模化过程中,花大力气进行专业化调整。如英国ICI公司将特种涂料、汽车修补漆业务等转让给PPG公司,巴斯夫的集装箱涂料业务也转让给别家公司,阿克苏-诺贝尔计划从航天涂料等特种涂料领域退出。这种例子较多,是将有形和无形的不良资产转出去,整合综合优势,发展地区和全球性的拳头产品。

6.1.2 国内情况国内集团化速度缓慢,市场竞争进一步复杂化。据2000年统计,全国有涂料企业8 000多家,按全年涂料产量183.94t计算,每个企业的平均产量在299.9t/a。规模如此之小,资金、技术、人力、财力非常分散,低水平重复现象严重。行业中先后有5个股票上市公司,也曾出现过年销售额过15亿元的企业,人们希望它们中有的能成为核心,扩大成跨地区的大涂料企业集团,但至今未见进展。

自上世纪80年代以来,乡镇企业、合资企业、民办企业兴起,国内涂料市场竞争逐步激烈化。国营单位由于体制不灵活、技术改造普遍进展慢,在市场竞争中节节后退。全国30家重点国营涂料企业经济1990年占全行业的55%1998年降至25.3%。而三资企业占的比例则节节上升。经过20多年的发展,涌现出一大批年产值过亿元的非公有制涂料企业,有的年产值达10亿元。这些企业已成为业内重要支柱。

进入WTO,涂料企业如何办?人们都在思考这个问题。涂料行业比其他行业开放要早,从上个世纪80年代初期开始引进丙烯酸酯及涂料技术,随后汽车漆、自动包装线、醇酸树脂等项目相继大量引进技术设备,同时也开放了涂料市场。可以说是用市场换技术,吸引了大批外国涂料公司竞相进入中国市场,加剧了国内市场的竞争,使国内涂料市场较早地国际化。我国加入WTO,不仅关税降低进一步吸引外商,更重要的是在世界经济衰退、涂料市场低迷情况下,我国经济仍持续高速度发展,且政治形势稳定,使世界涂料商看好中国,更积极地进入中国涂料市场。世界级的涂料公司和原料公司,不满足于过去与中国企业单项合资、单项合作,要在中国办合资或独资的亚太地区的经营中心或技术中心。排名世界前10位的涂料公司大都有这种行动。原料商如拜耳、陶氏等公司也跃跃欲试。引进外国技术和资金,似乎对发展国内涂料工业有帮助,但同时也进一步加剧了国内涂料市场的竞争。

国内在改革开放中发展起来的一些初具规模的非公有制企业,是前段时期市场竞争的胜利者。这些企业走过了原始资本积累阶段,在新形势下面临严峻挑战。市场竞争的有力对手不单纯是体制较落后的国营单位,而且有体制和经营方法相似的非公有制明星企业。更强的对手是外国涂料公司。它们凭着技术、资金、经营等方面的优势,以占领中国涂料市场份额为目的,气势咄咄逼人,是竞争强手,国内企业是要认真对付的。如何应对这种竞争形势,不同企业有不同的对策,但很重要一点是国内企业之间最好逐步实现强强联合,优势互补,成为专业性集团、地区性集团,加快集团化、规模化发展。

6.1.3 企业管理体制创新国外跨国涂料公司大多数是家庭式企业,历史较久,管理体制现代化,基本上是资本持有者和经营者分开。担任公司首席执行官(CEO)的不一定是控股者,也不一定是股东。公司所有权和经营权基本分开,公司老板们可以聘用当代的经营巨子、大能人,可使经营者的理念、文化结构与时代同步更新,始终做到与时俱进,不会存在经营者知识老化、理念陈旧的问题,保证企业总在新理念和前瞻性经营思路指导下发展。这是一些跨国涂料公司的发展总是走在世界经济发展前沿的重要原因。当前,这些跨国公司是在以发展知识经济为目标,要在全球保持持续发展的优势。

长期作为业内支柱的国营涂料企业,由于固有的不足,在市场竞争中多数败下阵来。也有少部分国有企业改制较早,并且在按《公司法》真正实现股份制,成为国有涂料企业的先进代表。如浙江环球、广东江门、陕西宝塔山、湖南湘江等。它们在我国进入WTO的发展阶段,走出困境,基本上是前阶段竞争的胜利者。目前,它们在积极应对新的竞争形势,有的在进行联合与集团化尝试。

由行政领导部门出面,用资产重组方法将广漆化工实业有限公司、广州红云化工涂料公司、广州溶剂厂组成广州珠江集团公司,总资产达到5.8亿元,成为业内最大的涂料企业之一,并将进一步转制为职工持股有限责任公司。这样做,使原来三个效益都较好的单位联合一起,优化了资产配置和人才资源配置,加上广东的较大涂料市场,应该能成为我国一艘航空母舰式的涂料企业集团。

民营涂料企业的佼佼者也在转为股份制,进行资本、技术、经营管理的组合,朝现代化管理迈步。同时,涂料与其原料供应商也在进行产、供、销一体化联合。这种联合在广东、江苏、上海等地已初现端倪,有的联合体年销售额已超10亿元。有些联合体虽还只是松散型的,但随着经营形势的发展,是会逐步变为紧密型联合的。这是业内体制创新、集团化、规模化的重要力量。

其他行业有实力的企业也介入涂料行业,收购兼并,注入资本。利用其他行业的资本发展涂料行业,不失为体制上的创新。运输业、矿产业、建筑业都有尝试的例子,但佳绩尚未显露出来。

从所有制来讲,国内涂料企业是多种经济体制共存,有国营、国营改制为股份制、股份合作制(合资)、有限责任公司、私营,也有经过20多年发展成为家族式企业、家族式控股的企业。国营体制僵硬,每况愈下,即使股票上市的五家公司也是如此;股份合作制有兴旺发达者,但多数是股份持有和经营者为一体,有的控股者年事已高,经营理念开始落后,面临急需更新经营者的问题;私营企业发展到一定程度难以上规模,有的产值超亿甚至十多亿的家庭式企业,虽然完成资本的积累,但有的管理层的知识与理念老化,经营已呈下滑趋势。国内涂料体制仍处于改革、发展的过渡时期,现代化管理的涂料企业先进模式显见不多。这是制约当前涂料行业发展的重要因素。

6.2 服务理念的创新
6.2.1 国外服务理念的发展对于量大面广的传统涂料产品的服务是咨询指导,业务培训和现场指导。咨询指导是用户提出问题,涂料制造商负责解答,进行售后服务,特别为用户正确使用配色和装饰性涂料提供指导。业务培训是为用户正确选用涂料体系、表面处理和修补漆的施工方案进行义务培训。杜邦公司为汽车涂料和修补漆的涂装施工,在全球开办了几千次义务培训班,指导用户正确使用该公司生产的涂料,保证涂料性能得以充分发挥。欧洲主要生产船舶涂料和防护涂料的Jotun 公司专门建立了涂料学校,加强公司的技术服务能力。目前已把这种培训从挪威国内扩大到世界其他地区,特别是亚洲地区。它已给2 000多名经理、承包商和涂装工提供过一年的免费教学。同时,该公司还在考虑增加在线电子商务处理容量,利用电子媒体及因特网改进课程,以服务于更广泛的地区。

现场指导是生产供应商派遣专业技术人员进驻涂装客户,是一种较成熟的服务模式,负责客户所有产品的原材料管理、仓储和后勤,还包括实验室、质量管理及调漆工作。提供服务的公司不一定制造客户需要的所有涂料品种,可以和客户合作共同选择生产单位。这种服务形式特别体现在汽车涂装生产上,也称系统涂料供应。涂料制造商正在向服务提供商的角色转换,尤其是中小涂料公司,将把较大力量集中在服务上。

另一个转变是由注重技术实力转向密切用户关系上。这是一种新的商业竞争模式。涂料制造商将接管原来由用户自己进行的业务活动,不仅密切与用户的关系,拉住用户,巩固与扩大市场,同时可获得新的商机,从为用户服务中获利。

涂料生产商真心实意地替用户着想。用户想得到的不仅是传统上的售后服务,还想得到一些特定的、具体化的支持性服务。如环保法规不断严格,如何选用符合环保规定而又能保证质量的涂料,又不增加成本,用户需要制造商提供技术支持。不仅如此,大的涂料公司还为涂装客户的产品开发、成本节省和油漆涂装车间运营管理方面提供技术服务和支持。此外,还产生一些除技术问题之外的服务理念,如为用户提供金融、管理和市场营销等领域的帮助。

一流的跨国涂料公司由于热诚为用户提供服务,这几年尽管涂料原材料成本居高不下,涂料需求停滞不前,但通过服务,利润仍有所增加。新服务理念是先在工业涂料如汽车涂料、交通工具和船舶涂料市场实施的,涂料供应商正通过新服务理念与工业涂料重点用户建立联盟关系,为涂装客户和代销商提供各种服务,包括培训计划、信息服务、业务改善方案以及改善环保性能等。这些工业涂料虽只占整个涂料市场的15%左右,不过这种服务新理念正在影响国外整个涂料行业。

国内也开始重视售后服务。为了密切与用户的关系,扩大市场,涂料企业都加强了售后服务。服务质量和水平虽然和国外比较有很大差距,但和过去相比却有明显进步。不少企业设立了咨询热线,产品售出后进行跟踪服务。大型企业也举办一些涂料技术培训班,促进涂料产品的推广使用。工业涂料如汽车、摩托车、卷材等涂料的供应商,也逐渐为用户提供越来越多的服务:派专门技术人员带着仪器到涂装车间协助调色、涂装管理,接管了用户涂装车间的大部分技术管理工作。这对保证涂料的正确使用起了很好作用,无疑也密切了与用户的关系。这种服务方式目前所占的比例虽然还不大,但会逐步推广到其他涂装领域。

7 信息与科技——发展的关键
7.1 交流、展览兴旺,通讯网络发展近几年涂料行业内技术、信息交流增多,特别是展览会很兴旺。政府有关部门、行业与地方信息中心、协会、学会、专业办展览的企业,单独或联合举办交流会和展览会,对信息交流与技术进步起了积极推动作用。有人提出,交流和展览会是否太多了,建议有关部门或者行业组织出面规范与约束,以提高质量。但这可能很难做到。因为信息交流与展览也市场化了,是买方市场。只要依法行事,遵守市场游戏规则,谁都可以办会展,旁人也不便干预。参展商、参会代表总是往效果好的、人气旺的会展上去寻找、探求竞争性信息,去寻找新的商机。
199910月,业内第一家专业网站——“中国涂料与涂装信息网开通。2001年在北京重新注册,更名为现代涂料与涂装网,并取得了互联网业务许可的ICP证,正不断地扩大信息量,增加信息服务内容,进入正常发展。2000年以后,业内逐步开通了中国涂料网中国涂料与表面处理信息网中国涂料信息网慧聪涂料商务网涂料与涂装资讯等专业网站。企业网站与个人网站也逐步增多。互联网的发展,企业和个人电子信箱的普及,大大减少了信息交流的时空障碍,是业内向信息现代化,并与国际接轨的重要进步。预期行业内的电子商务的开展也指日可待。

7.2 高校重视涂料行业科技发展20世纪90年代以来,国内高校,尤其是一些知名的高校,开始关注涂料行业的科技进展。据不完全统计,全国至少有10多所大学成立了涂料研究室或研究组,另外至少有十多所大学开展了与涂料相关的课题研究,积极发展科研成果,显示出一片繁荣景象。这对我国涂料技术进步起了推动作用。尤其是在几个专业涂料研究院所已实行企业化,难以为其他涂料企业提供更多更先进的科技成果的情况下,高校积极参与涂料研发,弥补了这个不足,是值得大书一笔的。

近几年高校还为涂料行业输送了一批高级技术人才,不仅有硕士生,还培养了与涂料相关的博士生。这对增强涂料技术发展后劲,赶超国外先进水平,都具有战略意义。

7.3 企业开始重视技术开发和人才培养国家一直提倡企业从事技术开发,要求企业成为应用技术开发的主力。近几年来,涂料企业积极办科研已开始露头。发展势头较好的涂料公司已建立或正在建立技术开发中心,如上海涂料公司、珠江化工集团、湖南湘江等就是如此。有的企业正式确定每年从销售额中拨出2%左右用于科研开发(如顺德华润等)。这关系到企业的发展,也关系到行业的技术进步,是可喜的。

涂料企业重视技术人才,已从过去为引进某一新品种转而引进或挖进某个专用人才。待产品上去后,挖进的人才可能要换打工的单位。这些涂料企业多数已开始向培养技术队伍转变,从短期行为转而为长期发展着想。广州秀珀是一个工业地坪漆专业生产企业,2001年开始建立企业的涂料工程技术开发中心,先后引进博士1名,硕士12名,本科毕业生20多名,并聘请行业内老专家担任带头人,组成了较强的一支技术队伍,从事以开发新产品、新涂装技术为中心的科研。

广东顺德鸿昌涂料集团公司设立了业内第一家博士后工作站,为开发涂料高科技产品延揽高级技术人才,已有两名博士到站内工作。

7.4 注重以质取胜几年前国内通过ISO-9000认证的涂料企业寥若晨星,但这几年进行认证的企业就很普遍了,大中小企业都在进行认证,好像是在搞一种普及运动。从正面看,通过ISO-9000认证,改善了企业管理的许多不足,提高了企业质量管理体系的整体水平,促进企业发展,增加用户对企业的信任,对产品开拓市场有助,说明企业管理者注重以质取胜的策略。

目前,ISO-14000认证、环境标志产品认证也在一些涂料企业中开展,说明企业的环境保护意识进一步增强。但在认证的浪潮中,确有不正之风存在,使质量认证蒙受羞耻。好在国家已在整顿认证机构,有望能纠正这股歪风。

总之,我国涂料行业与国外发展相比,仍有不小差距,但也不是一无是处。好在许多企业已觉醒,众多高校重视,也引起其他行业的关注,如能很好联合各种力量,以人之长补己之短,以外国之长补国内之短,进步会加快,与国外的差距会缩短。但愿有识的企业家们,以宏大的气魄积极实行强强联手,建成各种类型的涂料企业集团,当涂料市场竞争的强者,为壮大我国涂料工业作贡献!