0引言 卷材涂料起源于20世纪30年代的美国，80年代的中后期，我国的宝钢、武钢等引进国外的卷材流水线，拉开了国内彩钢板生产的序幕。卷材涂料的涂装是以冷轧钢板、镀锌钢板、镀铝锌钢板等为基板，采用高度自动化的辊涂生产方式，钢板经过脱脂、化学处理、涂底漆、高温烘烤、涂面漆、高温烘烤后成膜，并达到一定物理性能和抗性的涂层。彩钢板产量的70%左右为建筑用途，而家电用途的彩板也占有一定份额，约8%~10%，其余为商业用途、容器用材、交通与汽车、金属家具等。彩钢板的结构示意图见图1。 图1彩钢板结构示意图
卷钢所用的涂料类型及其涂装条件见表1。
表1卷钢所用涂料类型及其涂装条件 由于彩钢板最终用途不同，所用基板也不一样，表2归纳了这些钢板的用途。 表2钢板种类及其主要用途
作为卷钢涂料用钢板在涂装前必须对钢板进行表面处理。目前，前处理方法主要有磷酸锌处理和铬酸盐处理，应根据钢板的情况来选择处理方法。电镀锌和热镀锌钢板可选用磷酸锌处理，其主要工序是：脱脂→表面调整→化学处理→钝化处理，处理后在钢板的表面形成一层磷酸锌结晶体。铬酸盐处理可分为反应型、电解型和涂布型等多种类型，实际生产线上涂布型铬酸盐处理法使用得较多，虽然说铬酸盐处理没有废渣、废液产生，有利于环境，但由于铬酸盐是有毒致癌物，故开发无铬化表面处理剂是发展方向。 由于彩钢板的用途不同，故其对所用涂料的要求不一样，例如建筑涂料彩板分为内用、外用和其它用途三大类，其中60%~70%为外用板，主要用于屋顶盖板（占总量的30%以上）和外墙壁板（占总量近30%），建筑外用彩板长期经受风吹、日晒、雨淋，经历多年的寒暑变化，所要求的主要性能有耐冲击性、耐风压性、防火性、防漏水性、隔热性、隔音性、耐候性、耐污染性、加工修补性等，此外还需要有美观的色调、新颖的式样、丰富的质感、并与建筑物整体及其周边环境相协调。 家电用彩板所用的钢板国外己越来越多采用镀锌板，逐渐由锌花或无锌花的热镀锌板来取代原来用的冷轧板或电镀锌板，而家电用彩板对涂料表面质量的要求更高，需要涂料具有耐污染性、耐腐蚀性、耐候性、可加工性和适当硬度。 家电用彩板因用途不同对涂料要求也十分不一，各有侧重，如电冰箱彩板要求对食品无毒性，耐低温，耐污染性等；洗衣机彩板要求耐强洗涤剂，耐腐蚀性；自动面包机彩板要求耐热性等，而大部分电冰箱、洗衣机等家电产品均为白色或近白色，故对色差要求十分严格。 1卷材市场概况 笔者所在单位是欧洲卷材涂料协会（ECCA）非欧盟会员，根据2006年上半年统计，卷材涂料涂装彩钢板的ECCA欧盟会员彩钢板产量为961.59724万t，其面积为60194.7万m2。ECCA统计的2006年上半年卷材涂料产量分布及彩钢板的用途分布分别见图2和表3。 图22006年上半年卷材涂料产量分布
表32006年上半年卷材涂料彩钢板用途分布
由表3可见：建筑用彩板仍占有绝对使用量，其次为汽车和家电。 随着全球经济的复苏，彩钢板的产量也获得了较快的增长，表4为ECCA统计的2006年、2005年上半年涂料消耗量。表5为ECCA统计的2005年第二季度各涂料体系的消耗量与比例。 表42006年、2005年上半年涂料消耗量
表52005年二季度各涂料体系的消耗量与比例
由表4可见：2006年ECCA会员单位卷材涂料消耗量较2005年消耗量增长了近18%，显示了彩钢板在欧洲仍是非常有前途的行业。 20世纪80年代中后期，上海宝钢和武汉钢铁厂才开始从美国、英国引进卷材的生产技术和装备。首条卷涂流水线于90年代初正式运行，并取得了迅猛的发展。表6为中国1987年至2005年的卷钢流水线数量和产量。 表6中国卷钢流水线数量和产量
中国还处在彩色涂层板应用领域不断扩大的过程中，总体上，市场的需求依然旺盛。建筑用彩色涂层板在国际彩色涂层板市场上占比重为60%~70%，我国占90%以上，可以看出应用领域虽在扩展，但建筑仍是主要用户。产能总量已高于预期消费需求，高档的彩钢板越来越被中国建材市场亲睐，家电用彩钢板的需求量在逐年增加，并且赋予了新的功能，如抗菌表面。家电用板市场很大，电冰箱、空调、洗衣机、冷柜等占用很大的市场，国内彩钢板要占领这一市场还需下一番工夫，但市场是巨大的。 在过去的十多年中，中国的彩钢板产业从无到有，发展到现在的270万t的消耗，取得了骄人的业绩。近年来，中国上马许多卷材机组，至2005年，总生产能力估计达到1750万t，实际开工率严重不足，彩钢板行业面临着低端市场过度竞争，而高端市场又需大量进口的尴尬局面。 2卷材涂料技术及其发展 2.1卷材涂料的基本知识 卷材涂料配方通常都含有若干组分，一般采用的原材料为： （1）颜料：着色颜料、防锈颜料、体质颜料； （2）树脂：聚酯树脂、高相对分子质量聚酯树脂、硅改性聚酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、溶剂型聚偏二氟乙烯树脂、PVC树脂等； （3）溶剂：芳烃类、酯类、醚类、酮类等； （4）助剂：消泡剂、分散剂、润湿剂、表面活性剂等； （5）其它：催化剂、有机或无机充填剂、功能助剂（导电助剂、磁性助剂、抗菌剂等）。 树脂用作涂料配方中的基料。此外，大多数涂料都需要溶剂，也可含各种助剂。再则，许多涂料还含交联剂，它在涂料施涂于底材后，在固化阶段与树脂发生化学反应，生成网状交联结构的漆膜。这种网状结构往往对产生良好的漆膜性能来说十分必要。卷材涂料在高速涂布后，在高温条件下快速进行固化（10~25s），溶剂必须在固化阶段蒸发，形成涂膜。对涂膜而言有许多性能是重要的，包括硬度、柔韧性、耐候性、耐化学品性、耐溶剂性、耐腐蚀性、对种种底材的附着性和抗冲击性等等。这些性能取决于许多因素，包括树脂的类型、相对分子质量、单体组成和玻璃化温度（Tg）；交联剂类型与用量；固化条件；固化催化剂；以及助剂。改变这些参数可使漆膜性能发生很大变化，从而满足许多不同应用的要求。然而，这常常并不能使所有的性能同时达到最佳。 对于卷涂施工，可采用空气温度在600~700℉、时间约10~30s高温烘烤。一般说来，当其最高金属板温（PMT）至少达到400℉，可使卷涂施工达到足够的烘烤。通常，底材和涂料应在足够高的温度下烘烤足够的时间，才能使全部溶剂从漆膜中充分挥发并使聚合物与交链剂之间化学反应进行到所希望的完全化程度。 按涂层不同，可将涂料分为底漆、面漆和背面漆三大类： （1）底漆：根据成膜树脂不同，底漆分为聚酯底漆、聚氨酯底漆、环氧底漆等，根据用户的不同需要可选择不同的底漆。常用的是环氧底漆和聚氨酯底漆，配以锌铬黄、锶铬黄等防锈颜料加工制造__而成。 （2）面漆：一般采用聚酯树脂、高相对分子质量聚酯树脂、硅改性聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚偏二氟乙烯树脂、PVC树脂等，热固化交联固化体系使用甲醚化氨基树脂（如氰特公司的303树脂、首诺公司的747树脂等）或封闭型异氰酸酯树脂（BAYER公司的3175树脂等），并选用耐高温和耐候性好的颜料。 （3）背面漆：目前，在国内可分为2/1、2/2、2/1M体系。2/1体系背面可涂一层底漆或只涂一层背面漆，主要用于夹心板，要求涂层有良好的粘结发泡性能。2/2体系采用底漆加背面漆两涂体系，一般不要求发泡性能，作为单板使用。2/1M体系一般涂3μm的底漆和6μm的背面漆，可代替2/1或2/2体系，要求背面能发泡。 成膜物质是影响涂层性能最直接的因素，表7所示为卷钢面漆树脂品种的特性。 表7卷钢涂料树脂品种
2.2卷材涂料技术的进展 随着彩板应用数量和范围迅速扩大，卷材涂料已进入快速发展期。2006年6月初结束的第4届国际彩板及涂料涂装技术研讨会和2006国际彩板及涂料涂装市场论坛传出这样一个消息：今后彩板及其涂料的走势将趋向高性能、环保和经济性。根据国外BASF、AKZO-NOBEL、BECKER等世界一流卷材涂料技术发展方向和国内彩钢板用户的需求，延长户外使用寿命、产品的功能化、环保节能将是彩钢板今后一段时间的努力方向。 在研究有机涂层的户外老化影响因素中，太阳光紫外线被认为是引发降解的最主要因素。一般认为有机涂层的光降解机理是自由基反应机理。光分解和光氧化作用导致有机涂层分子链降解。有机涂层结构发生变化后引起其性能变化，即有机涂层在紫外线作用下发生了老化，其老化速度和程度与聚合物和分子的结构有很大的关系。 （1）PVDF氟碳涂料。 表8为各种聚合物中共价键的键能比较，其中碳-氟键键能是有机共价键中最高的。PVDF含氟树脂用作高耐候涂料始于20世纪60年代，经过近三十多年实际使用，被证明耐候性十分优异，是目前卷材涂层中耐候性最好的。 表8各种聚合物中共价键的键能
太阳光中的紫外线波长为220~400nm，220nm波长的光能量为130kcal/mol，在阳光中小于220nm的光线极少，阳光对氟聚合物影响非常小，显示了氟聚合物的高耐候性。而氟聚合物还具有极高的化学稳定性，氟原子具有最高的电负性和较小的原子半径，决定了氟聚合物极高的化学稳定性。 1965年，美国Pennwalt公司和ElfAltochem公司研究成功半结晶聚偏二氟乙烯（PVDF）涂料，商品名为Kynar500。该涂料不能常温固化，烧结温度为 PVDF树脂具有极佳的耐紫外线性能，但其本身不能阻隔紫外线，需借助涂料中的颜料达到阻挡紫外线的作用，使底漆不受紫外线的侵蚀，因此所使用的颜料必须具有优异的耐候性和耐化学品性，能够经受20~30年的户外曝晒。绝大多数有机颜料在阳光和大气的作用下会发生降解或结构破坏而退色，而无机高温煅烧金属氧化物颜料的化学性质相对比较稳定，适合长期保护。目前国内没有成熟的涂料和涂料评价技术标准，一般采用美国AAMA2605或ASCA96标准来评价涂层的优劣。近年来，国内开始盛行以三氟氯乙烯和乙烯酯单体共聚的含氟树脂，大量应用于建筑外墙和金属板，由于使用易水解的乙烯酯单体和氟含量较PVDF低，因此，其耐候性与PVDF比较，有一定的差距。 （2）HDP高耐候聚酯（HighDurablePolyester）卷材涂料。 目前建筑用彩板主要采用普通的聚酯涂料，使用8~10年后，其涂层一般会失光，失去保护和装饰性，甚至产生锈蚀等现象。PVDF氟碳涂料尽管可以保证室外25年以上的耐候性，但价格十分昂贵。在建筑用彩板方面，英国HYDRO公司（现被BASF收购）、瑞典的BECKER公司等开发出可达到PVDF涂层60%~80%耐候性的HDP聚酯涂料，且优于普通的硅改性聚酯涂料，其户外耐候性达到15年。目前，上海涂料有限公司振华造漆厂也开发出了高耐候的聚酯树脂。 欧洲专利EP525871介绍了一种适用于户外耐久涂料体系的聚酯，特别适用于卷材涂料，是以1，4-环己烷二甲酸、六氢邻苯二甲酸（酐）、EsterDiol204和新戊二醇制得的一种聚酯。将其与三聚氰胺匹配，用于卷材涂料体系，形成柔韧耐候的涂膜。欧洲专利EP1172425介绍了一种适用于户外耐久涂料体系的聚酯，也适用于卷材涂料，它是由2.1molEsterdiol204、0.2molNPG、4.5molCHDM、5.3molHHPA制得的一种聚酯。将其与三聚氰胺和异氰酸酯匹配，用于卷材涂料体系，形成柔韧耐候的涂膜。 USPatentApplication20040058187中介绍了一种HDP卷材涂料和用HDP卷材涂料制得的彩涂钢板，树脂采用ConstructionChemicals的KP1578，并和普通聚酯卷材涂料、有机硅改性聚酯卷材涂料、PVDF涂料进行了比较。 高耐候聚酯树脂在合成时采用含环己烷结构的单体，来达到树脂的柔韧性、耐候性和成本的平衡，采用不含芳香族的多元醇和多元酸来减少树脂对UV光线的吸收，达到涂料的高耐候性能。涂料配方中加入紫外线吸收剂和位阻胺（HALS）来提高漆膜耐候性能。高耐候聚酯卷材涂料在国外已被市场认可，国内宝钢正不遗余力地进行推广和应用，该涂料性价比十分突出。 （3）有机硅改性聚酯卷材涂料。 传统的有机硅改性聚酯卷材涂料是用有机硅树脂和聚酯树脂冷拼进行改性，可保证10年的室外耐候性。有效的办法是用有机硅单体直接对聚酯树脂进行改性，进一步提高有机硅改性聚酯树脂的耐候性，使涂层达到室外20年的耐候性，并成为开发的热点。 在对聚酯树脂进行改性时，通常采用甲氧基的有机硅中间体，当有机硅含量达到树脂的30%，并采用高温煅烧的金属氧化物颜料时，涂料可达到25年的耐候性要求，仅次于氟树脂涂料。 |
