任旭
中远关西涂料化工有限公司
摘要：本文分析了轻钢涂料的市场预期，对轻钢涂料的产品构成进行了介绍。针对产品水性化，以环氧和醇酸底漆为例进行了配方初步设计，并对配方技术进行了分析。
Abstract：In the paper, The market expectation of light steel coating is analyzed.The types of light steel coatings are introduced.For the trend of the waterborne coating products,the epoxy primer and alkyd primer were taken as an example to design the formulation.And the formula technology was analyzed.
关键词： 轻钢;水性涂料；醇酸：环氧
Key Words： Light steel; waterborne coatings; alkyd: epoxy
前言
建筑轻钢结构因具有易于标准化、工业化、模块化作业的特点，使其成为目前国内建筑工业发展最好的领域之一。其产量、产能逐年增长。并且因为产业转移的原因，以及因为中国拥有廉价的原料和丰富的人力资源，欧美各国将轻钢结构制造产能大量向中国输出。与此同时,我国的经济也在逐年稳步增长，企业厂房等基建项目为数甚巨，也对轻钢结构有了巨大的需求。因此，轻钢结构防腐涂料的需求也成为不可忽视的、越来越大的一块市场蛋糕。
但是，随着我国对于环境保护力度的加大，这一领域的涂料，正朝着环保化、水性化的方向改型。其产品结构正在处于一个变动较大的转型期，这就催生出许多的机会和需求。本文作者对此进行了产品的分析和研究，并通过实验进行了对比。
1.市场和产品分析
近年来，我国的钢结构产量逐年增长。据慧聪网讯数据，在经济发展比较好的一线、二线城市，钢结构占装配建筑20%左右的分量。2012-2016年间我国钢结构保持高速增长，我国制定的“十三五”钢结构目标是2020年全国钢结构用量比2014年翻一番，达到8,000万吨～1亿吨。
由此可见，轻钢结构制造业正处在一个产业上升期。可以预见的未来，其产量会年年有升。较大的产量一方面是因为我国正处于建筑现代化进程，轻钢结构的材料能实现建筑节能环保。钢质材料具有良好的抗震性能，且可回收循环使用，实现可持续发展。循环理念体现在钢结构建筑的建筑设计，施工，拆除等全部过程，这是典型的绿色建筑。因此钢结构更适合当前工业化的生产和装配式的建筑发展和需求，也更符合中国环保型发展方向。另一方面来自于外贸订单，国外的企业越来越多将钢结构加工工序放在中国，利用国内的资源制造之后装船出口。这些市场利好都促成了轻钢结构制造业成为蓬勃发展的朝阳产业。
在轻钢涂料防腐配套上，一般是要适应ISO12944中C3的标准，即高湿度、低盐度的厂房、库房环境。防腐年限低的一般就使用醇酸底漆配套醇酸面漆的体系，或者仅仅涂装醇酸底漆，在搭建厂房之后刷涂防火涂料。防腐年限高的，则一般按照工业漆配套，涂装环氧底漆或者环氧富锌漆+环氧中间漆，再涂刷丙烯酸面漆或者防火涂料。根据实际客户需求，经统计90%以上的轻钢结构涂料是各类底漆产品。具有产品种类集中度高、单批次产量大的特点，涂料厂家生产起来较为高效，属于比较优质的业务。这些轻钢用漆，目前溶剂型的占比仍大大高于水性，市场上大多数使用的仍为溶剂型产品。但是在在国家环保政策不断出台的现实下，环保部门对涂料施工VOC排放有了越来越严格的控制。截至2018年初，京津冀、长三角、珠三角均已对溶剂型涂料施工有了严格限制。对于用漆的企业，要求进行生产线改造，增加VOC后处理装置，而且在雾霾严重的天气还要停产。这就带给涂料生产商和用户很大的压力，轻钢涂料水性化迫在眉睫。所以在未来1-2年，水性环氧富锌、水性醇酸、水性丙烯酸和水性环氧漆等会逐步占领该领域原先溶剂型的市场，完成产品升级换代。这其中尤其以占有绝大多数用量的醇酸底漆和环氧底漆最为迫切。为此，作者就这两个产品进行了基本设计。
2.产品配方和讨论
2.1水性环氧底漆
2.1.1技术要求
环氧漆是防腐漆中使用最广泛的品种，具有底材适应性好、防腐性强，和各类面漆配套性佳的特点。实现环氧底漆的水性化是水性轻钢涂料的重要组成部分，因为有相当数量的出口钢构是需要环氧防腐要求的，一方面是国外用户对防腐性要求较高，另一方面则是考虑到海上运输的防腐要求。
根据HG/T4859-2014和用户的一般施工要求，水性醇酸底漆需实现的目标如下:
表1、水性醇酸底漆性能要求
2.1.2配方探讨
在配方体系上，笔者选取了元邦53%环氧乳液（供应形式当量为1000），固化剂采用水性混胺，在基础配方上分别使用滑石粉和硫酸钡作为填料。做了不同配方结构的分析。
表2、实验配方
经通过调整颜料和乳液的配比，分别作了不同颜基比的实验配方。
表3、不同颜基比实验配方
注：溶剂型环氧涂料在颜基比2.3左右即可达到相当的防腐效果
2.1.3配方结构分析
经测试，在颜基比≤2.0时能够较好的达到标准要求的各项指标，尤其是耐盐雾性能在颜基比较高时下降明显。在颜基比降低时，耐蚀性明显改善，但干率等指标下降，不利于施工和干燥。因此，如果进行这方面的设计，建议颜基比在1.8左右比较理想，而且这样综合性能比较适中，不会因乳液量过多而增加成本。
2.2水性醇酸漆
2.2.1技术要求
醇酸树脂涂料的产量占溶剂型涂料总产量的60%～70%，在涂料行业中占有极其重要的地位。因此醇酸涂料的水性化是涂料行业的一个重要方向。由于客户对水性醇酸涂料最终施工性和理化性能也是延续了传统溶剂型涂料产品的要求，所以还是需要从业者有针对性地进行着重的考量。
根据HG/T4847-2015和用户的一般施工要求，水性醇酸底漆需实现的目标如下
表4、醇酸底漆性能
2.2.2配方探讨
在水性树脂合成方法上，分为乳液聚合（一级分散体）和溶剂聚合（二级分散体）。一级分散体具有分子量大，快干的特点，但是漆膜具有透气性，实际干燥之后在漆膜表面形成微细孔洞。实际上对防腐是不利的。二级分散体分子量小，表面状态致密，而且乳液的机械稳定性好。因钢结构涂装行业最看重的是涂层的防腐性能，要求涂装后在较长时间内不得出现生锈、起泡、脱落等情况。据此，二级分散体更加符合应用要求，因而本文认为二级分散体更加合适。
表5、基础配方
笔者根据以上基本配方，也通过调整颜基比制成不同配方，测试结果如下：
表6、测试结果
注：溶剂型醇酸涂料在颜基比3.5左右即可达到相当的防腐效果
2.2.3配方结构分析
调整不同的颜基比，最终结果为颜基比在2.8-3.0之间能够较好的达到标准要求的性能。在3.0以上，同样会因为填料过多，孔隙率过大而防腐性下降，耐盐雾、耐盐水等性能下降。建议选择2.8左右的颜基比作为配方设计依据。
2.3配方小结
通过配方颜基比的调整，水性环氧和醇酸底漆均可达到行业标准要求的性能。和溶剂型涂料相比，水性涂料的达标颜基比均低于相应的溶剂型产品。也即同样性能的漆，水性漆的成膜物质所占比重要更多，这也和水性乳液本身不是均相的情况相符，分散体成膜理论上虽然是均匀的，但实际上因为干燥情况不是理想态，相同用量下还是不如溶剂型漆膜致密，故而会有需要成膜物增加的情况。所以在水性轻钢涂料设计时需要特别注意性能和经济性的平衡。
3.结语
经过以上产品设计的探索，在漆膜耐蚀性能，机械性能，制漆工艺等方面，水性醇酸和水性环氧的底漆产品可以做到和溶剂型对应产品非常接近，尤其值得一提的是本文使用国产水性乳液制备的防锈底漆，完全可以满足现行轻钢涂料水性化的需要，在进口原材料有涨价风险和市场供货不足的情况下更加有意义。基于此，则客户在涂料水性化的过程中会比较容易接受此类产品的性能、施工工艺、经济指标。在轻钢涂料水性化的过程中具有一定的实用意义。
文章发表于《涂层与防护》2018年7月
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