來源:《中國涂料》 作者:潘佐
摘要：綜述了集裝箱生產污染物排放概況,歸納了集裝箱涂裝線現行VOCs治理技術及水性涂料的技術難點,分析了集裝箱水性涂料與溶劑型涂料的施工工藝差別。指出集裝箱水性涂料的VOCs含量相比溶劑型下降了80%,使用水性涂料已成為集裝箱制造業的必然趨勢。
1集裝箱生產污染物排放概況
集裝箱也稱為“貨柜’，(英文：Container)，是一種可以反復使用的交通運輸裝備”1。集裝箱的角件結構便于機械裝卸，并易于進行多式聯運，即在集裝箱卡車、貨運飛機、鐵道車輛、貨輪之間的相互轉運使用。集裝箱運輸的特點是貨物運轉的高效率和運輸方式多樣化(即多式聯運)。隨著計算機IT產業的蓬勃發展，集裝箱運轉系統的管理效率得到了極大提升，伴隨著國際多式聯運模式的快速發展，集裝箱運輸已成為國際物流運輸的主要方式。國際集裝箱運輸的歷史已有近60年，我國的集裝箱運輸也有了30余年的歷史，并已進入成熟時期。我國于1993年超越韓國成為集裝箱產銷量的世界第一，至今已占全球市場份額的95%。圖1為集裝箱的多式聯運。
當前國際物流領域使用的集裝箱，其中90%為普通海運干貨集裝箱。其長期在海上承擔運載業務，而且在吊運裝載過程中會經常發生擦碰。因此，集裝箱的箱體防銹問題，既影響集裝箱的壽命，也涉及使用安全(銹蝕嚴重會導致重貨吊裝安全問題)。在考慮集裝箱涂料涂裝成本的同時，減低揮發性有機物的排放、提升集裝箱涂層性能是研究的主要方向。
現有涂裝線主要使用的涂料產品是溶劑型涂料。集裝箱是快節奏、大批量的流水線作業，涂裝施工過程中排放的VOCs不僅造成環境污染，還存在火災、爆炸的安全隱患。隨著人們對生存環境和身體健康的日益重視，集裝箱涂裝線VOCs排放污染的治理壓力空前增大。集裝箱涂裝線排放的VOCs，不僅破壞了涂裝線周邊的環境，而且將會對施工人員的身體健康造成職業病的危害。以普通海運鋼質集裝箱的制造工廠為例，其主要的制造工藝流程和產污的環節詳見圖2。
從圖2中可以看出，揮發性有機化合物(VOCs)是集裝箱生產線排放的主要污染物。為提升集裝箱涂裝施工過程的環保化，行業內已深入開展了集裝箱水性涂料的研發。
2集裝箱涂裝線現行VOCs治理技術
集裝箱行業現行治理VOCs污染的方式主要是末端治理方式一一催化燃燒法和吸附回收法。
2.1燃燒法及催化燃燒法
燃燒法是通過有組織系統，將生產過程中的VOCs引導至燃燒室，通過高溫(需要850℃以上高溫)燃燒成完全氧化的碳、氮、硫等氧化物氣體。燃燒法的優點是如果燃燒室的溫度有保障，VOCs能被完全轉化為無害氣體;缺點是如果進入燃燒室的VOCs濃度低于一定值，VOCs的燃燒值不能維持燃燒室的高溫。結果是要么給燃燒室補充高能維持高溫，要么任由燃燒室溫度下降而不完全燃燒，無法實現VOCs的轉化。前者需要產生較大的燃燒成本費用(環保成本較高)，后者則會向空氣排放對人體更為有害的苯系氧化物。
催化燃燒法是指：為了維持進入燃燒室的VOCs有較高濃度，有機構提供吸附解附裝置，將生產過程中的低濃度廢氣，濃縮為高濃度VOCs氣體，再送燃燒室燃燒。但這種裝置投資較大，也需要較高的運營成本。圖3為催化燃燒的原理示意圖，圖4為某集裝箱制造企業投入施工的催化燃燒設備。
2.2吸附回收法
吸附回收法是在濃縮回收法的啟發下，進一步創新而成。其原理是通過特定的吸附材料捕捉VOCs分子，到一定集中度之后，用高溫水蒸氣脫附VOCs分子，并將所得的高濃度VOCs水蒸氣，通過分餾等技術，分離成液態的有機溶劑和水。分離所得的有機溶劑其實就是涂料的溶劑主材料，所以可以重用于涂料的調配、涂裝工藝過程，實現了VOCs的回收重新利用。圖5為吸附回收法的流程圖。
3集裝箱水性涂料的技術難點
海運集裝箱長期處在鹽霧及陽光直射環境，腐蝕環境非常惡劣，集裝箱的箱體防銹問題，既影響集裝箱的壽命，也涉及貨物安全(銹穿漏水損壞貨物)和使用安全(銹蝕嚴重會導致重貨吊裝安全問題)。目前，集裝箱涂料中溶劑型涂料占比在90%以上。水性涂料是國內外重防腐產業，特別是海洋防腐工程的前沿技術領域，這項技術的突破可以對船舶、海洋設施、集裝箱等提供非常重要的防腐保護，極具研究開發價值。
我國在水性涂料方面有很大需求。從環保角度考慮，這方面的技術開發能夠有益于我國海運事業健康發展，但是集裝箱水性涂料產品尚有技術難點需要克服。
3.1水性涂料中的3涂層方案及其技術難點
集裝箱傳統涂料的工藝配方，涂層由3種不同成分的涂料組成，每一涂層有不同的功能。內層(與鋼材接觸)，業內稱之為“富鋅底漆”，其作用功能如前所述;中間一層，行內稱為“中層漆”(有單組分和雙組分2種工藝方案)，其主要功能是防止氧氣進入與富鋅底漆及鋼材接觸;外面一層，業內稱為“外面漆”，其主要功能是防止太陽紫外線老化“中層漆”(其老化開裂將導致防氧化功能失效)。
由于集裝箱內極少被陽光照射，所以箱內采取了“富鋅底漆”加高致密性的“箱內面漆”兩涂層方案。我們所說的3涂層方案，其實以箱外表面涂裝工藝為區分標準。
以上可見，傳統集裝箱3涂層方案，是由3種不同性能的涂料，綜合配套，才能有效解決集裝箱箱體防銹蝕問題。
3涂層方案的技術瓶頸在于防止“富鋅底漆”中鋅原子被氧化。鋅原子被氧化導致其喪失“陰極保護”功能。目前，業界采用“包絡技術”解決這一難題，即先將鋅粉用少量有機溶劑包絡，然后通過乳化劑令有機溶劑包絡的鋅粉溶于低VOc介質。所以必須在協調包絡技術所采用的有機溶劑含量的極限基礎上達到降低VOCs目的。
3.2水性涂料的閃蝕性技術瓶頸
為解決3涂層方案鋅原子被氧化的問題，目前有涂料商采用高附著力的兩涂層解決方案，但這一方案也存在技術瓶頸。一般集裝箱制造過程中打砂工藝之后，鋼材不能接觸水汽，否則會發生“閃銹”，即在“打砂”后的粗糙鋼材表面尖鋒點上，出現快速被氧化銹蝕現象。為此，該供應商的解決方案，在實際應用時，也不得不使用少量的傳統富鋅底漆，以防止“閃銹”。
但是，一旦加了富鋅底漆，其內面漆原本的高附著力特性就被削弱(隔了鋅粉層將導致其內面漆很難接觸鋼材表面，附著力下降)。這種“兩層半”的實際解決方案，在防銹蝕機理上是自相矛盾的，很難說服客戶相信這種辦法有足夠的防銹蝕能力。
3.3水性涂料的涂裝工藝技術難點
涂料體系的溶劑介質為低冰點高揮發性有機物，在大氣中含量極低，所以，涂料在涂裝時的氣候條件(溫濕度)幾乎不受限制。但如果將溶劑改為水性體系后，由于水和低含量有機溶劑的凝固點約為0℃，加上空氣中有大量的水分，所以，水性涂料在涂裝施工時，低于一定溫度和高于一定濕度時，均無法形成有效的涂膜。水性涂料涂裝工藝受限于溫濕度的這種現象，叫“施工窗口控制”。
水性涂料不但有施工窗口控制問題，還有一個施工過程的“成膜反潮”問題。“成膜反潮”是指水性涂料在干燥過程中，需要干燥度達到一定的指標度，才能返回高濕環境(包括下雨天氣)，否則將無法形成有效涂膜。
3.4水性涂料的標準體系建設滯后
由于集裝箱水性涂料產品近些年才陸續研發面世，各種產品供應商各自為政做研發，各大集裝箱制造企業也是被動跟隨產品供應商試用水性涂料，對施工工藝規范還沒完全掌握，更沒能形成行業公認的產品標準和施工規范。因此，集裝箱水性涂料的“標準”基礎工作薄弱，也增加了我國集裝箱行業推廣使用新型環境友好型涂料的困難。
3.5水性涂料的成膜質量缺陷
水性涂料的成膜質量缺陷舉例如圖6所示。
4集裝箱水性涂料與溶劑型涂料的施工工藝差別
集裝箱水性涂料與溶劑型涂料在施工工藝上的差別如表l。
5集裝箱水性涂料施工工藝匯總
水性涂料施工工藝匯總情況參考表2。
6結語與展望
盡管集裝箱水性涂料在產品技術、施工工藝、標準體系方面仍存在一定的限制和困難，但鑒于我國在環保政策上制定的要求越來越嚴格，如：國家涂料消費稅的全面征收，廣東省制定的集裝箱行業有機揮發物排放標準已明確于2017年7月1日開始將全面限制溶劑型涂料的使用，國家vochl!放收費試點政策已將集裝箱行業列為試點行業等，集裝箱水性涂料的應用已成必然趨勢。
集裝箱水性涂料的成功推廣應用依賴于以下條件的具備：
(1)對現有“三涂一烘”工藝的集裝箱涂裝線進行水性化改造，以滿足“一涂一烘”的工藝要求;
(2)完善對水性環氧富鋅底漆、水性底漆的防腐機理的論證;
(3)提升水性涂料的成膜初期耐水性能，以滿足全天候條件對水性涂料成膜質量的考驗;
(4)完善集裝箱水性涂料產品標準、施工規范、驗收標準的標準體系建設，與COA、IICL國際組織的標準體系接軌：
(5)克服水性涂料廢水、廢渣環保治理的技術瓶頸，真正實現集裝箱涂裝線“三廢”的環保治理。
