涂料工业在新世纪初的发展

刘国杰
(北京富特斯化工科技有限公司 现代涂料与涂装网 北京 100083)

摘 要 阐述了涂料工业的特点,国内涂料行业现状,并按环境友好型涂料、工业专用涂料、特种功能涂料、助剂和溶剂分类作了详细介绍,还就涂料行业管理体制创新,信息和科技进行了论述。
关键词 涂料 行业特点 国内现状 发展方向

1 绪论
1.1 涂料的组成、作用
涂料俗称油漆,是一种涂覆在物体(被保护和被装饰对象)表面并能形成牢固附着的连续薄膜的配套性工程材料。

涂料是由成膜物、溶剂(有机溶剂或水)、颜料与填料、助剂组成。早期的成膜物主要是油脂、大漆和其他天然树脂(有机和无机),“油漆”因此而得名。随着大量的合成树脂进入涂料工业,单纯沿用“油漆”这一名称已不恰当,随改称“有机涂料”(organic coatings)。近年来,无机涂料得到较快发展,“有机涂料”一词显然已不确切,统称“涂料”较为合适。国外文献中常有paints and coatings,这并不是指“油漆”和“涂料”之意,而是同义重复,一般译为“涂料”即可概括原意。当然,paint和coating单独使用时,还有其他的含义。因“油漆”一词由来已久,往往把“油漆”和“涂料”等同使用,已约定俗成,习以为常,专业人员不会产生误解。社会上(尤其是一些销售涂料部门)确有把“涂料”与“油漆”分开的现象,误以为内外墙乳胶漆才叫“涂料”,把溶剂型涂料称为“油漆”。这显然是错误的。二者都是涂料。
涂料在施工后成膜,主要起保护、装饰、标志和特殊作用。

保护作用是使被涂物体免受环境介质的侵蚀、风化、摩耗,延长物体寿命。装饰作用是赋予物体各种颜色,犹如衣服包装人的外表一样,起到装点环境、美化生活的作用。标志作用是指各种交通标识,输送不同物料的化工管道外壁的不同标识,以表示警告、危险、安全、前进、停止等,使交通人员和化工操作人员便于操作。特种涂料除了具有传统的保护、装饰作用外,还可以在特定条件下满足光、热、磁、电、辐射、防污、防霉、杀菌等特殊要求,满足高科技与国防工业发展要求,是正在迅速发展的高附加值的新品种。

1.2 涂料的分类
涂料的花色品种数以千计,分类方法也很多。按有无颜料可分为清漆、色漆;按形态可分为水性涂料、溶剂型涂料、粉末涂料、高固体分涂料、无溶剂涂料等;按涂膜固化方式可分为自干涂料、烘干涂料、辐照固化涂料等;按用途可分为建筑涂料、汽车涂料、飞机蒙皮涂料、木器涂料等;按施工方法可分为喷漆、浸漆、电泳漆、浇铸漆等;按工序可分底漆、腻子、二道漆、面漆(底色漆)、罩光漆等;按效果可分为绝缘漆、防锈防腐漆、防污漆、防霉漆等。

以上分类各有侧重,不能全面反映涂料的本质。如何科学地对涂料进行分类,一直是业内人士不断探索的一个课题。从1967年开始,原化学工业部确定按成膜物类型将涂料分为17大类,另加辅助材料1类,共18大类。这种分类方法沿用了30多年,执行中遇到不少问题。比如,一个涂料品种含有2种以上成膜物,究应归属哪一类?虽然有许多补充规定,还是常有些难以自圆其说的尴尬。又比如氟树脂改性丙烯酸树脂,用聚氨酯固化剂固化,是归属丙烯酸类,还是归属氨酯或有机氟树脂类?难以敲定。涂料技术迅速发展,几种成膜物用物理或化学方法复合改性的情况越来越多,18大类的分类法已不适应,看来按应用目的来分类比较恰当,国内有关部门也正在按这个方向修订涂料产品分类方法标准。

从国内外涂料技术发展来看,应将涂料分为建筑涂料、工业涂料、特种涂料三大类,每大类再分为若干小类。比如,建筑涂料中有内、外墙涂料、防水涂料、地坪涂料等;工业涂料中有汽车涂料,桥梁涂料,卷材涂料,木器涂料等;特种涂料中有飞机飞行器用涂料,防污涂料等。按应用目的分类,同一个涂料品种含有多种成膜物组分也不会产生矛盾,方法也比较简单,比较符合发展需要。

美国2000年涂料产量600万t左右,其中建筑涂料产量占50%,产值占38%;工业涂料产量占36%,产值占40%;特种涂产量占14%,产值占22%。

我国2001年涂料总产量究竟多少?报道的数据不一。其中,建筑涂料估计在30%~40%(也有资料报道在50%以上),特种功能涂料在8%~10%,其余为工业涂料。由于涂料产品分类方法新标准尚未颁布,目前国内仍执行18大类的分类标准法。

1.3 涂料工业特点
涂料化学工艺过程分为涂料制造工艺和涂料应用施工(涂装)工艺两大部分。涂料制造是以成膜物(油脂、树脂)、颜料、填料、溶剂和助剂为基本原料,制成不同用途的涂料产品。涂料制造商提供的涂料产品是半成品,施涂在被涂物体表面,通过不同方式固化形成高分子干涂膜,才是正式产品,对物体表面起保护、装饰或标识与特殊作用。施工应用(涂装)包括被涂物体表面处理、施工方法及所用设备、涂膜的干燥与性能评价。涂料制造与涂装两部分工艺密不可分,不能偏废任何一方。以使用要求为“龙头”,从涂料性能及使用是否简便的角度对涂料质量提出要求,可使涂料品种更好地适应使用要求。涂料提供过去比较忽视涂装工艺的配套研究,阻碍了涂料品种的正常发展,失去了一些商机,让外商占去了不少的涂料市场。国内涂料制造者应从中吸取教训。

1.3.1 产品应用的广泛性和专用性
涂料广泛地应用于国民经济和国防各部门及人民生活中,其服务面十分广泛。但每个部门、每一服务对象对涂料性能的要求不同,必须生产不同性能、不同规格的涂料产品,以满足不同的使用要求,所以涂料又具有专用性。
有一些通用性较好的涂料品种具有较好的综合性能,能满足诸多方面的使用要求。这类品种产量大、应用广,是传统涂料品种中的骨干产品。

1.3.2 具有加工工业性质
涂料所用的成膜物、颜填料、溶剂和助剂四大类原料,除极少数特殊组分需自制外,基本上都可从市场上购得,从而使涂料行业带有“来料加工”的性质。
如前所述,涂料产品只是一种半成品,必须在涂装之后体现其作用,离开了使用对象,涂料也就失去了意义。这说明涂料产品是一种服务性的配套材料,不仅决定了涂料工业带有加工工业性质,而且也决定了涂料工业必须紧跟国民经济与国防工业的发展,紧跟人民生活水平提高对涂料提出的新需要,相应发展和超前发展。

1.3.3 知识密集度高
涂料虽具有加工工业性质,但技术更新换代要快,知识密集度很高。涂料生产使用的原材料多,工艺多样化。而且由于品种繁杂,产品配方设计、原料选择具有很高的技术性、技艺性,不仅涉及无机、有机、物化、分析、高分子、胶体等基础化学,还涉及物理、机械、计算机学科。涂装工艺也很复杂,包括表面处理、涂装施工、涂膜固化、产品评价及减少污染等,还涉及界面、电子、能源、环境等多种学科。各种化工新材料、新技术的引入,赋予涂料以许多优良性能,将涂料提升到化工新材料系列,更增加了涂料与涂装的知识密集程度。早在上个世纪60~70年代,日本将制造业的技术密集度定为100,而料则为279。发展到现代,涂料知识密集度要超过这个定位。

1.3.4 投资少,见效快,入门容易,持续规模化发展较难
涂料属精细化工产品,和大宗化工产品相比,具有投资少、利润高、投资回收快的特点,加之它属于加工工业,吸引了许多业内外人士投资办企业,小涂料企业遍地开花,导致涂料市场竞争的复杂性与无序性。确有一些民办、三资涂料企业成为业内佼佼者,上升为“明星”企业。一些涂料企业领导者由于对涂料是知识密集度高、技术更新换代快的特点认识不足,不久就成为市场竞争的失败者。有的年产值超亿元甚至达十多亿元的大涂料企业,也只昙花一现。

1.4 国内涂料行业现状
1.4.1 产量稳步增加
自改革开放以来,我国涂料产量逐年增加(见图1)。2000年,国有企业及产品年销售收入在50万元以上的非国有企业的涂料总产量为183.9万t,仅次于美国和日本,居全球第三位。2001年,包括小涂料厂产量在内的全国涂料总产量在250万t左右,居世界第二位。但我国人均涂料消耗量不足2kg/人·a,只相当于全球人均消耗量的一半多一点(工业发达国家涂料人均消耗量最高超过15kg/人·a)。从这点上看,我国涂料工业发展空间较大。

全球2000年涂料总产量2 500万t左右,每年以3%的速率增长,发展势头趋缓。相比之下,我国2001年涂料产量、产值与利润是高速度增长的

(表1)

按国有企业和年销售额500万元以上的非国有企业统计,我国2001年涂料总产量181.6万t,比2000年减少了1.27个百分点,但涂料消费量却上升了0.92%,达到196.28万t(因进口量比2000年18.09万t增加了43.35%)。我国涂料工业总产值和实现利润的增长速率不仅远远高于全球3%的平均增长速率,而且高于国内石化工业和全国工业的增长速率。从表1可以看出,2001年涂料工业产值和利润在石油和化学工业中分别占3.46%和1.69%,在全国工业中分别占0.62%和0.40%。这说明涂料工业已在我国国民经济中占有一定地位。

(见中国涂料行业例年产量图1)


我国三大涂料产区即长江三角洲(华东地区)、珠江三角洲(中南地区)和包括北京、天津在内的华北地区的涂料产量、销售收入和实现利润如表2所列。

(见表2)

从表2可以看出,长江三角洲(华东地区)的涂料产值只占行业的44.6%,而销售收入和利润却分别占51.2%和61.7%,说明高档品种在增加。其中,上海、江苏、浙江三个省市的产值占华东地区的78.18%,占全国的34.87,是行业中稳健发展的地区。

中南地区2001年涂料产值和销售总额增长率虽然略大于行业的平均值,但利润却减少3.42个百分点,说明低附加值的产品比例在增加。广东省是该地区的涂料生产大省,其产值占该区的43.24%,占全国的12.24%,涂料总产值排在上海、江苏、浙江的前面,居全国首位。但广东省2001年的涂料产值比2000年下降了7.53%,利润下降超过4%。

华北地区有京、津、冀三省市支撑,市场巨大。由于南方涂料大举涌入,该地区涂料制造商的市场份额缩小,使本地涂料产量降低。

西南、西北、东北三个地区的涂料总销售额占全行业的8%以下,这与其区域经济发展比较迟缓有关。

1.4.2 产品结构发展
长期以来,国内一般以合成树脂所占比例的大小来评价涂料产品结构是否合理。这是过时的评价方法。以涂料产品的低污染化程度来评价涂料产品结构的合理性,才符合涂料新发展要求。

上个世纪60年代,石油化工的发展为涂料用的合成树脂提供了丰富的原料,促使合成树脂涂料迅速发展。合成树脂涂料在性能上一般优于以天然油脂为主要原料的油基涂料,加之当时国内油脂(尤其是食用油)缺乏,满足不了涂料发展的要求,国家、行业与企业都大力提倡发展合成树脂涂料,自然形成了以合成树脂漆所占比例多少来作为评判涂料产品结构是否合理、先进的标准。不仅国内30多年来一直沿用这个不成文的评判标准,就是日本涂料行业也仍在使用这个方法。

当前,减少涂料生产对环境的污染日益受到人们的关注,合成树脂在涂料中所占比例多少,已不能作为评判现代涂料品种结构是否合理和先进的标准。况且,现在天然油脂是利用太阳能生产,节省能源,对环境的污染相对较少。油基涂料经高科技改进,性能在大幅度提高。某种程度上还提倡涂料生产多使用天然油脂。根据这些进展,欧美国家早已摒弃了用合成树脂涂料所占比例作为描述涂料产品结构是否合理的做法,而是采用以环境友好型涂料品种的发展来反映涂料产品的进展。如美国1999年描述其涂料产品结构是:低污染涂料品种占81.5%,传统溶剂型涂料占18.5%。据预测,到2005年,传统溶剂型涂料将只占10%,环境友好型涂料将增加到90%。这种涂料产品结构是比较先进的。

日本至今仍然以合成树脂所占比例来评价其涂料产品结构。1997年日本合成树脂涂料已占总涂料产量的95%以上,但它的涂料产品水性化程度比美国、西欧要低得多。

全球涂料产品结构总的发展趋势见表3。从表3看出,传统溶剂型低固体分涂料在逐年降低,低污染型涂料在逐年增加,尤以水性涂料、粉末涂料增幅较大,是最受推荐的环境友好型涂料。而高固体分溶剂型涂料则呈下降趋势(绝对产量仍在缓慢增加),其中的无溶剂(辐射固化)涂料增幅也较大。

(见表3)

我国尚未用低污染涂料产品比例来评价产品结构。“十五”(2001~2005年)涂料行业发展规划如表4所示(只列出了粉末涂料的发展规划,没有列出其他低污染涂料品种的进展趋势)。

(见表4)

2 环境友好型涂料——涂料工业发展的主要方向
2.1 概述
为了便于施工应用,传统涂料使用大量的有机溶剂来溶解和稀释。在施工和固化成膜后,有机溶剂会挥发于大气中,有些涂膜固化过程中也产生挥发性有机化合物逸至大气中。这些挥发性有机物质(volatile organic compounds)简称为VOC。在大气中,在太阳光和热的作用下,VOC与氧化氮等反应,形成光化学烟雾,导致空气质量变差。VOC对人体的影响可分为三种类型:一是气味和感官,包括感官刺激,使人感觉干燥;二是黏膜刺激和其他系统毒性导致的病态,即刺激眼黏膜、鼻黏膜、呼吸道和皮肤等,而且很容易通过血液造成大脑障碍,从而导致中枢神经系统受到抑制,使人产生头痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服的感觉,三是基因毒性和致癌性。

许多国家都先后颁布了限制VOC的法规。美国在1966年颁布的“66法规”是世界上限制VOC的第一个法规。这一法规规定涂料中有机溶剂体积分数不得超过17%。在当时看来,这个限值很严。有些国家也陆续颁布了有关环保法令。这对水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料等环境友好型涂料的发展起了促进作用。“66法规”颁布30多年来,限制VOC的环保法规日严,规定工业涂料VOC在250~450g/L,水性涂料VOC≤250g/L(相当于溶剂含量6.67%)。德国蓝天使环境标志的标准规定VOC≤1.05g/L。有的标准对涂料中重金属含量也有限值规定。
适应国内住房产业和建材产业的发展,建筑装饰装修用涂料量大而且增速快,2001年我国先后出台了GB18581-2001《室内装饰装修材料——内墙涂料中有害物质限量》、HBC12-2002《环境标志产品认证技术要求——水性涂料》和GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》等。除HBC12-2002标准外,其他三个标准都是强制性的标准,是我国第一次对涂料中有害物质作强制性限制,虽然比美国“66法规”晚了35年,但仍是很大的进步。

GB18581-2001、18582-2001强制性条款分别

见表5、表6

这两个强制性国标(尤其是GB18582-2001)颁布后,在北京等地区引起了一场关于VOC限值先进性的辩论。这是一个很大的进步,说明我们在向国际先进水平迈步。但国际是市场准入的标准,北京、上海等先进地区和企业可以制定高于国标的地方标准和企业标准。GB18582-2001对VOC限值的规定与美、德相关标准的比较见表7。
GB18582-2001规定的VOC≤200g/L,似乎比美国标准先进,但不扣水,实际上比美国标准低。因为不扣水的VOC 200g/L相当于扣水的VOC 410g/L。北京地方法规规定的VOC≤125g/L,相当于扣水下的VOC为250g/L。有的学者建议,下次修订VOC限值标准时,可改为扣水后平光水性内墙涂料的VOC为250g/L,非平光水性内墙水性涂料的VOC为380g/L,好与国际接轨。
强制性国际的颁布执行,有利于规范涂料市场,把发展环境友好型涂料提到日程上考虑。这无疑会推动其迅速发展。

(见表7)

2.2 环境友好型涂料
2.2.1 水性涂料
2.2.1.1 有关名词术语

①环境友好型涂料
水性涂料是产量大、发展最快的环境友好型涂料。从表7可以看出,即使达到环境标志要求的水性涂料,也不能称之为“绿色涂料”。这是因为,不仅其中仍含有少量有害的VOC,而且涂料所用原料不一定都符合绿色化学化工要求,因此称为环境友好型涂料比较合适。国内外已就此取得共识。

②水性涂料
水性涂料(water borne coatings)或水性漆(water borne paint),以前分为水溶、水分散和水乳化三种类型。被分散的粒子直径在0.01~0.1μm的称为水分散涂料;粒径在0.1μm以上的称为水乳化涂料;粒径在0.01μm下的称为水溶性涂料。

近年来,有的文献已把水乳化和水分散两种类型笼统称为水分散涂料(water dispersible coatings)。
随着高分子液体技术的发展,人们对水溶性(water souble)树脂有了新认识。过去用胺(氨)中和或一元酸中和的含盐基的低聚物,如电泳涂装用的阳、阴离子水性树脂及其他胺中和的水性树脂,都称为水溶性树脂,并有专著叙述。这其实是一种误导。实际上,它们并不溶于水中,而是其有机溶剂的胺盐溶液可经水稀释后形成相当稳定的聚合物聚集体的分散溶液。现在一般用“水稀释涂料”(water-reducible)这一术语来描述这一类水性涂料,是指用水来稀释溶剂中的树脂,形成树脂在水中的分散体。水稀释树脂还包括那些含亲水基团分散在水中的低分子树脂。

由此看来,可以用“水分散涂料”这一术语来概括水性涂料。考虑到行业的习惯用法,可用“水乳化涂料”与“水稀释涂料”来分别加以描述,不宜再用水溶性涂料这一名称,因水溶性涂料是指树脂能真正溶于水中的涂料。
2.2.1.2 品种

如上所述,水性涂料的主要品种可用“水稀释涂料”和“水乳化涂料”描述。电沉积涂料和水性丙烯酸环氧、醇酸的浸涂漆、喷漆属于水稀释的分散体涂料。电泳漆有阳极电泳漆和阴极电泳漆之分。

①水稀释涂料
用水性的马来酸酯化的环氧酯用于喷涂或浸涂施工钢材底漆很重要,因为溶剂型低固体分底漆中VOC含量较高,降低困难,用水性底漆可有效降低VOC。水性底漆可排除火灾危险,特别适合浸涂施工。饮料罐内壁水稀释涂料的成膜物是苯乙烯、丙烯酸酯和丙烯酸与双酚A环氧接技共聚物,产品是环氧/丙烯酸接枝共聚物、未接枝丙烯酸共聚物和未反应环氧树脂的混合物。用二甲基乙醇胺等有机胺中和,用水性三聚氰胺甲醛树脂作交联剂,用喷涂施工,涂料贮存稳定。

水性稀释丙烯酸树脂,Mw/Mn是35000/15000,每个分子平均有10个羟基基团及5个羧酸基团,与水分散三聚氰胺甲醛交联剂一起,可以达到相当于普通溶剂型丙烯酸磁漆的性能。这种涂料的不足之处是施工固体分低,采用喷涂、辊涂或帘涂施工,固体分的体积分数为20%~30%。但在汽车金属闪光涂料中,低固体分是个优点,因为它能使铝粉颜料在漆膜中达到较好的取向。

水稀释醇酸树脂中用仲醇或醚醇作溶剂制成酸值大于50(mgKOH/g)的树脂,用氨水或胺中和,可用水稀释,形成溶剂溶胀的聚集物的水分散体。不可用伯醇溶剂,以免在涂料贮存中和醇酸酯交换导致分子量和平均官能度降低。水分散醇酸树脂的水解稳定性是一个问题。如用苯二甲酸酐或偏苯三甲酸酐半酯,水解稳定性较差。发生水解时,助溶的羧酸基盐从树脂分子上脱离,水分散体失去稳定性。将制成的醇酸树脂和顺丁烯二酸酐反应,部分顺丁烯二酸酐加成到不饱和脂肪酸酯上,酸酐基然后用胺中和水解,给予所需的羧酸盐基。这些酸盐基是连结在树脂分子的C-C键上的,不易水解。醇酸树脂主链上有可能水解,但不会造成分散体不稳定。如用丙烯酸化的脂肪酸合成水稀释醇酸树脂及氨基甲酸酯改性水分散体醇酸,其水解稳定性可改善。

②电沉积涂料
电沉积涂料也称电泳漆(electrocoat;electropaint;E-coat;ED;ELPO),有阴离子沉积涂料(阳极电泳漆)和阳离子电沉积涂料(阴极电泳漆)之分。前者是含羧酸基的树脂,用氨水或胺中和形成酸盐基而分散在水中,带负电荷的凝集体挟带颜、填料沉积到阳极工件上;后者是涂料中带正电荷的凝集体,被吸引沉积在阴极工件上。

电泳漆用水作介质,减少了火灾危险,加之复杂形状工件的涂装效率较高,基本上能流水线生产,故发展较快,在汽车底漆涂装中使用普遍。阴离子电沉积涂料在全世界用作汽车车身底漆,在20世纪70和80年代已采用。中等分子量的聚丁二烯与马来酸酐反应所制成羧酸取代的树脂,是阳极电泳漆的最新一代基料,由于其主链全为碳-碳键链接,在浴槽中无水解之虞。

用于阴离子电沉积面漆的树脂是使用丙烯酸(或甲基丙烯酸)和甲基丙烯酸-2-羟乙酯的共聚体体系,所带的羟基基团可形成带负电荷的粒子稳定的粒子分散体;其羟基以及羧酸基团可与氨基树脂交联。

阳极电泳涂料在防腐性能上不如阴极电泳涂料,所以后者用作汽车底漆,很快代替了前者。双酚A环氧和甲苯二异氰酸酯(TDI)以及二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)的阳离子电沉积涂料只作底漆用。丙烯酸酯树脂的封闭型脂肪族二异氰酸酯则可获得较好的保色性和耐候性。漆膜厚度以中厚膜为好,兼顾了性能和成本价格平衡。阴极电泳涂料已发展到第四代、第五代,不含重金属,漆膜外观性能达到新的水平。PPG公司在2001年推出了无铅电泳涂料(用稀土钇代替铅),获得了美国环境保护协会颁发的“总统绿色化学优胜奖”。

国内电泳漆品种发展也比较快,通过与外商合资与技术引进,与国外发展水平靠近,但自主开发品种仍显不足。
电泳漆虽然有涂装效率高、VOC低、免除火灾危险、涂膜厚度和性能均一等优点,但还有不足。均一厚度而又较薄的底漆膜对底材不易填平,对面漆外观有影响。电泳底漆与面漆的附着力有时也有问题。主要是用作底漆,要用作面漆,第一道底漆须是导电膜,只能使用在少数场合。这些都是电泳漆开发的课题。

③乳胶涂料
乳胶涂料(latex coatings;emulsion coatings)或乳胶漆(latex paint;emulsion paint),有人主张用前一个名称,因为emulsion有乳液的意思,易与真正乳液体系混淆。乳胶涂料是由水分散的聚合物乳液加颜填料、助剂等制成的水系涂料。

乳胶(rubber latex),是聚合物以乳状液形式分散在水中形成的稳定水乳液体系,可以看成是液-液分散体系。但胶乳(latex;rubber latex)是高分子化合物的微粒分散在水中形成的稳定的水乳液体系的总称。主要分树脂胶乳和橡胶胶乳两大类,也包括固体橡胶溶在有机溶剂中,然后再分散到水系介质中的体系。胶乳可以看成是固-液分散体系。在乳胶涂料系列中,乳胶与胶乳这两种成膜树脂都使用。

早在20世纪60年代,水乳胶涂料就开始用作建筑物内外墙和顶棚涂料。美国年产建筑涂料600万t,一半是水乳胶涂料,大部分用作内外墙和顶棚涂料(90%以上的内墙涂料是水乳胶涂料)。德国1998年涂料总产量180多万t,其中内墙和顶棚装饰用乳胶涂料53多万t。

近几年我国乳胶涂料在建筑物内外墙、顶棚装饰中的应用发展较快,以聚乙烯醇缩甲醛为基础的内墙漆(牌号为105、106等)价格便宜,兴旺了几年,但由于其耐水性差而且内含游离甲醛量超标,用量逐渐减少,趋于完全被淘汰。醋酸乙烯、乙烯—醋酸乙烯乳胶涂料虽然性能优于105、106,树脂中一般不含甲醛,价格适中,但耐水解和皂化性能差。苯乙烯-丙烯酸、纯丙烯酸乳胶涂料的性能优于醋酸乙烯乳胶涂料和乙烯-醋酸乙烯乳胶涂料,现广泛用于建筑物内外墙、顶棚的装饰中,户外使用耐久期达到8年以上。乳胶涂料在我国的使用量,按500万元/a产值以上的企业统计,约60万t/a,如要按全国每年涂料总消费量250万t分析,建筑乳胶涂料消费量应在100万左右。

纯丙烯酸乳胶涂料和苯-丙乳胶涂料在工业上的应用也日益增长。丙烯酸类乳胶在厨房橱柜和汽车原制件(OEM)涂料上的应用也日渐增加。例如OEM汽车底色漆-清漆系统中,以乳胶为基础的底色漆也已开发成功。丙烯酸乳胶磁漆用于木材、金属、水泥表面,国外也在大量推广。

苯-丙、纯丙乳胶涂料在国内已大量使用,外墙用弹性涂料和一些功能型建筑涂料,国内也在开发应用。但乳胶涂料用于建筑内外墙、顶棚的装修以外的工业应用,国内开发较少。

近年来,丙烯酸酯的微乳液聚合技术在国外兴起。微乳液是粒径在10~100nm之间的乳液,是热力学稳定的透明或半透明的胶体分散体系。普通乳液粒径则在0.1~1μm之间,为白色不透明低黏度胶体分散液。据报道,平均粒径增大1倍,最低成膜温度增高2.8℃。粒径越大,其涂膜致密性与光滑度越差。因微乳液的粒径比普通乳液小1个数量级,所以其体积就小3个数量级,使微乳液的最低成膜温度降低,并且有效粒子数大大增加,使之具有更好的成膜性(流平性、致密性、光泽)、对底材和颜料的湿润性。

微乳液合成中使用较多的表面活性剂和助表面活性剂,会给微乳液性能带来不利影响,一般获得的微乳液固体分低。选用高效、多功能表面活性剂,可以使表面活性剂的用量大为减少,并可获得固体分大于45%的微乳液,使微乳液向实用化跨进了一大步,但真正达到工业化使用,尚有许多工作要作。

丙烯酸乳液用有机硅改性,可以改善涂膜硬度、耐擦洗、抗沾污性。国内对此有许多报道。有机硅单体及预聚物易水解缩聚,在树脂中的含量不易提高,故改性幅度不大,因为改性树脂的性能是随有机硅含量增加而提高的。市售的硅丙乳液,有机硅含量一般在5%左右。为克服这个困难,国内不少学者做了许多研究工作,选用位阻大、抗水性强的有机硅单体,控制反应温度在60~65℃,pH=6~7,加水解抑制剂,有机硅在改性树脂中含量可达25%,贮存半年稳定,性能改进明显,但成膜温度较高(20~40℃),从性价比来看,市场竞争力不强,仍有许多改进工作要作。
聚氨酯分散体涂料、氟树脂乳胶涂料在建筑装饰装修方面的应用也有发展(本文后面有关部分将有叙述)。

2.2.2 粉末涂料
粉末涂料是固体分接近100%的无溶剂涂料,是国内外大力推荐的环境友好型涂料品种。1999年全球粉末涂料产量达70万t,占涂料总量的3%。欧洲的粉末涂料产量占其涂料总量的15%,预计今后将以10%的速率增长。
国内粉末涂料生产能力在10万t/a以上,产量在6万t/a以上,居亚洲第一位。品种以环氧-聚酯居多(75%以上),其次是环氧和聚酯-TGIC(异氰脲酸三缩水甘油酯),各占10%~15%。聚氨酯、丙烯酸粉末涂料较少。
粉末涂料生产设备要求较高,投资少,不适合多品种、多花色轮番更迭生产,换品种、换颜色比较困难;涂装中需安装粉末回收装置,防粉尘爆炸,设备投资大,固化温度高,耗能大,不适合耐热性差的塑料、木材、纸张等基材的涂装,也不适合焊锡件、电子元件等不耐热物器的涂装;一次涂膜厚度达50~500μm,但许多应用场合并不需要这样厚的涂膜,造成浪费;流平性差,漆膜外观与装饰性也是难点。
粉末涂料的开发集中在降低固化温度,采用无毒固化剂和新的固化方法上。如应用UV固化技术,改进装饰性,国外在上世纪90年代中期就已在轿车面漆上试用,薄涂型粉末(膜厚20~40μm)需要粉末粒子粒径分布集中在20~40μm范围内。这些课题,国内外都在致力研究,国内处于追赶国外粉末涂料先进水平的阶段。

2.2.3 高固体分和无溶剂涂料
2.2.3.1 高固体分涂料
高固体分涂料(high solid coatings)是指在施工黏度下[一般指常压下有气喷涂,25℃,黏度(涂-4杯)15~20s;刷涂黏度60~90s]固体分质量分数在70%以上的溶剂型涂料。高固体分涂料和其他环境友好型涂料相比有它的优点:生产与涂装工艺、设备、检测评价的仪器和传统的溶剂型相同,发展高固体分涂料不需增加设备投资;一次涂装的膜厚是传统涂料的1~4倍,可以减少施工次数;几乎所有品种如醇酸(聚酯)、氨基、烯类(含丙烯酸)、聚氨酯涂料等都可相应地发展成高固体分涂料;能保持高耐久性、高装饰性;能适应各种工业如航天、航空、海洋事业与国防高新技术发展的需要。1983~1993年,国外高固体分涂料所占比例每年增加5%,1995年在全球涂料中已占12.5%(表3),尽管2000年以后比例略有下降,但绝对值仍在增加。

高固体分涂料也有不足。降低成膜物分子量是降低涂料黏度和提高固体分的主要措施,但降低树脂分子量给涂料施工与涂膜性能带来许多新的问题。由于黏度低、固体分高,施工时易产生流挂(尤其是垂直面)和其他漆膜缺陷,虽然可以加防流挂剂等助剂来控制,但这会增加成本和生产工序。树脂分子量降低会导致涂膜的耐化学药品性、耐水性和物理性能降低。正是由于这些原因,涂料固体分只能随技术进步而逐步提高。环保法规严格程度的提高很快,高固体分涂料中VOC的减少跟不上要求,也竞争不过水性、粉末等其他环境友好型涂料,故其发展速度趋慢。

从高固体分涂料品种看,氨基聚酯、氨基丙烯酸高固体分涂料(固体分质量分数70%左右),国外在20世纪90年代初已逐步在工业涂装中推广应用,主要用于汽车面漆。支链型多元醇、叔碳酸缩水甘油酯(Cardura E)的发展,促进了羟基聚酯树脂的低黏度化,并改进了涂膜外观、耐候性和其他物理机械性能。配上六甲氧甲基三聚氰胺(HMMM),固体分质量分数可以达到70%左右,采用对甲苯磺酸(P-TSA)和二壬基萘基二磺酸(DNNDSA)催化剂,可以在120℃下固化。
氨基丙烯酸高固体分涂料品种中最适用的是引入Cardura E,利用丙烯酸酯齐聚物分子上羧基与Cardura E反应:

(见Cardura E)


式中:R1,R2代表烷基,其总碳原子数为8~10;P-COOH表示含羧基的丙烯酸酯齐聚物。引入Cardura E ,增加了在有机溶剂中的溶解性,降低黏度,改进涂膜耐候性。用这种树脂配制涂料,用HMMM交联,在喷涂黏度下,固体分质量分数可达70%以上。130℃/30min固化,涂膜的力学性能、耐水性与耐二甲苯性、耐候性优于传统的热固性丙烯酸涂料,用于汽车漆涂装。
聚氨酯高固体分涂料。六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体为固体剂,低黏度羟基聚酯齐聚物和羟基丙稀酸齐聚物配合,可以制得较高固体分的聚酯聚氨酯和丙烯酸聚氨酯涂料,在喷涂黏度下的固体分质量分数可达60%以上。采用二环恶唑烷类活性稀释剂,可使固体分提高10%以上。以HDI三聚体和不同分子结构的二元醇反应制成多异氰酸酯多元醇(PPO),用HMMM为交联剂,在130℃/17min下固化,涂膜具有良好的抗酸雨性和抗UV光性,用于汽车面漆涂装,具有良好的保光性。
醇酸树脂高固体分涂料。醇酸树脂量大面广,植物油是其主要原料之一,是最早进行高固体分研究的品种。采用脂肪酸法合成长油醇酸树脂,分子量分布窄化,可制得固体分60%左右的自干醇酸涂料。20世纪80年代阿克苏公司已研制成功固体分达85%的气干高固体分醇酸树脂涂料,并在工业领域获得应用。因为它符合美国“66法规”,又称为无溶剂醇酸树脂涂料。
气干高固体分醇酸涂料还可以用活性稀释剂来提高固体分。稀释剂有烯丙基醚、环乙缩醛、干性油型活性稀释剂、双环戊二烯衍生物(DCPD),以DCPD的效果最好。DCPD分子式为:

(见DCPD)

DCPD具有自动氧化性能,黏度极低,可使气干性长油醇酸涂料固体分达90%以上。
为改进高固体分醇酸的涂膜性能,使用有机铝作交联剂,加量2%(质量分数),可对涂膜全面性能有较大的改进。

2.2.3.2 无溶剂涂料
无溶剂涂料(solvent-free coatings)或无溶剂漆(solvent-free paint)是一种不含VOC的涂料,涂料本身是液态的。这里介绍一般无溶剂涂料和辐射固化涂料两类。

①一般无溶剂涂料
一般无溶剂涂料以无溶剂环氧树脂涂料开发与应用较为成功。其主要组成有环氧树脂、固化剂、活性稀释剂、颜填料和助剂,是双包装体系(双组分),固化剂为一包装,其他组分为另一包装。采用液态环氧树脂,加入活性稀释剂以降低黏度。活性稀释剂中含1个以上的环氧基,本身黏度较小,不易挥发,毒性小,对环氧树脂稀释性强,活性大,通过多官能度固化剂与环氧树脂相互交联成网络结构。活性稀释剂对无溶剂化十分关键。所用固化剂也要求粘度小,交联性大,不易挥发,多是可常温固化的多元胺及其加成物。

无溶剂环氧涂料一道涂装可达200~300μm,提高了工效,减少了VOC污染。漆膜具有优良的耐酸碱性、耐溶剂性、耐盐雾性和耐磨性。可用于涂装槽车、管道和贮罐的内壁、海上采油、装载石油或海水的船舱。最适用于涂装通风不良环境下的设备。近年来国内发展的工业地坪漆,就是用无溶剂环氧自流平的品种,有的用聚氨酯固化,取得了很好的经济效益和社会效益。

这类涂料也存在一些缺点,如膜较脆、耐冲击性不好、附着力稍低、使用期限太短,给施工带来很大困难。而且漆的黏度高,需采用专用涂装设备。有的用户为降低黏度,有时加少部分溶剂稀释,这样就失去了无溶剂的意义。从应用角度出发,针对上述不足进行改进,是无溶剂环氧涂料的发展趋势。

②辐射固化涂料
紫外线固化涂料(ultravioletcuring coatings,简称UV固化涂料)和电子束固化涂料(electron beam curing coatings,简称EB固化涂料)统称为辐射固化涂料,由成膜物、活性稀释剂、助剂组成,色漆还含有颜料与填料。由于是无溶剂涂料,固化速度很快(以秒计),节能生产效率高,所以发展很快。红外线和微波辐射也用于固化涂料,但不包括在辐射固化范围内,因为这种辐射是转化成热,从而激发热固化。

辐射固化涂料发展较快,且市场潜力大。西方国家其他涂料领域均受到经济衰退影响而下滑,但紫外线/电子束固化涂料市场却要好得多。在国外紫外线固化涂料已非常普及,光纤涂料、CD涂料、苯胺印刷油墨和预制木地板涂料在20世纪90年代是以两位数的速度增长。在美国“9·11事件”以后,UV固化/电子束固化涂料总增长率下降到2.5%左右。尽管如此,2001年全球辐射固化涂料销售额仍达到9.55亿美元,其中北美3.44亿美元,欧洲3.5亿美元,其他地区2.61亿美元。在价值10多亿美元的木器涂料市场上,辐射固化涂料还可以获得约2亿美元的市场份额。辐射固化涂料普及程度还在继续扩大。

国内光固化涂料起步较晚,但发展十分迅速,增长速度居全球之首,在普通的光固化技术和产品方面,有显著发展,受到国际同行瞩目,但应用领域多为预制木地板、木器家具、印刷版等传统领域,与国外相比有较大差距。国外光固化已在汽车涂料、信用卡和光盘用涂料、高性能光纤涂料、粉末涂料、水性涂料和喷涂的涂料中扩大应用。国内光固化技术也应努力扩大应用领域。

光固化涂料需用大量的活性稀释剂(单体)以降低树脂黏度。活性单体要无毒、低刺激或无刺激气味,同时固化时不要引起涂膜的收缩,烷氧基化丙烯酸功能单体和乙烯基丁烷单体是两类重要的无刺激性活性单体。
光固化树脂是低黏度和有特殊功能的齐聚物。具有球状结构、可光固化的超支化齐聚物,不仅黏度低,而且可聚合的双键多,光固化速度快,将是一类重要的新型齐聚物。它的开发将有利于发展光固化粉末涂料和可喷涂料等。除了传统的丙烯酸、聚氨酯、环氧和相互改性的光固化树脂外,液体聚丁二烯齐聚物具有疏水、弹性好的性质,有可能成为齐聚物新商品。

光引发剂。目前光固化主要是自由基光引发,它存在氧阻聚,固化后体积收缩大,影响附着力,对三维部件固化比较困难及深度固化差等不足。而阳离子光引发可克服这些不足,可加热后固化,可适用三维部件固化。因此阳离子光固化体系仍是研究开发的热点。但阳离子光引发体系也存在光固化速度低、受湿度和碱性气氛影响大,单体和齐聚的品种少,而且价格偏高。随着研究的进展,一些新的阳离子光固化的环氧稀释剂和脂肪族环氧齐聚物已成功地用于阳离子固化体系,同时其应用范围也扩大到光固化汽车涂料、高硬度耐磨的辐射固化涂料。

将自由基和光固化涂料结合在一起,可互相弥补它们各自的不足。如由丙烯酸型单体和齐聚物、环氧型的单体和齐聚物组成的光固化树脂,既有阳离子引发剂,又有自由基引发剂,光照时体系中同时发生自由基和阳离子的固化反应。这种体系称混杂光固化体系,实用性较强,乙烯基丁烷单体既能进行自由基聚合,又能进行阳离子聚合,适宜于混杂光固化涂料的调节单体。

光固化中所用光引发剂非常昂贵,每公斤价格约为55~66美元,一些光引发剂价格甚至高达176~200美元/kg。引发剂在光固化涂料中用量在10%~25%(质量分数)。如果能不用光引发剂,每公斤产品成本将降低10%~40%。虽然这将增加固化系统的成本,但设备成本易被消化掉。另外,光引发剂引发后体系中有残留,分解产物有异味 ,不能直接包装食品。目前国外已有不用光引发剂的UV自固化树脂进入市场,正在塑料、金属、木制品、纸张、汽车部件、木地板、包装和家具等行业推广应用。由于成本降低,市场正在拓展。

电子束固化涂料在国外占辐射固化涂料市场10%~12%的份额,不需要光引发剂,固化深度深,固化不受颜料影响,适用于接触食品材料和医药卫生材料的涂装,也适用于要求添加颜料和填料、要求深层固化的涂料。它的缺点是固化设备(电子加速器)的价格较昂贵。现在电子加速器的设备已有很大改进,价格已在大幅度下降,展示了新的发展前景。

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2465~2545万辆。

2000年,我国的汽车涂料产量在15万t左右,约占涂料总量(以180万t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3万t。预计到2005年汽车和摩托车涂料总需要量约30万t。
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1800万t,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40万t。
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20~50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元/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7.5万t,运输业(主要是修补涂料)的用量为7.3万t,贮油罐和管道用48万t。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20万t。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10万t,预计2005年可上升至12万~14万t,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3000~20000t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CO2和H2O;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SOX、NOX、CO、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LOI为44,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8~10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
①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。

②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=12~30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。

③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。

表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,1963~1994年20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600万t的78%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183.94万t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。
1999年10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
从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!


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