中國新型涂料網訊：為預防鋼管在儲運期間發生銹蝕，目前國內鋼管生產企業在鋼管涂裝時絕大部分都采用傳統的溶劑型涂料，雖然單價比較便宜，但存在一系列的問題：①生產效率低。有些廠家采用烘房加熱的方法干燥，但鋼管仍需要10～20min的烘烤才能下線打包；部分廠家采用涂料室溫下自干的方式，徹底干燥需要2～7天，涂裝成為影響生產效率和產能的“瓶頸”工序。②漆膜損傷多。涂料未徹底干燥造成鋼管在傳送、打包、運輸環節中漆膜損傷，進而導致損傷處銹蝕。③污染嚴重。溶劑在涂料中的主要作用是溶解樹脂，提供流動性和便于施工，傳統溶劑型涂料中溶劑的體積含量達70％以上，這些溶劑都會在涂料干燥過程中逐漸揮發，大量溶劑的揮發嚴重危害環境和工人的健康。④安全性差。涂漆工位與鋼管加工在同一廠房中，溶劑引起的火災風險較大。⑤能耗高。烘房采用電能或柴油加熱，能耗較高。
本文將介紹一種新型涂料，即紫外光固化涂料，在鋼管涂裝時，它可用于取代傳統的溶劑型涂料，使上述各方面問題得到極大的改善。
1·紫外光固化涂料原理
紫外光輻射固化技術是20世紀70年代開發出的一種全新的綠色技術，利用該技術生產出的紫外光固化涂料，簡稱UV涂料。UV涂料的主要成分有齊聚物、單體、光引發劑和助劑。齊聚物是一種低分子量的預聚物，常用的有聚氨酯丙烯酸樹脂和環氧丙烯酸樹脂等，是決定漆膜性能的主要因素；單體是較小的反應性分子，作為活性稀釋劑降低體系黏度，且多官能度的單體可起到交聯作用；光引發劑用來響應UV光，并引發反應；助劑包括表面助劑、增稠劑、消泡劑等，起到提高涂料表面性能、改善其施工性等作用。
紫外光固化過程通常是指液體涂料經過紫外光照射后變成固態的過程，通過齊聚物與單體的聚合反應使得體系的分子量增加，并形成交聯網絡，從而變成固體漆膜。紫外光固化過程如圖1所示。
圖1 紫外光固化過程示意圖
2·紫外光固化涂料性能
紫外光固化涂料為100％固體含量，其性能（附著力、柔韌性、硬度、耐溶劑性等）均明顯優于傳統溶劑型涂料，且其經過紫外光照射后瞬時干燥，為生產效率的提高奠定了基礎。
紫外光固化涂料與傳統溶劑型涂料的性能對比見表1。
表1 紫外光固化涂料與傳統溶劑型涂料的性能對比
3·紫外光固化涂料的優勢
紫外光固化涂料在鋼管上的應用是國內鋼管行業的新亮點，其具有以下優勢：①固化速度快，交聯固化在瞬間完成，鋼管涂裝干燥的線速度最高可達120m/min，是傳統烘干型涂料的15倍以上，鋼管下線即可打包。②節省能源，一條紫外光固化生產線的燈管能耗一般在70kW以內，能耗約為傳統烘烤干燥的熱固化涂料的1/5。③環境污染小，紫外光固化涂料的VOC（揮發性有機化合物）含量為零，是公認的綠色環保產品。④氣味小、閃點高（∧100℃），對工人健康危害低，大大降低安全風險。⑤涂層性能優異，涂料固化后的交聯密度大大高于熱烘型涂料，故涂層在硬度、耐磨、耐酸堿、耐鹽霧、耐汽油等溶劑各方面的性能指標均很高，能基本消除由于涂裝防銹問題導致的投訴與賠償。⑥涂裝設備故障率低，由于UV涂料沒有紫外線輻射不會固化，因而不會堵塞和腐蝕設備，涂覆工具和管路清洗方便，設備故障率低。⑦固化裝置簡單，易維修，與之相關的設備總體比傳統涂料設備占用空間小。
4·紫外光固化涂料涂裝設備
用于鋼管紫外光固化涂料的涂裝設備能對鋼管進行自動噴涂并迅速固化［1］，其主要由噴涂室、固化室、通風系統、涂料回收系統和輥道輸送系統5部分組成，結構如圖2所示。
圖3 鋼管紫外光固化涂料涂裝設備示意
該設備控制系統可根據鋼管的外徑編制不同程序，調整噴涂距離、油漆流量、空氣壓力等參數以達到目標膜厚。鋼管通過涂裝設備時，噴涂和固化同時進行，中間不作任何停頓，適合高速自動化的生產線。此外，由于紫外光固化涂料未經紫外光照射時不會固化，所以涂料回收系統可對過噴的涂料進行收集，過濾后再輸回儲漆罐，這樣涂料的利用率可達95％，遠遠高于現有的常見噴涂系統。目前，該涂裝設備成功地實現了工業化應用，可替代國外進口設備。
5·紫外光固化涂料經濟性分析
1）設備投資
紫外光固化涂料的涂裝設備主要包括噴涂系統和干燥系統2部分，所需投資大約300萬元；傳統溶劑型涂料涂裝設備主要包括噴涂系統和烘房，所需投資大約100萬元。
2）涂料直接成本
紫外光固化涂料與傳統溶劑型涂料的成本對比見表2。
表2 涂料直接成本對比
表3 能耗成本對比
可以看出雖然紫外光固化涂料的單價較高，但由于其固體含量遠高于傳統溶劑型涂料，且對涂料的回收利用率高，所以最終單位面積鋼管的涂料直接成本并不會高于傳統溶劑型涂料。
3）能耗成本
無論是溶劑型涂料還是紫外光涂料，干燥涂料所消耗的電能都是其能耗的主要方面，以此對兩種涂料的能耗成本進行對比，結果見表3。
4）質量成本
由于紫外光固化涂料的瞬時固化，能顯著降低鋼管表面因漆膜未干即搬運撞擊所造成的損傷，從而大大減少人工修補和因質量投訴造成的損失。
5）安全、健康、環保成本
隨著我國經濟實力的不斷提高，安全、健康和環保成為國家、行業、企業越來越重視的因素。與傳統溶劑型涂料相比，紫外光固化涂料在安全、健康和環保方面有無可比擬的優勢。雖然這些優點帶來的好處難以量化計算，但從長遠看，安全、健康和環保方面的投資是值得的。
綜上可以看出：①紫外光固化涂料需要專用的噴涂干燥設備，初期需要一定設備投資；②由于紫外光固化涂料的固體含量高，涂料回收利用率高，最終的使用成本并不一定高于溶劑型涂料；③相比于烘烤干燥溶劑型涂料，紫外光固化涂料所消耗的能量較低，有助于降低能耗成本；④質量投訴、安全健康和環保方面的成本難以量化計算，但紫外光固化涂料在這些方面的優勢毋庸置疑。
6·實際使用情況
寶雞石油鋼管有限責任公司從2011年7月開始在管加工生產線投入使用紫外光固化涂裝設備，使用情況良好，尤其是耗電量大幅下降，涂料利用率大幅提高。
（1）耗電量。紫外光固化設備采用無極紫外燈，1臺設備有6盞燈，單盞燈功率為6kW。在運行過程中，當有鋼管通過時，紫外燈的功率為36kW（100%）；無鋼管時，功率可以迅速降低為7.2kW（20%），既不影響固化質量，又可以節省能源。
（2）涂料利用率。以2011年7月的生產為例，生產規格為Φ139.7mm×7.72mm鋼管，產量3151.67t，11766支，鋼管平均長度10.36m，平均膜厚30μm，紫外光固化涂料用量為1700L（包含涂料輸送管系統中殘留的紫外光涂料），利用率達到94.32%。
7·結語
我國的鋼管工業經過近10年的飛速發展，目前鋼管產量保持世界第一，并從2006年開始，超過世界前8國（日本、俄羅斯、美國、意大利、德國、烏克蘭、法國和英國）的綜合產量［2］。由于產能過剩，我國鋼管工業會逐漸進入競爭、淘汰、調整的新發展時期。提高產品品種質量，提高生產效率，降低制造成本，改善技術經濟指標，改善施工環境已成為行業發展的趨勢。紫外光固化涂料正是應此需求而開發出來的新技術，市場應用前景廣闊。
8·參考文獻
［1］王杭凱，彭偉，項占琴.鋼管UV固化噴涂機漆膜均勻性控制的研究［J］.機電工程，2009，26（9）：84-87.
［2］殷國茂.我國鋼管工業的現狀和今后發展的思考［J］.鋼管，2011，40（1）：1-7.
