金属包装容器表面涂装技术对策探讨

中国石化销售宝鸡公司 王成宪

一、我国涂装工业发展现状

五、六十年代，我国没有系统的涂装工业，只有少数喷涂设备厂生产喷枪、喷漆机、涂料搅拌桶和干燥箱等，各厂的涂装设备均为自行制造。零部件除油、除锈用煤油、汽油、酸、碱、砂纸和喷砂等，手工操作，涂覆也是手工操作，除氨基涂料烘干外均无烘干工艺。劳动强度大，效率低，污染严重，质量不高。

七十年代末至八十年代末，改革开放促进了经济发展。在兴建众多各种企业的同时，引进或我国自行设计的涂装生产线陆续投产，如：电冰箱、洗衣机、空调器、汽车、摩托车、电机壳、拖拉机、钢桶涂装线等，部分达到八十年代初水平。经过十几年的发展，形成一个中心地段（尚未形成企业集团）。

第一个中心地段以锦州、承德为中心。规模较大、发展较早，技术较成熟，辐射到北京、长春、黑龙江等地。骨干企业有锦州石英玻璃厂、吉林大学、锦州红外技术研究所、机电部第53研究所，承德北方悬挂输送机厂、长春远红外设备厂、北京涂装设备厂、天津大学、航天部603研究所等，主要从事石英玻璃管型远红外元件和涂装设备设计制造，年产几十条涂装线。他们为制桶厂设计制造了近十条涂装生产线。

第二个中心地段以上海、苏南为中心。主要以乡镇企业为主，方兴未艾，但缺乏进一步深化的机制和手段。骨干厂有中科院上海硅酸盐研究所、上海红外技术公司、上海静电喷涂设备厂、长沙远红外元件厂、嵊县工艺美术厂、无锡南方输送机厂、武进涂装设备厂等，主要研制和生产远红外电阻带、金属管、黑磁管、半导体陶瓷型辐射元件和涂装设备，制造能力每年几十条。

另外还有上海、深圳、桂林、济宁等超声波仪器厂生产超声波清洗机和深层检测设备可扩展到包装容器使用。

西南和西北地区几乎为涂装工业的空白区。

二、涂装技术发展与对策

1、设立归口的涂装技术队伍和集团

包装行业本身对涂装研究很差，专业技术人员奇缺，设备多为外部提供。由于行外企业对包装容器制造工艺知之不深，致使设备存在这样或那样的缺陷，如年时基数核算；生产纲领设计；前处理与涂装关系；涂料温度和粘度；烘干设备热功率和电流密度；节能和废气处理；安全及操作规程均与容器行业有差距。因此有必要依附一、两个典型企业，聚集一批高中级专业技术人才搞包装容器涂装技术研究和开发，推而广之，可以应用到汽车、拖拉机、家电等企业。

2、由于计算机技术、石油化工技术、表面处理技术、超声波技术、远红外加热和紫外烘干技术和信息技术的发展，为涂装技术的发展提供雄厚的物质基础和设计基础。经过优化设计、组合设计，直至涂装设计的CAD，可以使涂装设备达到尽善尽美的地步。
优化设计、优化控制有以下几个方面：

①涂覆前处理类型、原理、结构、处理液配方、温度、最佳值、经济值、系列化、标准化和经济性设计研究，突出对超声波清洗技术研究。

②涂料配方、稀释剂毒性与效果、粘度、粒度、特性、加温固化过程与时间、固化类型、涂复方式以及实时控制的设计研究。重点对水基涂料和免烘涂料的研究。

⑧烘干机理、烘干方式、烘干计算公式、匹配波长、辐射与吸收、烘道内最佳温度场、结构、电流密度、能源转化方式、对流方式、保温隔热、热桥、热空气幕、辐射器表面温度、全辐射率、升温时间、烘干速度、控温方式与相应研究以及输送方式的设计研究。重点研究远红外烘干和太阳能复合烘干技术。印铁紫外烘干技术。

④半导体电热涂料研究以及涂装生产线PC控制和涂装设计CAD的研究。

⑤废水、废渣、废气的治理和绿色技术、绿色产品的设计研究，重点也是超声波处理技术、水基涂料、无溶剂清理、无氰电镀、废气治理技术的研究开发。我国是巴西和平与发展会议的签字国，2000年前必须达到环境污染治理目标。尤其要消除酸、碱、苯、酚等对环境的污染。坚持节能、污染治理和设备，同步设计、同步施工、同步投产，并最终研究设计无三废的涂装设备。这点从目前的技术成果来看，完全可以做到。

3、几个关键技术的创新性探讨

涂装技术中的关键技术大致有高质量的除油、除锈、清洗和磷化技术、节能技术、低毒或无毒涂料技术、自动化技术、设计的组合技术和CAD。

我国虽能生产十多亿吨煤居世界第一，但有效利用率很低，只达30%，发达国家达50%。一次性能源浪费相当大，达20～30%，每吨标准煤产出的国民生产总值仅为发展国家的三分之一到二分之一，产品单耗能比先进国家高出40%，能源十分紧张，节能任务十分迫切。涂装是耗能大户，研制节能型烘干设备是涂装工业市场生存的必然条件。

复合型太阳能烘干技术（太阳能辐射强时用太阳能，不强时用其他能源，自动切换）、远红外烘干技术、紫外烘干技术都是现代先进烘干技术，争取在2000年前在技术上有所突破。

自从1978年国家将红外加热技术列为重点推广项目以来，经历了几次起伏。八十年代第二次推广红外技术高潮中，开发了乳白石英远红外辐射器、直热式电阻带辐射器、黑磁管、金属加热管、半导体陶瓷加热器等。加温温度从低温（60℃以下）逐步向中、高温发展。全辐射率达0．88，热效率达57%以上，节能效果十分显著。在这次高潮中，基本奠定了远红外加热物质基础，理论研究也取得显著成果。

太阳能烘干技术具有光明的前景。北京也有太阳能烘房在运行，只是成本较高。目前已研制出太阳能转化率达40%，每瓦成本不到一美元的硅太阳能电池。太阳能辐射量达1kw/m2。我国辐射总量达数万亿千瓦，是一个巨大的天然能源，太阳能在涂装工业上的应用是发展趋势之一。

超声波除油、除锈、磷化技术具有节能、快速、不用或少用溶剂、无污染、干净彻底等点。笔者有专文论述（见《钢桶》1995年第2、3期）是很值得开发的技术。

水基（水溶性）涂料已开发多种。目前常温固化涂料国内外都有生产，它比热固性涂料有许多优点，节能（不用烘干），污染小（用溶剂少或不用溶剂只用水作稀释剂）如南京尧辰机械厂制桶分厂研制自产的钢桶内壁防腐涂料环氧系列不用烘干，日本旭硝子公司开发的Lumiflon（留美富伦），氟树脂涂料，北京红狮涂料公司的水性涂料等。目前又出现带锈涂料，如能进一步改性作为面漆使用，将会取消涂覆前处理，对节能和消除污染意义重大。值得一提的是粉末涂料如能进—步降低成本用到包装容器钢桶上，是今后发展方向。

多种型号低毒无醇稀释剂八十年代即已研制成功，如沈阳市东陵节能研究所研制成功酚醛、醇酸、氨基、硝基和静电喷涂用稀释剂，用石脑油、抽余油加入化工原料反应而得，国家环保局已推广应用。桂林、广东也有相似产品。此类稀释剂最大特点为含醇类，成本低，基本无毒。

自动化和组合设计将在后面叙述。

笔者认为，下面几种涂装模式值得研究开发：

超声波除油磷化+水溶性涂料涂覆+远红外辐射对流烘干（或复合型太阳能烘干）+PC控制+废气处理。

超声波除油、除锈、磷化+免烘常温固化涂料涂覆+PC控制+废气处理。

带锈免洗涂料涂覆+远红外辐射对流烘干（或复合型太阳能烘干）+PC控制+废气处理。

三、涂装技术研究开发课题

１、前处理（绿色处理技术）

超声波除油除锈、超声波磷化、超声波光整（抛光、去毛刺）、超声波钝化、旋液式清洗除油、电化学清洗除氧化皮、无污染中和处理、喷丸强化除锈等。清洗磷化温度及溶液。

2、涂料和稀释剂（节能型或绿色型）

水溶性性涂料、免烘涂料（常温固化）、带锈面漆、低档（指价低）粉末涂料、半导体电热涂料（远红外辐射元件用）、常温固化内涂料、常温固化高保真印铁油墨涂料等。

无醇低毒稀释剂、水基无毒稀释剂等。

涂料和溶剂回收、再生，废气吸附机理及化学中和反应无毒排放、废水处理技术。

3、涂覆及废气处理

恒温涂复、高压无气喷涂、印铁、涂料和油墨过滤调和、多路多色涂覆、彩色涂覆、内外联合涂覆、静电涂覆。
水帘补气式废气处理、液力旋压式废气处理、液体吸附式废气处理、化学反应式废气 处理。

4、烘干与冷却涂层固化

通过式双桥全净化远红外对流烘干机、远红外太阳能对流复合烘干机、紫外线油，墨涂层烘干机、微波烘干机、不同涂料干燥机理、烘干理论基础、烘干结构优化、节能研究、烘干能源转换及效率、烘干元件研究开发。

5、输送装置

滚子链平输送机、板式链平式或挂钩式，输送机、悬挂输送机、机械手、磁力输送机、气动输送机、转盘输送机、带式输送机、振动输量送机及输送调速装置（有级和无级）。

6、自动控制系统

除油除锈自动控制系统（温度、压力、流量、溶剂浓度及更换，除油、除锈（氧化波）测定。磷化自动控制（溶液配方、浓度、温度、超声强度、补液添加）。

红外自动控制系统（表面温度、温度梯度上下限、电压、电流、电功率、热功率，、对流及风机控制系统（流速、风压、风量、进气与排气、风机变速）

涂覆自动控制系统（流量、温度、压力、调、配色、附着力、粘度、实时控制）。

废气控制系统（废气浓度、上下限设定、巡测和报警、自动停止加温与快速排气）。

?、全线控制系统

涂装生产线实时控制系统（PC或CAM)。生产线安全控制系统、自锁装置。

8、基础研究

系列化标准化研究；可靠性设计；计算机优化设计和软件开发(CAD)、模块设计、组合设计、涂装技术外部环境等。