涂層捆帶產(chǎn)品研究現(xiàn)狀分析

黃 菲

（武鋼研究院， 武漢 430080）

涂層捆帶是一類應(yīng)用廣泛的冷軋深加工產(chǎn)品，大量用于鋼材、建材、木材、紙張、玻璃、瓷器、雕塑、珠寶等傳統(tǒng)工業(yè)品的捆扎包裝。[1～2]與普通的發(fā)藍捆帶及高檔的金屬(或合金)鍍層捆帶相比，就基本的防護和裝飾作用而言，其性價比是最高的。[3]然而，相對于日新月異、層出不窮的鍍層捆帶，涂層捆帶的研究進展可謂舉步維艱，近年來問世的新產(chǎn)品寥寥無幾。鑒于此，本文試圖對其現(xiàn)狀進行簡要描述，探討制約其發(fā)展的主要因素，提出未來可能的研究方向，以期推動產(chǎn)品的升級換代。

一、產(chǎn)品簡介

所謂涂層捆帶，一般是指在表面涂覆具有特定功能防護層的冷軋鋼帶。[4]總體來看，目前所使用的涂層基本上都是大分子有機化合物或高分子聚合物。一方面，與容易銹蝕的發(fā)藍捆帶相比，涂層捆帶的耐蝕性能顯著增強，使用壽命大幅延長；另一方面，其綜合性能雖不及應(yīng)用高端的鍍層捆帶，但成本卻遠低于后者，更適合普通工業(yè)品的包裝。

二、現(xiàn)狀描述

由于定位不高，涂層捆帶一直以來未能引起行業(yè)的足夠重視，相關(guān)研究長期停滯不前。從已公開的技術(shù)文獻來看，焦點集中在有機涂層捆帶，大致可以分為三個方面。

（一）涂漆捆帶

涂漆捆帶最為簡單，工藝本質(zhì)就是在鋼帶上涂覆涂料，因而涂裝方式就成為研究重點。文獻[5]指出浸涂是一種生產(chǎn)效率和涂料利用率高、技術(shù)相對簡單的涂裝方法。較先進的浸涂法是用輥子擠干法來控制漆膜厚度并消除流痕、掛漆現(xiàn)象，并且通過粗涂和精涂對漆層進行控制以達到最佳效果。文獻[6]系統(tǒng)比較了電泳、噴涂和輥涂等幾種工藝的特點，確認輥涂是一種投資少、見效快、易實現(xiàn)的涂裝方法。當前，輥涂作為最佳涂裝方式已成為業(yè)界共識。

基于輥涂方式，業(yè)內(nèi)開展了一些新品的研制。文獻[7～10]分別提供了不同厚度規(guī)格高強度涂漆捆帶的生產(chǎn)方法，工藝區(qū)別主要在于涂漆前的熱處理方式，依次分別是去應(yīng)力退火、水冷淬火+回火、油浴淬火+回火和鉛浴淬火+回火。一般來說，熱處理對漆膜質(zhì)量影響較大。通常情況下，鋼帶表面要預(yù)先形成一層附著力強的Fe3O4發(fā)藍膜作為基底以增強漆膜的穩(wěn)定性。比較而言，去應(yīng)力退火無疑較好，形成的Fe3O4膜層質(zhì)量高。一是溫度較低，不易造成鋼帶過氧化；二是介質(zhì)是空氣，不會產(chǎn)生殘留物。至于淬火+回火工藝，由于要經(jīng)歷高溫奧氏體化，鋼帶表面會嚴重氧化；在淬火冷卻階段，水冷由于速度過快，導(dǎo)致鋼板表面產(chǎn)生裂紋，而液態(tài)的油和金屬Pb則會不同程度地殘留在鋼帶表面。上述因素都會不同程度地影響漆膜的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

此外，有關(guān)涂料的研究也有少量報道。文獻[11]通過優(yōu)化涂料配方及涂裝方式，成功生產(chǎn)出一種包裝用涂Zn鋼帶，解決了傳統(tǒng)鍍Zn過程中高污染、高成本的問題。所用涂料中，原漆與水的質(zhì)量配比為1∶2.8～3.2，此時漆膜的附著力最好。原漆為鋅白水性鋼帶涂料，無毒環(huán)保，不含苯類等有害溶劑及游離TDI，防銹、耐高溫、不燃燒，操作方便。涂裝時，溫度為20～35℃，速度為20～35 m/m i n。該工藝保證涂料均勻涂覆，又能將漆膜厚度控制在5 μm以下，有效控制了生產(chǎn)成本。文獻[12]全面分析了影響涂漆捆帶耐蝕性的因素，包括冷軋基板表面狀態(tài)、熱處理過程、雜質(zhì)離子、原漆質(zhì)量、漆膜厚度、涂漆工藝、涂漆后處理、機械性損傷等，并針對這些因素提出了相應(yīng)的改進措施。

（二）涂鍍捆帶

日常環(huán)境下，涂漆捆帶的耐蝕周期一般為3個月，如果包裝鋼材、木材、紙張等易耗品，完全沒問題。但面對瓷器、雕塑、珠寶等需持久保存的物品，就顯得無能為力?；诖耍苌鲈鰪娦偷耐垮兝?。其原理就是借鑒普通彩涂鋼板的生產(chǎn)工藝，在鋼帶和涂層之間增加一薄層金屬鍍層，以提高產(chǎn)品的耐蝕性能。文獻 [13～14]分別采用熱鍍Zn+輥涂及電鍍Sn+輥涂工藝，生產(chǎn)出的涂鍍捆帶完全滿足高品質(zhì)商品的包裝要求，耐蝕周期至少達8個月以上。不過，常規(guī)彩涂工藝涉及“兩涂兩烘”，周期長、成本高、污染大，考慮到涂鍍捆帶的適用面較窄，基于性價比和環(huán)保的因素，生產(chǎn)流程必須要予以簡化。

由于有機涂料大多具有很強的刺激性和揮發(fā)性，對人體健康有害，一些企業(yè)嘗試采用化學(xué)著色工藝來替代涂漆。其原理就是利用鋼帶表面的金屬(或合金)鍍層與著色液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有一定顏色的膜層。文獻[15]中，鋼帶在電鍍Cu+電鍍Sn/(或電鍍Zn)后，分別于NaOH+CuCO3及Na2SO3+Pb(CH3COO)2水溶液中進行化學(xué)著色，得到了橙紅色和藍黑色捆帶。其外觀呈現(xiàn)鮮艷的色彩，18個月后表面失光率不超過5%，非常適合金銀首飾的長久裝飾。不過，著色過程中，顏色不易控制，往往隨時間的延長，容易變色，色彩的重現(xiàn)性差，操作起來有些麻煩。[16]

（三）鋼塑復(fù)合捆帶

近年來，高分子捆帶因其材質(zhì)輕盈、表面柔和、耐蝕性能好，開始批量用于精密冷軋鋼卷的打包。(見圖1)不過，在包裝大重量、多棱角、幾何形狀復(fù)雜的物品時，由于強度低，發(fā)生斷帶的概率依然較高。如果能將高分子材料通過適當?shù)姆绞嚼喂痰赝扛苍阡搸П砻?，所得產(chǎn)品就可能兼顧強度和耐蝕性能。文獻[17～18]提供了一種鋼塑復(fù)合捆帶的生產(chǎn)方法。塑料由90～94份聚丙烯粉末、8～12份鈦白粉、2～3份聚乙烯醇縮丁醛組成，采用高壓靜電噴塑方式，在鋼帶上雙面噴塑，靜電壓為80～100 kV，單面涂層厚度為0.1～0.3 m m。所得產(chǎn)品的抗拉強度≥1 100 M Pa，延伸率≥10%，克服了單純發(fā)藍、涂Zn或鍍Zn的缺陷，涂覆層質(zhì)量高、美觀、粘結(jié)力大。不過，鋼塑復(fù)合捆帶存在一個致命缺陷：由于涂覆層非常牢固，無法與鋼帶基體完全剝離，且塑料自身又難以降解，廢料很難重新回爐冶煉，再利用率低，環(huán)保性差。

圖1 高分子捆帶包裝冷軋鋼卷

三、原因分析

總體來看，目前涂層捆帶的發(fā)展遭遇了嚴重的瓶頸，新品問世速度緩慢，數(shù)量屈指可數(shù)。追根溯源，主要有兩個原因。

一是涂裝模式的局限性。大體而言，絕大多數(shù)有機涂料都是大分子有機化合物或高分子聚合物，具有電絕緣性或熱絕緣性，這就決定其很難像金屬或合金那樣，可以通過常規(guī)的電鍍、熱鍍、物理氣相沉積、離子注入等方式進行層層有序涂裝，涂覆工藝是有限的。一方面，對于涂漆捆帶，輥涂是主流涂裝方式，雖然簡單高效，但缺點也十分明顯：由于是借助涂漆輥的壓力將涂料涂覆在鋼帶表面，為保證涂層的均勻性、連續(xù)性及保護輥面，其只能用于液態(tài)流質(zhì)涂料，而無法涂覆硬質(zhì)涂料(如無機涂層、高分子塑料等)，這就極大限制了產(chǎn)品種類。另一方面，對于涂鍍捆帶，雖然產(chǎn)品的使用壽命延長，但由于鍍層金屬只有Zn和Sn可供選擇，加之鍍層工藝也僅僅局限在熱鍍Zn、電鍍Zn和電鍍Sn，產(chǎn)品種類自然也不會太多。同時，熱鍍和電鍍過程中的成本和環(huán)保因素一定程度上也會制約產(chǎn)品種類的擴張。再一方面，對于鋼塑復(fù)合捆帶，雖然可以采用噴涂工藝生產(chǎn)，但其操作復(fù)雜、能耗較大，且噴塑過程對環(huán)境的污染也不容忽視，產(chǎn)品種類肯定會受到影響。

二是涂料研究的片面性。長期以來，整個行業(yè)對下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的認知存在誤區(qū)，涂層捆帶僅僅定位于單一的包裝材料，導(dǎo)致相關(guān)研究只聚焦于涂料的耐蝕性能和裝飾性能，對其它功能如耐熱性能、耐寒性能、耐磨性能、耐火性能則鮮有涉及，更別提對相應(yīng)涂裝方式的研究。這種現(xiàn)象直接導(dǎo)致業(yè)內(nèi)至今還未能發(fā)展出不同類型的功能涂層捆帶，新品數(shù)量難有較大突破。

四、發(fā)展方向

如前所述，涂層捆帶的發(fā)展正處于低潮，與生機勃勃的鍍層捆帶相比，其產(chǎn)品種類已不可同日而語。不過，后者瞄準的是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，而涂層捆帶則主要面向傳統(tǒng)工業(yè)品?？梢灶A(yù)計，在其性價比目前仍然占優(yōu)的情況下，還不至于被市場立即淘汰，只要努力探索，產(chǎn)品推陳出新還是有希望的。從產(chǎn)品發(fā)展的角度而言，未來有兩個方向值得探索。

一是開發(fā)無機涂層捆帶。這方面的研究目前尚處空白，但現(xiàn)實意義卻不容低估。舉例來說，大理石、花崗巖等石材由于表面粗糙度極高，摩擦力巨大，對鋼帶表面的磨損會非常嚴重，一般的有機涂層捆帶或高分子捆帶根本無法打包。單純的合金鋼捆帶固然可以解決問題，但大量合金元素的添加勢必導(dǎo)致生產(chǎn)成本和制造難度呈幾何級數(shù)上升，產(chǎn)品的經(jīng)濟性極低。換一種思路看，如果能將廉價的Al2O3、M gO等物質(zhì)涂覆在鋼帶表面，形成高耐磨性的無機涂層，就有可能一舉兩得，實現(xiàn)降低成本及穩(wěn)固包裝的雙重目的。當然，無機涂層一般都是金屬的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物，熔點高、硬度大、塑性差、電/熱絕緣，如何有效地將上述物質(zhì)涂覆在鋼帶表面，值得深入研究。再進一步說，如果所用的無機涂料達到納米尺度，或者將無機納米粒子嵌入到有機涂層中，由于納米材料所具有的體積效應(yīng)、表面效應(yīng)等，整個涂層的性能將可能出現(xiàn)質(zhì)的飛躍，給產(chǎn)品帶來革命性的影響。

二是開發(fā)環(huán)保型有機功能涂料。受機械裝備自動化水平的限制，涂裝方式暫時還沒有發(fā)生重大變革的可能，不過涂料功能升級的空間卻很大，相對容易實現(xiàn)。如果能實現(xiàn)涂料功能的多元化，涂層捆帶的品類必然也會大大拓展，用途更加廣闊。不過也要看到，涂料功能越豐富，其分子結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，分子鏈上的官能團也越多，水溶性或可降解性也越差，不易去除，這意味著致污因子也越高。為減少污染，如何優(yōu)化成膜物質(zhì)中的樹脂、油脂、溶劑、增塑劑、乳化劑、催干劑、固化劑、穩(wěn)定劑等就顯得尤為重要。當然，如果能研制出新型水溶性或可降解功能涂料，那就更好了。

五、結(jié)論

涂層捆帶是一類應(yīng)用廣泛的冷軋深加工產(chǎn)品，受諸多因素制約，其發(fā)展目前遭遇嚴重的瓶頸。為推動產(chǎn)品的升級換代，未來應(yīng)重點開發(fā)無機涂層捆帶和環(huán)保型有機功能涂料。