天冬聚脲涂料在工业防腐中的应用现状及发展趋势

天冬聚脲涂料作为一种高性能防护材料，凭借其卓越的耐腐蚀性、常温快速固化特性及环保优势，已成为工业防腐领域的关键材料。本文叙述了天冬聚脲涂料及涂装的分类、应用范围，从“五要素”方面系统分析了其应用现状、未来发展趋势，指出天冬聚脲涂料在涂装材料及涂层体系、涂装设备、涂装环境、涂装工艺、涂装管理方面已经趋于成熟，并结合产业合作动态与政策导向，提出其在新能源、海洋工程等战略性产业的应用前景。通过技术创新与产业链协同，天冬聚脲涂料有望在“双碳”目标下，实现大规模的市场应用，引领工业防腐材料的绿色升级。

 

前言

天冬聚脲涂料（以聚天门冬氨酸酯为核心组分）通过独特的分子设计，解决了第1代、第2代聚脲反应速度控制较难的问题，使其仲胺基团与异氰酸酯的加成反应速率可控，大大提高了天冬聚脲涂料的应用范围，在各行各业普遍受到推崇，特别是在工业防腐领域有着更为明显的优势，主要有以下几个方面。

1）涂层质量明显提高：有单涂层（DTM）/双涂层/混合涂层体系，可根据需求制定标准要求，耐化学腐蚀、耐水解性、耐候性、耐高低温变、耐磨等，有明显优势；边角部位覆盖率高，覆盖率要好于其他涂料（如溶剂型涂料、水性涂料）；通过对天冬聚脲树脂进行改性，可以得到适应各种使用环境的涂料和涂层体系。

2）有利于环境保护：超高固含或无溶剂天冬聚脲涂料（85～100%），涂装过程中低VOC排放，接近或优于水性涂料，可实现在源头的VOC排放控制；高固含天冬聚脲涂料（65～ 85 %），与一般传统高固涂料相当，可以利用现有涂装生产线的VOC处理设备。

3）可以降低综合成本：虽然天冬聚脲涂料单位价格高，但固体份含量高，理论上应该与溶剂型涂料、水性持平； 因不需要烘干，能源费用减少；烘干设备购置、运行及其维修费减少；一次喷涂成膜的厚度较高，可减少工序，降低人工成本等。

4）有利于节能减排和“双碳”：不需要强制烘干（干燥），可以减少涂装生产线烘干的能源耗量（溶剂型、水性双组份的批量生产需要烘干60～80℃，粉末涂料160～200℃ ）；减少CO2的排放，有利用于大气环境治理的“碳达峰，碳中和”。

5）节省投资费用：已有液体类涂料涂装生产线可以直接加以利用，烘干室关闭，仅供调喷系统进行简单改造（有的可以直接使用）；新建涂装生产线可以省去涂层烘干（固化）设备的投资和减少车间占地面积，降低一次性投资费用。

6）企业实施改造非常容易：按照合理流程（五步法）进行试验、切换，比其他种类的涂料更方便，对日常生产影响很小。

因此，自2000年商业化以来，天冬聚脲涂料及涂装技术，在化工、海洋、新能源等领域快速渗透，涂料及涂装企业纷纷进行了各种各样的试验、试生产以及正式涂装……。本文是作者在工程机械上使用天冬聚脲涂料进行涂装十多年的一个小结，从“五要素（涂装材料、涂装设备、涂装环境、涂装工艺、涂装管理）”方面，系统分析应用现状、未来发展趋势，供涂料及涂装技术人员、管理人员参考。

 

天冬聚脲涂料分类及应用范围

天冬聚脲涂料的分类其应用范围的界定和叙述，对于涂料和涂装行业内的交流和应用非常重要。但由于天冬聚脲涂料及涂装技术发展迅速，应用行业很多，现在还没有较多的资料可供查阅，作者根据收集的部分资料，现汇总如下。

天冬聚脲涂料的分类（表1）

天冬聚脲涂料的应用范围
天冬聚脲涂料及涂装技术经过这十几年的发展，已经逐步成熟，天冬聚脲树脂及各种助剂、涂料品种大幅度增加，各种改性涂料适应了更多的复杂应用环境以及各种客户的需求。无论是涂料的种类或是涂层体系，都可以适应各行各业的需求，其应用范围将进一步扩大。钢结构桥梁、建筑结构、石油化工、汽车、集装箱、工程机械等传统行业正在试验推广应用，新能源产业如新能源汽车电池包防护、电池箱体涂层，天冬聚脲已成为主流解决方案。

天冬聚脲涂料涂装技术的现状

涂料产品种类快速增加，涂层体系技术指标稳定提升
涂料及涂层体系可选用产品越来越多，应用范围越来越广。由于涂料产品的快速增加，大家在选择涂层体系时，已经不仅仅局限于漆膜的部分，而是要考虑到基体材料、前处理形式及各类涂层、以及涂装修补及后处理等，见表2。

 

表2：涂层体系。

表3：重要指标。

天冬聚脲涂料的各项技术指标越来越高，包括涂料有害物质限量的要求、涂料原液、涂料施工性能、涂层体系（复合涂层）性能等技术指标。表3以工程机械产品涂装的A级面、高性能涂层为例，列出了其中的几个重要指标。

现有涂装生产线基本可以适用，供调喷系统设备有较大改善
随着天冬聚脲原材料、涂料及涂装技术的进步，现有喷涂的涂装设备及涂装生产线均可以比较方便的进行涂装。可以在原有的溶剂型涂料涂装线、高固含涂装线、水性涂料（湿碰湿）涂装线上，稍微进行改造，即可进行涂装生产。利用现有前处理设备（抛喷丸、化学前处理）、现有喷漆室、流平室（液体涂料使用类）现有的起重输送设备等；现有烘干室可以省掉，新建可以不考虑烘干工序，只是自然固化时间变长，要留有一定的空间。

喷涂天冬聚脲涂料的供调喷系统设备，适应新材料的需要，也有了重大进展。低固含天冬聚脲涂料可以使用压缩空气雾化的空气喷涂系统；高固含天冬聚脲涂料可以使用高压无气（混气）喷涂（自动/手动）系统；为了提高涂料利用率，最好加上静电。机器人/往复机可以用于天冬聚脲涂的喷涂，特别是机器人/往复机+高速旋杯静电喷涂，效果更好。

下图是机器人+旋杯喷涂工程机械复杂钢结构件的试验现场，覆盖率：大于等于85％；涂层厚度均匀；涂料利用率：≥80％；外观质量：符合所定质量标准；清洗剂耗量：旋杯清洗耗量处于合理用量。

 

涂装环境的问题已经被重视并开展研究
涂装环境不被重视，是工业防腐行业（不含汽车行业）涂装长期存在的一个大问题。天冬聚脲涂料的涂装常常在室外环境（涂装环境=涂覆条件）、室内无喷涂设备的环境（涂装环境=涂覆条件）、室内有喷漆室/流平室的环境<厂房未封闭>（涂装环境≠涂覆条件）、室内有涂装生产线的环境<厂房封闭>（涂装环境 ≠涂覆条件）中进行。这时候就需要研究周围环境与涂装车间的界面、涂装车间与涂装设备的界面、涂装设备与被涂装工件的界面上，互相污染和干扰的问题。

有的专家研究认为，温度、湿度等环境因素也会影响活化期。在高温或者高湿的环境下，活化期通常会缩短。不同的湿度及温度，对天冬聚脲涂料涂膜干燥性的影响较大：随着湿度变大，干燥速度大大加快；随着温度变大，干燥速度有加快趋势，但没有湿度影响大。

作者与同事曾进行了“天冬聚脲涂料涂装固化率与湿度的影响试验与分析”，环境湿度对于不同固化率下的天冬聚脲涂层质量有很大的影响。此项试验证明：控制漆膜的固化率非常重要，在80%以上时，漆膜对于湿度有一定的抵抗能力；在漆膜固化率为80%以下时，高湿度、淋雨及露水，都会造成漆膜的耐久性（耐中性盐雾、耐氙灯老化、耐湿热）不良。

涂装工艺多样化且稳定可靠
天冬聚脲涂料在工业防腐中的工艺方式，因被涂装的产品和行业而异，种类非常繁多，可以根据自己的实际情况进行工艺设计。现在以工程机械钢结构件涂装为例，介绍并分析涂装工艺流程。

13道工序（天冬聚脲涂料二涂层体系）涂装:
1. 上件-2.屏蔽-3.清理-4.抛丸-5.喷丸-6. 刮腻子-7.打磨-8.喷底漆-9.流平-10.-喷面漆-11.流平-12.晾干-13.修补。
11道工序（天冬聚脲单涂层DTM）涂装:
1.上件-2.屏蔽-3.清理-4.抛丸-5.喷丸-6.刮腻子-7.打磨-8.喷漆-9.流平-10.-晾干-11.修补

在上述工艺流程中，与传统工艺相比，刮腻子工序提前到抛喷丸之后进行，需要刮涂钣金腻子；清理工序，是对被涂装工件所沾染的化学品残留进行自动或人工清洁，减少对工件表面或磨料的污染，增强天冬聚脲涂料涂层对工件的附着力。在喷涂涂料之前，需要控制工件表面的6个工艺参数：除锈等级（ Sa2 1/2 or Sa3）、粗糙度(Rz)、峰密度（Rpc)、洁净度（粉尘颗粒）、可溶性盐类、其它污染物。

此外，天冬聚脲涂料常用于工程机械底盘或整机的罩光清漆工艺：前处理-（电泳底漆）-腻子层-水性或溶剂型中涂层-水性或溶剂型面漆层-天冬聚脲高固体份清漆罩光。它增强了工程机械的装饰性和耐久性，提高了产品的涂装质量。

天冬聚脲涂料涂装技术的发展趋势

天冬聚脲涂料及其涂装技术将突破发展瓶颈实现大规模产业化
通过以上对现状的了解和分析，天冬聚脲涂料在涂装材料及涂层体系、涂装设备、涂装环境、涂装工艺、涂装管理方面已经趋于成熟，具备了大规模生产的基本条件。历史上一个新型的涂料，从实验室到大规模应用通常需20-30年，环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、氟碳涂料大约用了30年时间。天冬聚脲涂料的发展已经历了20余年，以此类比，其实现大规模制造业应用仅需5-10年时间，有望在2030年前后成为制造业主流选择之一，尤其在高端防腐领域。

现在主要的发展瓶颈是：1、天冬聚脲及涂装技术宣传不够，涂装企业及应用者对其了解不全面，不深入；2、决策者担心产品会出现涂装质量问题，不愿做“第一个吃螃蟹的人”；3、涂料单价成本较高；4、涂装工艺标准化不足且实际生产执行不到位；5、水性涂料、粉末涂料等正在一定的规模应用，部分涂料企业不愿意轻易改变发展方向等等。

以上所列的发展瓶颈，是各类新材料、新涂料，发展中碰到的共性问题，也是天冬聚脲涂料涂装技术在未来的发展中将面临新的挑战和机遇。通过不断的技术创新和市场适应，这些问题会逐渐被克服，有望在新的5~10年里实现更加广泛的应用和更大的商业成功。

绿色低碳、节能降耗、市场需求将促进天冬聚脲涂料及涂装技术的迅猛发展
目前我们面临的环保生态问题越来越严重，节能降耗也是燃眉之急! 国家今后的“绿色低碳、节能降耗”的政策会更加强化，更加细化。现在广泛使用的低VOC涂料及其涂装技术，有各种各样的局限性。水性涂料的高性能涂层较少，涂装时对温湿度敏感，能耗高，需要处理废水及VOC等；粉末涂料涂层韧性不足，修补难，固化时能耗高，且不能用于复杂大中型工件等；它们的发展和推广也遇到了各种各样的困难。天冬聚脲涂料在这些方面都有无可比拟的优势，将会成为今后非常有发展前途的新材料。

除了传统行业的需求之外，新出现的行业需求，如新能源汽车、风能/太阳能发电、军工、海洋重工等的特种市场需求迅速增加，天冬聚脲涂料涂装凭借其卓越的性能和环保特性，正成为这些领域首选的涂装材料。

市场的迫切需求将成为强大的推动力，与此相关的涂料及涂装企业，从现在就要做好充分的准备。

天冬聚脲涂料的价格及涂装涂层的综合成本将会大幅下降
近几年的天冬聚脲涂料价格持续下降，据有关人士分析今后还可能有下降空间；现在使用者少、生产批量小，若大批量使用后，天冬聚脲涂料可以下降较大幅度；如同水性涂料当初的情况，开始也是价格较贵，现广泛应用之后，价格大幅度下降。今后，树脂、助剂、涂料以及涂装相关企业，通过产业集群效应、产业协同、政策驱动、联合研发等模式的深化，天冬聚脲涂料的价格将会进一步下降。

涂装综合成本是影响天冬聚脲涂料大面积推广应用的重要因素。在机械制造工厂，综合成本计算主要考虑：涂料、辅材、能耗、人工、劳保、环保、设备折旧、设备维修、工具工装、机物料。作者通过这几年在工程机械涂装生产线上的应用实践，使用天冬聚脲涂料进行涂装，与水性涂料的涂装相比，综合成本可以降低10%~20%左右。涂装综合成本大幅度降低的优势，将会吸引更多企业试用、大批量采用天冬聚脲涂料。

天冬聚脲涂料及涂装技术水平将会持续创新和不断升级
虽然天冬聚脲涂料及涂装技术趋于成熟，但工程技术人员、行业专家及领军人物，并没有停止对更高目标的追求和创新。树脂、助剂原材料厂家的持续技术进步，使各种高性能与多功能集成的涂料及涂层体系会层出不穷，如各种改性的超高固含及无溶剂涂料、生物基与低VOC环保材料、智能响应涂层、严酷腐蚀环境以及极端温度适应性优良的涂层体系、仿生与纳米复合强化涂层体系……；涂装设备方面，除了涂装行业通用制造设备的智能化进步之外，天冬聚脲涂料需要的高精度、高稳定性的供调喷系统会进一步发展，特别是机器人或往复机配套高速旋杯静电喷枪的涂装系统，AI在线质检与修复等；在极端环境气候条件（如低温、高湿环境）下涂装的施工，将被环境控制技术所保证；磨料干清洗、工件表面技术参数的控制、工艺流程最优化将被推广；涂装管理数字化、智能化以及对涂装设备及生产线的远程监控，通过大数据分析追踪缺陷（弊病），解决质量问题等技术，将加速天冬聚脲涂料及涂装技术的发展和普及。

 

作者：原三一重工 高级涂装技术专家  齐祥安

 

来源：荣格-《涂料与油墨—中国版》

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