涂层捆带产品研究现状分析

黄 菲

（武钢研究院， 武汉 430080）

涂层捆带是一类应用广泛的冷轧深加工产品，大量用于钢材、建材、木材、纸张、玻璃、瓷器、雕塑、珠宝等传统工业品的捆扎包装。[1～2]与普通的发蓝捆带及高档的金属(或合金)镀层捆带相比，就基本的防护和装饰作用而言，其性价比是最高的。[3]然而，相对于日新月异、层出不穷的镀层捆带，涂层捆带的研究进展可谓举步维艰，近年来问世的新产品寥寥无几。鉴于此，本文试图对其现状进行简要描述，探讨制约其发展的主要因素，提出未来可能的研究方向，以期推动产品的升级换代。

一、产品简介

所谓涂层捆带，一般是指在表面涂覆具有特定功能防护层的冷轧钢带。[4]总体来看，目前所使用的涂层基本上都是大分子有机化合物或高分子聚合物。一方面，与容易锈蚀的发蓝捆带相比，涂层捆带的耐蚀性能显著增强，使用寿命大幅延长；另一方面，其综合性能虽不及应用高端的镀层捆带，但成本却远低于后者，更适合普通工业品的包装。

二、现状描述

由于定位不高，涂层捆带一直以来未能引起行业的足够重视，相关研究长期停滞不前。从已公开的技术文献来看，焦点集中在有机涂层捆带，大致可以分为三个方面。

（一）涂漆捆带

涂漆捆带最为简单，工艺本质就是在钢带上涂覆涂料，因而涂装方式就成为研究重点。文献[5]指出浸涂是一种生产效率和涂料利用率高、技术相对简单的涂装方法。较先进的浸涂法是用辊子挤干法来控制漆膜厚度并消除流痕、挂漆现象，并且通过粗涂和精涂对漆层进行控制以达到最佳效果。文献[6]系统比较了电泳、喷涂和辊涂等几种工艺的特点，确认辊涂是一种投资少、见效快、易实现的涂装方法。当前，辊涂作为最佳涂装方式已成为业界共识。

基于辊涂方式，业内开展了一些新品的研制。文献[7～10]分别提供了不同厚度规格高强度涂漆捆带的生产方法，工艺区别主要在于涂漆前的热处理方式，依次分别是去应力退火、水冷淬火+回火、油浴淬火+回火和铅浴淬火+回火。一般来说，热处理对漆膜质量影响较大。通常情况下，钢带表面要预先形成一层附着力强的Fe3O4发蓝膜作为基底以增强漆膜的稳定性。比较而言，去应力退火无疑较好，形成的Fe3O4膜层质量高。一是温度较低，不易造成钢带过氧化；二是介质是空气，不会产生残留物。至于淬火+回火工艺，由于要经历高温奥氏体化，钢带表面会严重氧化；在淬火冷却阶段，水冷由于速度过快，导致钢板表面产生裂纹，而液态的油和金属Pb则会不同程度地残留在钢带表面。上述因素都会不同程度地影响漆膜的质量和稳定性。

此外，有关涂料的研究也有少量报道。文献[11]通过优化涂料配方及涂装方式，成功生产出一种包装用涂Zn钢带，解决了传统镀Zn过程中高污染、高成本的问题。所用涂料中，原漆与水的质量配比为1∶2.8～3.2，此时漆膜的附着力最好。原漆为锌白水性钢带涂料，无毒环保，不含苯类等有害溶剂及游离TDI，防锈、耐高温、不燃烧，操作方便。涂装时，温度为20～35℃，速度为20～35 m/m i n。该工艺保证涂料均匀涂覆，又能将漆膜厚度控制在5 μm以下，有效控制了生产成本。文献[12]全面分析了影响涂漆捆带耐蚀性的因素，包括冷轧基板表面状态、热处理过程、杂质离子、原漆质量、漆膜厚度、涂漆工艺、涂漆后处理、机械性损伤等，并针对这些因素提出了相应的改进措施。

（二）涂镀捆带

日常环境下，涂漆捆带的耐蚀周期一般为3个月，如果包装钢材、木材、纸张等易耗品，完全没问题。但面对瓷器、雕塑、珠宝等需持久保存的物品，就显得无能为力。基于此，衍生出增强型的涂镀捆带。其原理就是借鉴普通彩涂钢板的生产工艺，在钢带和涂层之间增加一薄层金属镀层，以提高产品的耐蚀性能。文献 [13～14]分别采用热镀Zn+辊涂及电镀Sn+辊涂工艺，生产出的涂镀捆带完全满足高品质商品的包装要求，耐蚀周期至少达8个月以上。不过，常规彩涂工艺涉及“两涂两烘”，周期长、成本高、污染大，考虑到涂镀捆带的适用面较窄，基于性价比和环保的因素，生产流程必须要予以简化。

由于有机涂料大多具有很强的刺激性和挥发性，对人体健康有害，一些企业尝试采用化学着色工艺来替代涂漆。其原理就是利用钢带表面的金属(或合金)镀层与着色液发生化学反应，形成具有一定颜色的膜层。文献[15]中，钢带在电镀Cu+电镀Sn/(或电镀Zn)后，分别于NaOH+CuCO3及Na2SO3+Pb(CH3COO)2水溶液中进行化学着色，得到了橙红色和蓝黑色捆带。其外观呈现鲜艳的色彩，18个月后表面失光率不超过5%，非常适合金银首饰的长久装饰。不过，着色过程中，颜色不易控制，往往随时间的延长，容易变色，色彩的重现性差，操作起来有些麻烦。[16]

（三）钢塑复合捆带

近年来，高分子捆带因其材质轻盈、表面柔和、耐蚀性能好，开始批量用于精密冷轧钢卷的打包。(见图1)不过，在包装大重量、多棱角、几何形状复杂的物品时，由于强度低，发生断带的概率依然较高。如果能将高分子材料通过适当的方式牢固地涂覆在钢带表面，所得产品就可能兼顾强度和耐蚀性能。文献[17～18]提供了一种钢塑复合捆带的生产方法。塑料由90～94份聚丙烯粉末、8～12份钛白粉、2～3份聚乙烯醇缩丁醛组成，采用高压静电喷塑方式，在钢带上双面喷塑，静电压为80～100 kV，单面涂层厚度为0.1～0.3 m m。所得产品的抗拉强度≥1 100 M Pa，延伸率≥10%，克服了单纯发蓝、涂Zn或镀Zn的缺陷，涂覆层质量高、美观、粘结力大。不过，钢塑复合捆带存在一个致命缺陷：由于涂覆层非常牢固，无法与钢带基体完全剥离，且塑料自身又难以降解，废料很难重新回炉冶炼，再利用率低，环保性差。

图1 高分子捆带包装冷轧钢卷

三、原因分析

总体来看，目前涂层捆带的发展遭遇了严重的瓶颈，新品问世速度缓慢，数量屈指可数。追根溯源，主要有两个原因。

一是涂装模式的局限性。大体而言，绝大多数有机涂料都是大分子有机化合物或高分子聚合物，具有电绝缘性或热绝缘性，这就决定其很难像金属或合金那样，可以通过常规的电镀、热镀、物理气相沉积、离子注入等方式进行层层有序涂装，涂覆工艺是有限的。一方面，对于涂漆捆带，辊涂是主流涂装方式，虽然简单高效，但缺点也十分明显：由于是借助涂漆辊的压力将涂料涂覆在钢带表面，为保证涂层的均匀性、连续性及保护辊面，其只能用于液态流质涂料，而无法涂覆硬质涂料(如无机涂层、高分子塑料等)，这就极大限制了产品种类。另一方面，对于涂镀捆带，虽然产品的使用寿命延长，但由于镀层金属只有Zn和Sn可供选择，加之镀层工艺也仅仅局限在热镀Zn、电镀Zn和电镀Sn，产品种类自然也不会太多。同时，热镀和电镀过程中的成本和环保因素一定程度上也会制约产品种类的扩张。再一方面，对于钢塑复合捆带，虽然可以采用喷涂工艺生产，但其操作复杂、能耗较大，且喷塑过程对环境的污染也不容忽视，产品种类肯定会受到影响。

二是涂料研究的片面性。长期以来，整个行业对下游产业发展趋势的认知存在误区，涂层捆带仅仅定位于单一的包装材料，导致相关研究只聚焦于涂料的耐蚀性能和装饰性能，对其它功能如耐热性能、耐寒性能、耐磨性能、耐火性能则鲜有涉及，更别提对相应涂装方式的研究。这种现象直接导致业内至今还未能发展出不同类型的功能涂层捆带，新品数量难有较大突破。

四、发展方向

如前所述，涂层捆带的发展正处于低潮，与生机勃勃的镀层捆带相比，其产品种类已不可同日而语。不过，后者瞄准的是高新技术产业，而涂层捆带则主要面向传统工业品。可以预计，在其性价比目前仍然占优的情况下，还不至于被市场立即淘汰，只要努力探索，产品推陈出新还是有希望的。从产品发展的角度而言，未来有两个方向值得探索。

一是开发无机涂层捆带。这方面的研究目前尚处空白，但现实意义却不容低估。举例来说，大理石、花岗岩等石材由于表面粗糙度极高，摩擦力巨大，对钢带表面的磨损会非常严重，一般的有机涂层捆带或高分子捆带根本无法打包。单纯的合金钢捆带固然可以解决问题，但大量合金元素的添加势必导致生产成本和制造难度呈几何级数上升，产品的经济性极低。换一种思路看，如果能将廉价的Al2O3、M gO等物质涂覆在钢带表面，形成高耐磨性的无机涂层，就有可能一举两得，实现降低成本及稳固包装的双重目的。当然，无机涂层一般都是金属的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物，熔点高、硬度大、塑性差、电/热绝缘，如何有效地将上述物质涂覆在钢带表面，值得深入研究。再进一步说，如果所用的无机涂料达到纳米尺度，或者将无机纳米粒子嵌入到有机涂层中，由于纳米材料所具有的体积效应、表面效应等，整个涂层的性能将可能出现质的飞跃，给产品带来革命性的影响。

二是开发环保型有机功能涂料。受机械装备自动化水平的限制，涂装方式暂时还没有发生重大变革的可能，不过涂料功能升级的空间却很大，相对容易实现。如果能实现涂料功能的多元化，涂层捆带的品类必然也会大大拓展，用途更加广阔。不过也要看到，涂料功能越丰富，其分子结构也越复杂，分子链上的官能团也越多，水溶性或可降解性也越差，不易去除，这意味着致污因子也越高。为减少污染，如何优化成膜物质中的树脂、油脂、溶剂、增塑剂、乳化剂、催干剂、固化剂、稳定剂等就显得尤为重要。当然，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、结论

涂层捆带是一类应用广泛的冷轧深加工产品，受诸多因素制约，其发展目前遭遇严重的瓶颈。为推动产品的升级换代，未来应重点开发无机涂层捆带和环保型有机功能涂料。