現(xiàn)代汽車漆水性涂料新技術(shù)探析

孫聰翀

（PPG 涂料（天津）有限公司，天津300457）

1 概述

在傳統(tǒng)汽車涂裝領(lǐng)域，大多數(shù)汽車生產(chǎn)廠商主要采用溶劑型涂料進(jìn)行汽車涂裝，溶劑型涂料在使用的過(guò)程中容易產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機(jī)化合物，不僅污染環(huán)境，而且危害人們的身體健康。隨著生活水平的不斷提高，人們的環(huán)保意識(shí)也在不斷增強(qiáng)，為了降低汽車涂裝的過(guò)程中VOC（揮發(fā)性有機(jī)物）造成的環(huán)境污染，水性涂料得到了越來(lái)越多的應(yīng)用[1]。與溶劑型汽車涂料相比，水性汽車涂料具有技術(shù)含量高、附加值高等特點(diǎn)，且不僅綠色環(huán)保，同時(shí)還具有其它很多方面的優(yōu)勢(shì)，如色澤鮮艷、光澤度高、良好的抗沖擊性能、涂層堅(jiān)硬、耐磨性強(qiáng)、良好的附著能力、良好的耐熱性能、速干、施工簡(jiǎn)單等。因此，采用綠色環(huán)保的水性涂料取代溶劑型涂料已成為汽車涂裝領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢(shì)[2]。

水性汽車涂料與溶劑型涂料相比，存在一些常見缺陷：（1）水性涂料對(duì)施工面的清潔度要求更高，由于水的表面張力較大，因此，施工面若存在污染物更容易產(chǎn)生縮孔；（2）水性涂料對(duì)施工面的腐蝕性更大，因此，施工面必須做好防腐底漆的噴涂工作，若防腐底漆噴涂不嚴(yán)密，容易使涂膜產(chǎn)生麻點(diǎn)；（3）水性涂料對(duì)汽車涂裝過(guò)程中的施工環(huán)境（溫度、濕度）的要求更高，增加了環(huán)境維持設(shè)備的投入；（4）水性涂料的耐水性更差，水性涂料的PH 值一般在8.3-8.8之間，呈弱堿性，涂料中的酯鍵遇水容易水解而破壞分子鏈，從而影響涂膜的穩(wěn)定性。正是由于上述缺陷存在，使得水性涂料最開始難以在汽車涂裝領(lǐng)域得到廣泛使用，而通過(guò)不斷優(yōu)化配方、提高工藝水平與設(shè)備性能等方面，逐漸優(yōu)化水性涂料的性能，避免出現(xiàn)上述固有缺陷[3]。汽車漆涂層主要包括底漆、中涂、面漆和清漆，本文就從這幾個(gè)方面分別對(duì)水性涂料的新技術(shù)研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

2 水性涂料在汽車涂裝領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)

環(huán)保優(yōu)勢(shì)：環(huán)保優(yōu)勢(shì)是水性汽車涂料的主要特點(diǎn)，其含水量較高，自身的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)排放量少，且能以水性介質(zhì)來(lái)清潔管道。安全優(yōu)勢(shì)：水性汽車涂料由于采用了特殊的工藝，有機(jī)溶劑的含量極少，因此減少了生產(chǎn)的安全隱患，提升了涂料制造車間生產(chǎn)的安全性，減少了因有機(jī)溶劑使用帶來(lái)的火災(zāi)隱患。美觀優(yōu)勢(shì)：水性汽車涂料的平展性好，能到達(dá)細(xì)縫拐角等溶劑型涂料難以涂裝的區(qū)域，且可以有更加顯著的金屬光澤。工藝簡(jiǎn)單，附著力強(qiáng)，涂裝效果更好。

2.1 水性涂料新技術(shù)在汽車底漆中的應(yīng)用。汽車底漆主要的功能是防腐蝕性，是最容易實(shí)現(xiàn)水性化的部分，也是水性化進(jìn)程最快的部分。目前，在汽車底漆中使用的水性涂料是電泳底漆，此外，還有部分汽車使用水性丙烯酸和環(huán)氧酯類浸涂漆。由于浸涂漆的涂層防腐蝕性相對(duì)較差，漆膜外觀效果不理想，因此，防腐蝕性更優(yōu)良、漆膜外觀更美觀的電泳底漆得到了迅速發(fā)展。此外，與浸涂漆相比，電泳漆還有更低的VOC 排放量，更加綠色環(huán)保。

在20 世紀(jì)60 年代，主流的汽車生產(chǎn)廠商在汽車底漆涂裝中開始使用ADE（水性陽(yáng)極電泳涂料），之后相繼出現(xiàn)了環(huán)氧酯、酚醛、聚丁二烯、丙烯酸等幾種ADE。到20 世紀(jì)70 年代，出現(xiàn)了CED（水性陰極電泳底漆），CED 在防腐性、抗沖擊力等方面比ADE 更強(qiáng)，VOC 的排放量也更低。CED 的種類主要包括丙烯酸、環(huán)氧、聚氨酯和聚丁二烯等幾種。目前，90%的汽車底漆采用的都是CED，其余的汽車底漆采用的主要為ADE，尚有極少數(shù)汽車采用的是浸涂漆。

CED 發(fā)展至今，已經(jīng)發(fā)展到第五代，而第六代CED 產(chǎn)品也已在研發(fā)中，CED 研發(fā)的方向是向綠色環(huán)保、低溫固化速度快、力學(xué)性能良好等方向發(fā)展。目前，美國(guó)的PPG 涂料公司已經(jīng)掌握雙層電泳工藝，這是一種先進(jìn)的電泳涂層工藝，能夠極大提高底漆的涂裝效率，降低費(fèi)用，同時(shí)降低了環(huán)境污染。

2.2 水性涂料新技術(shù)在汽車中涂中的應(yīng)用。中涂不同于底漆，首先其具有優(yōu)良的抗沖擊性和填充性能，不僅能夠應(yīng)對(duì)車身表面遇到的碎石的沖擊，而且能夠填平電泳表面；其次其具有良好的隔絕能力，對(duì)車身外面的嚴(yán)冬、酷暑的環(huán)境溫度具有一定的隔絕能力，能夠更好的保護(hù)電泳漆。水性中涂的主要成分包括：用含羥基的聚酯或聚氨酯的水合物作為基料，交聯(lián)劑為封閉型異氰酸酯，這樣可以是中涂層保持較好的力學(xué)性能，如抗石擊性等。填料主要由超細(xì)滑石粉或者硫酸鋇粉等構(gòu)成，硫酸鋇粉的化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，可以有效提高漆膜的穩(wěn)定性，滑石粉具有良好的抗沖擊性和耐磨性。用乙二醇丁醚和二乙二醇丁醚等化學(xué)物質(zhì)作為中涂的助溶劑，具有優(yōu)良的分散、乳化性能，可以提供中涂的物理性能。

在歐洲，超過(guò)30%的汽車中涂采用的是水性涂料，在日本，這一比例已達(dá)50%。目前，國(guó)外出現(xiàn)了一種汽車中涂水性涂料配制的新技術(shù)，具體過(guò)程為：（1）將一定量的封閉型異氰酸酯和環(huán)氧樹脂加入到氨基醇酸樹脂體系的中涂中，以提高中涂的物理力學(xué)性能；（2）將氣相二氧化硅和超細(xì)硫酸鋇粉末加入到中涂中，提高中涂的光澤；（3）將超細(xì)滑石粉加入到中涂中，提高中涂的耐磨性能。

在科研方面，汽車中涂領(lǐng)域也有很多研究成果，如北京鈺林化工有限公司研制的水性中涂漆，增加了中涂漆的附著能力，能夠有效解決涂層之間的附著不良等問(wèn)題，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

2.3 水性涂料新技術(shù)在汽車面漆及清漆中的應(yīng)用。汽車面漆包括單色漆、金屬漆。其中單色漆的作用耐受氣候變化，金屬漆帶來(lái)更多視覺上的著色、裝飾作用。汽車面漆的噴涂方式隨著發(fā)展在逐步優(yōu)化與前進(jìn)，如傳統(tǒng)的三涂二烘，以及后來(lái)的三涂一烘（3C1B）及壓縮工藝（B1B2）等多種噴涂方式[4]。

我國(guó)在水性面漆的應(yīng)用方面也展開已久，早在上世紀(jì)九十年代就已經(jīng)在我國(guó)得到了發(fā)展，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的提升和人們生活水平的提高，汽車漆水性涂料市場(chǎng)也得以高速增長(zhǎng)。

宣威集團(tuán)的水性漆生產(chǎn)線的技術(shù)提升，廣東銀帆的汽車修補(bǔ)漆生產(chǎn)基地的建立，PPG 天津水性涂料項(xiàng)目的建設(shè)等等，目前我國(guó)的水性漆市場(chǎng)發(fā)展火熱，已經(jīng)超過(guò)世界其他市場(chǎng)，增速逐步提高，其市場(chǎng)的占比也逐漸增高。這是由于我國(guó)政府頒布了與汽車行業(yè)環(huán)保相關(guān)的政策法規(guī)，如《中國(guó)涂料行業(yè)“十三五”規(guī)劃》，地方對(duì)VOC 的排放限制，政策的扶持，環(huán)保力度的增加和市場(chǎng)的關(guān)注，都為我國(guó)水性漆涂料技術(shù)發(fā)展提供了良好的環(huán)境。美國(guó)伊士曼化工有限公司研制的水性CAB（乙酸丁酸纖維素）具有優(yōu)良的抗沉性與抗流掛性，涂層的光潔度高；德國(guó)大眾汽車公司研制了一種包含聚丙烯酸酯和封閉的聚異氰酸酯等化合物的水性罩光清漆，具有優(yōu)良的耐磨性和抗劃傷性能。具業(yè)內(nèi)學(xué)者預(yù)計(jì)，到2025 年前，世界上大部分汽車生產(chǎn)廠商都會(huì)在面漆中采用水性涂料。我國(guó)的面漆水性化進(jìn)程雖略晚于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，但這一趨勢(shì)已得到大幅增長(zhǎng)。

3 現(xiàn)代汽車漆水性涂料新技術(shù)發(fā)展

3.1 現(xiàn)代汽車漆水性涂料技術(shù)方向。隨著水性漆的發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，許多品牌對(duì)水性漆在附著力、氣泡、針孔等問(wèn)題上提出了解決方案，優(yōu)化了自身的技術(shù)。目前，汽車漆水性涂料的技術(shù)發(fā)展方向主要有兩個(gè)：一個(gè)方向是進(jìn)一步降低自身的VOC 排放水平，目前國(guó)際上的中高端水性漆品牌都朝著進(jìn)一步降低VOC 排放量的方向提升自身的技術(shù)。另一個(gè)方向是高固含清漆在市場(chǎng)上應(yīng)用的時(shí)間久，應(yīng)用廣泛，生產(chǎn)的成本也較低。水性清漆的生產(chǎn)成本高于高固含清漆，因此水性色漆匹配高固含清漆進(jìn)行組合，在保證VOC 排放量的基礎(chǔ)之上降低生產(chǎn)成本。

3.2 現(xiàn)代汽車漆水性涂料技術(shù)應(yīng)用發(fā)展措施。水性漆技術(shù)是現(xiàn)代汽車漆的主要方向，然而水性漆技術(shù)在推廣中遭遇了涂裝工藝、施工效率等方面的限制，降低了水性漆技術(shù)的推廣。因此，逐步提升涂裝工藝，增強(qiáng)施工效率也是關(guān)鍵所在。在幾年之間，水性漆廠家與汽車售后、汽車維修店共同推廣水性漆，展開水性漆的試點(diǎn)。一方面為汽車售后，4S 店和汽車維修店提供技術(shù)指導(dǎo)，協(xié)助店員進(jìn)行分工和職責(zé)分配，指導(dǎo)人員的技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)收；另一方面開展大量的技術(shù)培訓(xùn)工作，幫助汽車售后，4S 店和汽車維修店提升效率，根據(jù)汽車售后，4S 店和汽車維修店的具體情況推廣更有針對(duì)性的水性漆產(chǎn)品。

隨著水性漆技術(shù)不斷成熟，水性漆產(chǎn)品的配色及技術(shù)也不斷精進(jìn)，我國(guó)本土水性漆品牌也逐步發(fā)展，從產(chǎn)品的運(yùn)輸、成本的控制和技術(shù)的推廣三方面持續(xù)發(fā)力，逐步優(yōu)化配方以解決調(diào)色及閃干、氣泡等技術(shù)性問(wèn)題，與國(guó)際高端品牌逐步減少技術(shù)差距，逐步從中低端市場(chǎng)發(fā)展到更高端市場(chǎng)。

4 結(jié)論

隨著環(huán)保壓力的不斷增加，水性汽車涂料必定向更環(huán)保、更節(jié)能的趨勢(shì)發(fā)展。我國(guó)的水性汽車涂料的科研水平與產(chǎn)品品質(zhì)與美歐日等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，正大幅提高甚至比肩。隨著我國(guó)科研水平的不斷提高，大幅提高汽車水性涂料研發(fā)與生產(chǎn)的核心技術(shù)，已成為我國(guó)汽車涂裝行業(yè)前進(jìn)的必由之路。