汽車防腐蠟的研究現(xiàn)狀與展望

蘇建，叢玉鳳，黃瑋，姜傳東

(遼寧石油化工大學(xué) 石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

近20年，汽車工業(yè)在我國得到了飛速的發(fā)展，截至2018年底，我國汽車產(chǎn)、銷量分別為2 780.9萬輛和2 808.1萬輛[1-2]，汽車用涂料產(chǎn)量達(dá)到 196萬t，占涂料總產(chǎn)量的9.6%。預(yù)計到2022年，汽車涂料產(chǎn)量規(guī)模有望突破300萬t，不難看出汽車涂料的市場前景可期，汽車防腐蠟的市場前景更是如此[3]。

隨著環(huán)境的惡化，汽車腐蝕問題日益嚴(yán)重。根據(jù)中國汽車技術(shù)研究中心公布的信息來看，2016年汽車腐蝕造成的經(jīng)濟損失達(dá)347.3億美元，2019年預(yù)計可達(dá)435億美元，究其原因，主要還在于腐蝕影響因素比較多，導(dǎo)致行業(yè)對汽車腐蝕問題的認(rèn)識不足。因此，汽車防腐蠟行業(yè)的發(fā)展成為了一種必然趨勢。

1 汽車防腐蠟

汽車防腐蠟是由石蠟、成膜劑、防銹劑、分散劑等精制而成的流動狀有機物質(zhì)，主要用于防止汽車鋼板腐蝕，涂布于車身板接、車輛底盤、內(nèi)腔等部位。石蠟作為一種飽和鏈狀烷烴結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性高、耐熱性好、抗腐蝕能力強、成膜后附著力好[4]。施工時應(yīng)根據(jù)不同的環(huán)境條件和不同目的確定不同防腐蠟。目前汽車防腐蠟的類型主要有三種：溶劑型防腐蠟、高固分防腐蠟和水基型防腐蠟。

1.1 溶劑型防腐蠟

溶劑型防腐蠟是用脂肪烴類溶劑與各種添加劑調(diào)配而成，性能好且生產(chǎn)工藝簡單。張金平等[5]以微粉蠟、改性醇酸樹脂、溶劑型增粘樹脂和200#溶劑油為原料，發(fā)明了一種耐高溫型汽車防腐蠟，該種方法工藝簡單、生產(chǎn)過程無需加熱，節(jié)約能源，生產(chǎn)出的防腐蠟蠟?zāi)じ街?、防腐性能?yōu)良且耐高溫。黃福川等[6]以高活性聚異丁烯、費托蠟、微晶蠟、瀝青、米糠蠟、C5石油樹脂和200#白色溶劑油等原料，研制出了一種汽車底盤防腐蠟，其性能穩(wěn)定、無結(jié)晶析出、蠟?zāi)閺椥杂材で蚁災(zāi)み_(dá)到一定厚度沒有流體物質(zhì)滴落、鼓泡、龜裂現(xiàn)象，同時具有優(yōu)良的粘附力。

溶劑型防腐蠟雖然性能穩(wěn)定、生產(chǎn)工藝簡單，但產(chǎn)品中含有的有機溶劑會產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機物(VOCs)，不僅會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，也會對人體造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。

1.2 高固體分防腐蠟

高固分防腐蠟主要是由石蠟、添加劑及礦物油等組成，其固化方式與溶劑型的原理不同。溶劑型防腐蠟的固化主要是靠其中的溶劑油揮發(fā)后，黏度增大，形成蠟?zāi)?，但是?dāng)溫度升高時黏度下降，容易造成蠟?zāi)ち魈?；而高固分防腐蠟主要靠空氣中的氧氣氧化后成膜，成膜后，耐高溫、性能穩(wěn)定，并且相比于溶劑型防腐蠟，大大減少了VOCs的排放[7]。高健等[8]以石蠟、微晶蠟、植物油脂、基礎(chǔ)油等原料，發(fā)明了一種低VOCs全固體分空腔防腐蠟，不含溶劑，閃點高，操作安全，環(huán)境友好。林興國等[9]以蜂蠟、聚乙烯蠟、丙烯酸樹脂和防銹劑為原料，研制出了一種高固分環(huán)保型防腐蠟，其生產(chǎn)工藝簡單，降低了汽車生產(chǎn)過程中VOCs的排放及單車消耗，在保護環(huán)境的同時，大大提高了經(jīng)濟效益。

由于高固分防腐蠟是一種新產(chǎn)品，生產(chǎn)成本較高，暫時還未得到廣泛的應(yīng)用，相信通過技術(shù)的革新和進(jìn)一步成熟，高固分防腐蠟會得到社會的認(rèn)可。

1.3 水基型防腐蠟

近年來，環(huán)境保護已經(jīng)變得空前的重要，不斷有更加嚴(yán)格的法律法規(guī)相繼出臺，在這個前提下，人們對使用汽車防腐蠟所引起的危害也日益關(guān)注。為促進(jìn)節(jié)能環(huán)保，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，自2015年2月1日起對涂料征收消費稅，而施工狀態(tài)下VOCs含量 ≤420 g/L 的涂料可免征，可見嚴(yán)格控制 VOCs 排放對控制新車研發(fā)成本有著巨大的作用[10]。因此，水基型防腐蠟取代溶劑型防腐蠟是必不可免的。潘良等[11]以水性樹脂、聚乙烯蠟、水性抗鹽霧助劑等原料，研制出了一種低VOCs快干型水性汽車底盤防銹蠟，該產(chǎn)品各項性能均較優(yōu)異，其VOCs僅為 67 g/L，蠟?zāi)け砀蓵r間為1 h。王曉蕾等[12]通過考察氧化蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、復(fù)合乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳化溫度、攪拌速率、乳化時間及防銹劑類型和用量等參數(shù)，以自制氧化蠟、復(fù)合乳化劑、T-704防銹劑等為原料制備了性能穩(wěn)定、防銹效果好的乳化型汽車防銹蠟。

環(huán)保型水性汽車防腐蠟是當(dāng)前汽車防腐蠟行業(yè)研發(fā)熱點之一。目前，水性汽車防腐蠟在歐洲國家使用較為廣泛，我國也為使用水性汽車防腐蠟做了準(zhǔn)備[13]。水基型防腐蠟是以水為溶劑或稀釋介質(zhì)，相比于有機溶劑來說更能節(jié)約成本，減少對能源的消耗，最重要的是較低的VOCs排放也能降低對大氣的污染，保障了施工人員的身體健康。另一方面，水基型防腐蠟生產(chǎn)環(huán)境許可要求較低，溶劑型要求嚴(yán)格，除了要求防火防爆外，在運輸中潛在危害高，運輸費用高昂，因此水基型防腐蠟占有很大優(yōu)勢[14]。以水基型防腐蠟替代溶劑型防腐蠟應(yīng)用于汽車的防腐涂裝上，對我國環(huán)保工作和實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展有著非常重要的意義。但是水基型防腐蠟也有不足之處，在汽車等領(lǐng)域中的應(yīng)用仍有許多問題有待解決。

2 水基型汽車防腐蠟的發(fā)展

2.1 水基型汽車防腐蠟存在的問題

相對于傳統(tǒng)溶劑型汽車防腐蠟，水基型汽車防腐蠟更節(jié)約資源，對環(huán)境友好，是未來汽車防腐蠟的發(fā)展方向。雖然我國汽車防腐蠟的水性化進(jìn)展較為緩慢，但隨著整個社會的環(huán)保意識的不斷提升，越來越多的企業(yè)開始研發(fā)水性汽車防腐蠟，但仍存在以下問題：水基型防腐蠟是以水作為溶劑，在涂膜的過程中難免會出現(xiàn)起泡的現(xiàn)象，因此，需要通過配方技術(shù)和涂膜技術(shù)兩方面來共同解決起泡問題。水基型防腐蠟中的成膜樹脂含有大量的親水基團或親水物質(zhì)，這些物質(zhì)勢必會對防腐蠟的耐水性造成嚴(yán)重影響?，F(xiàn)在的一些水基型防腐蠟中，為了適應(yīng)不同領(lǐng)域的應(yīng)用，需加入一些水溶性的助溶劑和助劑，和溶劑型涂料所用的溶劑相比，盡管其用量小，但毒性大，對身體仍會造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。因此，安全和環(huán)保型水基防腐蠟?zāi)酥了酝苛项I(lǐng)域研發(fā)生產(chǎn)及發(fā)展過程中需要更加注重的問題。

正是因為以上所述的問題阻礙了我國水基型汽車防腐蠟的研發(fā)和使用，只有從技術(shù)上不斷攻克這些難題，水基型汽車防腐蠟才能得到快速發(fā)展。

2.2 水基型防腐蠟的發(fā)展

眾所周知，歐美國家特別是歐盟對環(huán)保非常的重視，美國、法國及德國等國家相繼制定了一些環(huán)保法規(guī)來限制VOCs向大氣中釋放。在我國，關(guān)于汽車涂料有害物質(zhì)限量的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 24409—2009中明確規(guī)定了雙組分交聯(lián)水性涂漆的VOCs應(yīng)<670 g/L[15]，目前出口西方發(fā)達(dá)國家的工業(yè)產(chǎn)品中，有許多已開始改用環(huán)保的水性防腐蠟涂裝施工。隨著國外先進(jìn)水性樹脂產(chǎn)品、防腐技術(shù)進(jìn)入我國防腐蠟市場和國內(nèi)對水性防腐蠟新產(chǎn)品水平的不斷提高、生產(chǎn)工藝的升級優(yōu)化，帶動了我國水性防腐蠟的發(fā)展和應(yīng)用，使水性防腐蠟在涂膜性能上已能滿足越來越多的行業(yè)的涂裝要求[16-20]。Louis[21]以石蠟、蜂蠟和巴西棕櫚蠟作為基礎(chǔ)原料，向其中加入水性醇類對基礎(chǔ)原料進(jìn)行改性，使其乳化，制備出了一種水基型防腐蠟。Dunning[22]以水、石蠟(納米級顆粒)、表面活性劑、正辛基三乙氧基硅烷為原料，制備出了水性乳液防腐蠟。劉建宇等[23]以NQ-1型蠟為基礎(chǔ)原料，向其中加入成膜劑、復(fù)合防銹劑、乳化劑等助劑，制備出了一種致密性、防腐性好的防腐蠟。王景蕓等[24]以氧化石蠟代替天然石蠟作為原料，通過加入硬脂酸與三乙醇胺復(fù)合乳化劑和復(fù)合防銹劑，制備出了性能優(yōu)異的汽車防腐蠟。水性防腐蠟的不斷發(fā)展的同時也帶動了水性涂料的不斷革新與進(jìn)步[25-26]。國內(nèi)外水性涂料主要集中在建筑涂料[27]、抗菌涂料[28]、航天涂料[29]和海洋船舶用涂料[30]。近年來，水性涂料已經(jīng)在汽車、自行車、電梯等制造業(yè)使用[31]。

據(jù)WPCIA數(shù)據(jù)[32]，2017年全球涂料產(chǎn)量 7 144萬t，歐美等發(fā)達(dá)國家溶劑型涂料產(chǎn)量平均占比不到40%，美國則不到30%，德國僅20%左右，國內(nèi)溶劑型涂料占比達(dá)到52%，水性和粉末涂料占比分別約35%和10%，光固化和無溶劑等環(huán)保型涂料占比約3%，環(huán)保型涂料合計不足50%。環(huán)保部《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》明確提出，到2020年，全國工業(yè)涂裝VOCs排放量減少20%以上，重點地區(qū)減少30%，全面推進(jìn)環(huán)保性涂料發(fā)展已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。

3 展望

我國于2006年頒布了汽車制造業(yè)涂裝清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)(HJ/T 293—2006)，促進(jìn)了綠色環(huán)保水基汽車防腐蠟的開發(fā)與應(yīng)用。綠色環(huán)保涂料的發(fā)展方向必將是水性化、高固體化和粉末化。為適應(yīng)環(huán)保的要求，國內(nèi)外都在積極研發(fā)和利用“省資源、高效率、低污染、節(jié)能源”的涂料品種。未來可在以下幾個方面進(jìn)行更深入的探討：

(1)針對汽車防腐蠟不同的企業(yè)擁有不同的標(biāo)準(zhǔn)，為了更能顯示其權(quán)威性，應(yīng)制定出相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

(2)利用新技術(shù)解決水基型防腐蠟氣泡、縮邊、流掛等各種涂膜缺陷，將其中的親水基團或親水物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化或消除，增加涂層的耐水性。并完善水基型涂料的使用功能，例如防火、防蟲、隔熱保溫等，攻破其在航空航天、建筑、海洋等領(lǐng)域的技術(shù)難題。

(3)開發(fā)一系列新型的少含或不含揮發(fā)性有機物的水性涂料，使排出的VOCs盡可能地降到最低。

(4)增加費托蠟成分在防腐蠟中的占比，利用分割出的窄餾分，加上其硬度大、熔點高的特點，使涂層具有良好的滑爽性和可拋光性，涂層油亮，在水性復(fù)膜膠粘劑中能提高膠層與PE、PP等非極性塑膜的親和性。