水性漆
——相關(guān)使用知識(shí)（上）

涂料是可以通過浸涂、刷涂和噴涂等不同的施工工藝涂覆在物件表面，形成具有保護(hù)、裝飾或者特殊功能的固態(tài)薄膜的材料。由于汽車上采用了大量金屬材料，因此涂裝成為了金屬材料普遍應(yīng)用的重要防腐措施。了解掌握涂料的分類、性能、操作工藝及成膜原理等方面的知識(shí)，才能確保汽車的涂裝質(zhì)量。

1.水性漆發(fā)展歷史

汽車涂料發(fā)展初期，人們把一些天然物質(zhì)如松油、亞麻仁油和碳黑等配成油漆刷涂到車身上，刷涂一部車大約需要1 個(gè)月時(shí)間，嚴(yán)重限制了汽車批量生產(chǎn)。1924年，隨著硝基漆的發(fā)明，油制涂料被取代，由于硝基漆使用簡(jiǎn)單，干燥快，能使涂裝周期大大縮短，汽車工業(yè)化的涂裝瓶頸得到解決，所以迅速得到廣泛使用。二戰(zhàn)后，醇酸合成樹脂的汽車涂料也開始被廣泛使用，這種涂料覆蓋性好，具有良好的光澤，而且耐候性能也比之前的涂料好。

20世紀(jì)60年代，汽車原廠漆領(lǐng)域發(fā)明了電泳底漆、氨基高溫烤漆，聚氨酯高溫烤漆等，涂膜亮度、硬度以及耐候性得到進(jìn)一步提升。單組份的丙烯酸風(fēng)干漆開始應(yīng)用于修補(bǔ)漆市場(chǎng)，由于其干燥快，使用簡(jiǎn)單，光澤和耐候性能都比硝基漆好，所以受到噴漆技師的歡迎。

20世紀(jì)70年代，汽車修補(bǔ)漆得到重大發(fā)展。雙組份的聚氨基丙烯酸修補(bǔ)漆被研發(fā)出來，由于其光澤、耐候性和整體質(zhì)量可以跟汽車生產(chǎn)用涂料相媲美，故成為汽車維修噴漆的主要涂料。

從20世紀(jì)70年代開始，汽車顏色也越來越豐富。金屬漆和珍珠漆逐漸被應(yīng)用在汽車上，滿足了人類日漸豐富的個(gè)性化需求。到了20世紀(jì)80年代，隨著各國(guó)對(duì)環(huán)保的日益重視，涂料的研發(fā)開始以環(huán)保為核心和方向，低碳環(huán)保的高固體成分涂料開始得到了廣泛應(yīng)用。

1986年，水性汽車漆被發(fā)明，并在汽車制造廠首先投入使用，1992年開始在汽車修補(bǔ)漆市場(chǎng)投入使用。2004年，歐盟頒布針對(duì)汽車修補(bǔ)和建筑裝飾涂料為主的PPD 法規(guī)，管理較之前法規(guī)更為具體、嚴(yán)格，適應(yīng)于涂料生產(chǎn)廠家及進(jìn)口商，要求其將符合法律的產(chǎn)品投入市場(chǎng)，且VOC（Volatile Organic Compounds，揮發(fā)性有機(jī)化合物）的含量必須打印在產(chǎn)品標(biāo)簽上，以識(shí)別產(chǎn)品是否符合規(guī)定。

PPD 法規(guī)根據(jù)產(chǎn)品的不同分類，設(shè)立了不同的VOC 排放最高限量，從而對(duì)汽車修補(bǔ)漆提出了更高的環(huán)保要求，如面漆（底色漆、清漆）的VOC 限量為420 g/L，底色漆必須全部轉(zhuǎn)換水性色漆方能達(dá)到PPD 的該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。該法規(guī)于2007年1月1日正式生效，自此歐盟國(guó)家開始全面使用水性汽車修補(bǔ)漆。

美國(guó)加州空氣資源委員會(huì)（CARB）自2008年7月起，在加利福尼亞州開始實(shí)施較之前 1151 法令更為嚴(yán)格CARB 法規(guī)。和歐盟 PPD 法規(guī)類似，CARB 法規(guī)要求產(chǎn)品外包裝上要有揭示該產(chǎn)品VOC排量的信息。由于美國(guó)各州的環(huán)境污染情況不同，各州又制訂各自的州法規(guī)。

繼美國(guó)之后，加拿大（2010年，CARB 法規(guī)）、韓國(guó)（2010年在首爾，2012年在全國(guó)）及香港（2011年10月正式生效）也相繼實(shí)施限制VOC 排放的環(huán)保法規(guī)，其中香港的環(huán)保法規(guī)更為嚴(yán)格，嚴(yán)格程度甚至趕超歐美。

中國(guó)雖然目前還沒有制訂限制 VOC排放的環(huán)保法規(guī)，但是首個(gè)明確規(guī)定汽車涂料中重金屬、限用溶劑和VOC 含量的中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB24409-2009《 汽車涂料中有害物質(zhì)限量》，已于2009年9月30日發(fā)布，并已于2010年6月1日開始正式實(shí)施。這標(biāo)志著我國(guó)對(duì)于汽車高溫漆及汽車修補(bǔ)漆的有害物質(zhì)開始提出了明確限量要求。

2.水性漆在環(huán)保方面的作用

GB 24409-2009 中對(duì)溶劑型汽車涂料、水性（含電泳涂料）、粉末及光固化涂料中的有害物質(zhì)，包括重金屬、揮發(fā)性有機(jī)化合物和限用溶劑含量等，給出了明確限量（參見本刊2020年第10 期《水性漆——環(huán)保法規(guī)介紹》一文中表2和表3）。

通過涂料中有害物質(zhì)限量要求可以看出，GB 24409-2009 中所明確列出的以下限用溶劑，毒性越強(qiáng)，限量就越低。

①苯≤0.3。

②甲苯、乙苯和二甲苯總量≤40。

③乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯和二乙二醇丁醚醋酸酯總量≤0.03。

表1 VOC 的危害

以苯為例，苯屬于強(qiáng)烈毒性有機(jī)溶劑，到一定劑量即可抑制骨髓造血功能，而且苯對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)也有一定損害。因此涂料生產(chǎn)廠商大多不使用苯作為有機(jī)溶劑。

隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的不斷重視，國(guó)家有關(guān)部門及地方政府都在積極引導(dǎo)企業(yè)使用水性漆。例如交通運(yùn)輸部于2012年推出的交通運(yùn)輸節(jié)能減排專項(xiàng)資金，使用水性漆、無塵干磨設(shè)備等綠色噴涂技術(shù)的維修企業(yè)可以獲得補(bǔ)貼。另外，一些大的汽車生產(chǎn)廠商及涂料生產(chǎn)廠商也在積極引導(dǎo)，使用水性漆的用戶數(shù)量每年都在成倍增長(zhǎng)。水性漆的使用，極大減少了有機(jī)溶劑對(duì)人類生存環(huán)境及從業(yè)人員健康帶來的危害，將汽車修補(bǔ)涂料帶入劃時(shí)代的水性時(shí)代。

（1）VOC 排放的危害

隨著汽車保有量的不斷加大，城市道路擁擠越來越明顯，交通事故的發(fā)生率也會(huì)越來越高，汽車涂料的用量也在不斷增長(zhǎng)。控制汽車修補(bǔ) VOC 排放是全球大勢(shì)所趨，世界各國(guó)相繼制訂了相關(guān)法規(guī)以限制涂料中 VOC 的排放量。為什么汽車涂料中揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成重要影響？

目前國(guó)際上對(duì)涂料中VOC 的定義，通常將涂料產(chǎn)品中在常壓下沸點(diǎn)不大于250℃的任何有機(jī)化合物，都定義為揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）。在我國(guó)VOC 被定義為101.3 kPa 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，任何初沸點(diǎn)低于或等于250℃的有機(jī)化合物。

包括汽車涂料在內(nèi)，各類涂料在其干燥過程中溶劑會(huì)完全揮發(fā)到大氣中。所有有機(jī)溶劑均可被視作VOC，常見的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯和三氯乙烯等。VOC 有兩大類危害，如表1所示。

（2）水性漆降低VOC 的優(yōu)勢(shì)

水性漆是以去離子水為主要溶劑、VOC 含量較低的綠色環(huán)保產(chǎn)品，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境、人類健康的危害比較小，且不易燃。傳統(tǒng)油性溶劑型油漆則以有機(jī)溶劑為主，易燃，含有較多的化學(xué)性揮發(fā)物質(zhì)。

最為有效和直接降低VOC 的方法就是使用水性漆。目前很多汽車生產(chǎn)廠已經(jīng)全部使用水性電泳底漆、水性底色漆，由于高固體份溶劑型中涂底漆和清漆中VOC含量低，能滿足VOC 排放要求，所以汽車生產(chǎn)廠一般使用高固體份溶劑型中涂底漆、高固體份溶劑型清漆。水性中涂底漆、水性清漆或粉末清漆也有少數(shù)汽車生產(chǎn)廠在使用。國(guó)內(nèi)目前使用水性漆的汽車廠商已近 20 家，并且近幾年新建的生產(chǎn)線基本都是使用水性電泳底漆、水性底色漆和低 VOC 排放的溶劑型中涂底漆、清漆。

在汽車修補(bǔ)漆領(lǐng)域，使用水性漆也已經(jīng)有20 余年歷史。由于底色漆VOC排放占到所有汽車修補(bǔ)漆VOC 排放的近50%，而且高固體份含量的中涂底漆、清漆，其VOC 含量已能滿足全球所有的限制VOC 排放的環(huán)保法規(guī)，如果以單位面積所產(chǎn)生的VOC 來衡量，使用水性底色漆配合高固體含量HS 清漆，減少VOC排放可達(dá)75.6%。故全球汽車修補(bǔ)漆領(lǐng)域主要推廣和廣泛使用的是水性底色漆。

VOC 如何度量？它是以每升油漆中所含的有機(jī)溶劑克數(shù)來度量，單位為g/L。較好的溶劑型底色漆VOC 約為750 g/L，溶劑型清漆的VOC 約為560 g/L，而水性底色漆的VOC 為100 g/L。水性底色漆中所含VOC 只有10%左右，而溶劑型底色漆中所含VOC 達(dá)70% 左右。

使用水性漆不只是減少VOC 排放，對(duì)于噴漆技師也有很大好處。因?yàn)槠囃苛现凶钪饕膿]發(fā)性有機(jī)化合物就是有機(jī)溶劑，而有機(jī)溶劑會(huì)對(duì)人體健康造成不良影響。使用水性底色漆可降低噴漆技師職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)，另外也會(huì)減少噴漆維修過程中有機(jī)溶劑對(duì)車輛內(nèi)部的污染和影響，有利于駕乘人員的身體健康。

如果以每周平均混合4 L 底色漆的車間為例，使用水性修補(bǔ)漆每年可以減少約115 kg 的VOC 排放，相當(dāng)于100多輛車一整年的尾氣排放量。

每年全球有超過60 個(gè)國(guó)家、數(shù)以萬計(jì)的汽車修理廠實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)溶劑型涂料到水性修補(bǔ)漆的轉(zhuǎn)換，幫助減少超過上萬噸的VOC 和百余種其他有害物質(zhì)的排放。

（待續(xù)）