劉培祥

（東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，哈爾濱 150040）

汽車水性涂料的應(yīng)用

劉培祥

（東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，哈爾濱 150040）

水性涂料的環(huán)保特性逐漸受到汽車企業(yè)的青睞。介紹了水性涂料的特性和成膜機(jī)理，從底漆、中涂漆、面漆三個方面介紹了水性涂料，敘述目前水性涂料國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀并進(jìn)行了分析，展望了水性涂料的發(fā)展趨勢。

水性涂料；汽車涂料；陰極電泳涂料；溶劑型涂料

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國汽車工業(yè)飛速發(fā)展，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2015年我國汽車產(chǎn)銷量超過2 450萬輛，這表明我國已經(jīng)邁入汽車大國的行列。汽車行業(yè)的飛速發(fā)展也帶動了涂料業(yè)的發(fā)展，但目前仍有大量車型使用溶劑型涂料，這些涂料中含有的大量VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）對人體健康、環(huán)境保護(hù)都是一種嚴(yán)重的威脅。為了控制VOC排放，目前美國和歐洲都已對VOC出臺法規(guī)限制其排放。目前我國對于該指標(biāo)管控還存在盲區(qū)，VOC排放已經(jīng)為我國汽車涂裝業(yè)發(fā)展的攔路虎。而水性涂料的運用能大大減少VOC的排放，目前國外已經(jīng)實現(xiàn)商品化，在我國的發(fā)展方興未艾。

1 水性涂料的特性及成膜機(jī)理

水性涂料以水為溶劑，水的表面張力大，蒸發(fā)速度慢，與有機(jī)溶劑相比有很大的不同，所以水性涂料與溶劑型涂料相比在性能上有很大差異。

（1）由于溶劑表面張力的原因，水性涂料滴落在平整的鋼板上呈扁球形，而溶劑型則擴(kuò)散開。

（2）水性涂料因為溶劑水汽化溫度高，故涂料噴涂時不易揮發(fā)。溶劑型涂料揮發(fā)受溫度影響較大，而水性涂料較難控制，這是水性涂料應(yīng)用過程中的難點。

（3）水性涂料相比溶劑型涂料更容易發(fā)生流掛的現(xiàn)象。

（4）如果水性涂料采用與溶劑型涂料相同的烘烤工藝，那么會導(dǎo)致漆膜中殘留水分，產(chǎn)生氣泡，因此需要增加水性涂料預(yù)熱工藝。

涂料的成膜過程是涂料涂敷在需要涂裝的物體上，由液態(tài)轉(zhuǎn)變成無定型態(tài)的固態(tài)薄膜。這種過程一般也稱為涂料的干燥。水性涂料主要靠化學(xué)反應(yīng)形成膜，涂料中的成膜物質(zhì)在被涂覆后聚合，這就是高聚物的涂膜過程。

2 水性涂料的主要類型

汽車涂料主要包括底漆、中涂漆、面漆。

2.1 底漆

目前，世界主流汽車生產(chǎn)中均運用水性陰極電泳涂料。陰極電泳底漆得到廣泛運用的原因在于它具有優(yōu)秀的抗腐蝕性能、涂裝效率高、漆膜外觀良好，尤其是低VOC排放量。20世紀(jì)60年代，有企業(yè)開始采用ADE（水性陽極電泳涂料），到70年代，由于CED（水性陰極電泳涂料）在抗腐蝕性、力學(xué)性能等方面更加優(yōu)秀，更重要的是VOC排放更低?？梢杂米鰿ED的成膜物質(zhì)種類豐富，目前主要包括環(huán)氧、丙烯酸、聚氨酯以及聚丁二烯等幾類。目前國外汽車巨頭CED普及率較高，超過95%。經(jīng)過發(fā)展，目前CED已經(jīng)發(fā)展到第七代，第八代也在實驗室中研制成功。

2.2 中涂漆

中涂漆也成為二道漿，是結(jié)余底漆和面漆之間的一種涂料，主要功能是進(jìn)一步改善工件已經(jīng)涂裝底漆的表面的平整度，作進(jìn)一步的填補(bǔ)、修正，提高面漆的鮮映性和豐滿度，同時它還可以吸收一定的沖擊能量，提高涂層的抗石擊性，該涂層也被稱為功能圖層。

20世紀(jì)90年代，隨著涂料水性化的節(jié)奏加快，歐洲已經(jīng)實現(xiàn)了中涂漆水性化，日本企業(yè)也緊隨其后，但由于日本環(huán)境要求尚未如同歐美一樣嚴(yán)格，加之當(dāng)時水性漆成本較高，日本當(dāng)時中涂漆水性化并不徹底。

2.3 面漆

面漆有金屬閃光漆和本色漆兩類。

本色漆作為汽車面漆，性能要求自然比底漆、中涂漆要提高，耐候性要求是面漆的一項重要性能指標(biāo)。目前使用熱塑性丙烯酸樹脂作為成膜物質(zhì)來保證本色漆耐候性性能。汽車水性本色面漆經(jīng)歷了從純丙烯酸樹脂到聚酯改性丙烯酸樹脂，純丙烯酸樹脂相對分子質(zhì)量較大，施工固體分低，造成漆膜光澤低、豐滿度差的弊端，而聚酯的相對分子質(zhì)量較小，改善了其缺點。涂裝本色漆之后是否在進(jìn)行涂裝清漆的工藝，目前尚未達(dá)成統(tǒng)一的觀點，從環(huán)保角度來說，所涂裝的清漆也應(yīng)該是水性涂料以降低VOC排放。

金屬閃光漆具有著色、遮蓋和裝飾的作用，金屬閃光漆的涂裝過程是汽車生產(chǎn)過程的VOC排放主要過程，因此金屬閃光漆采用水性漆可以迅速大幅減少VOC排放，同時，水性金屬閃光漆具有良好的流動性，有利于鋁粉定向，相對于溶劑型金屬閃光漆具有更好的閃光效應(yīng)。

3 水性涂料應(yīng)用現(xiàn)狀

相對于傳統(tǒng)溶劑型汽車涂料，水性汽車涂料對環(huán)境友好，節(jié)約資源，是未來汽車涂料的發(fā)展方向。北京奔馳、武漢本田、廣州本田、上海通用、煙臺通用、天津豐田等合資企業(yè)目前已有采用水性涂料的工藝。國內(nèi)目前由于VOC排放方面管控存在盲區(qū)，汽車企業(yè)的環(huán)保壓力不大，國家出臺的管理措施得不到良好的執(zhí)行，又因為成本的限制，換用水性涂料不僅需要更新價格高昂設(shè)備，也需要重新培訓(xùn)技術(shù)人員，所以采用水性涂料的企業(yè)數(shù)量不多。由于國際汽車涂裝公司的技術(shù)壟斷，國內(nèi)水性涂料設(shè)備價格較高，也一定程度上限制了我國民族汽車企業(yè)水性涂料的發(fā)展。目前我國汽車年使用涂料約占涂料總產(chǎn)量的9%，與發(fā)達(dá)國家汽車行業(yè)仍有差距，發(fā)達(dá)國家約占20%。

4 展望

隨著社會的進(jìn)步，民眾、政府對環(huán)境要求的提升，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)已經(jīng)是大勢所趨，汽車涂料行業(yè)自然也不例外，降低涂裝過程中的VOC排放刻不容緩。涂料的水性化是涂料工業(yè)發(fā)展的趨勢，水性涂料是環(huán)境友好型涂料的主要品種。我國是汽車大國，擁有充足的市場需求，汽車涂料也因此擁有廣闊的前景。水性涂料的成膜受外界環(huán)境變化影響較大，對于水性涂料的成膜特性研究將提高水性涂料的應(yīng)用效果，因此應(yīng)加強(qiáng)水性涂料的研究，綜合提高其整體性能。水性涂料將會進(jìn)一步擴(kuò)大市場，直至取代污染性較強(qiáng)的溶劑型涂料。

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10.3969/j.issn.1673-0194.2016.15.100

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1673-0194（2016）15-0160-02

2016-05-04