水性涂料及集成工艺介绍

data-full-width-responsive="true"> 0 前言随着化学科学技术的进步，新材料、新技术不断引入了工业生产中，汽车行业作为经济发展的支柱产业，此领域往往能成为科学技术转化为生产力的先驱。在汽车涂装中，新材料、新技术在近几十年中更是层出不穷：水性涂料的应用、简化中涂的集成工艺（俗称3C1B，有水性和溶剂型之分）是近年来涂装行业技术进步最为典型的代表。美国、欧洲等发达国家在中涂、色漆层已经普遍采用水性涂料，日本马自达汽车公司采用3C1B 工艺，宝马英国牛津工厂使用水性集成工艺，本文将其最新发展动态做一个简单的概述。1 水性涂料11 水性涂料的组成溶剂型涂料是由树脂、颜料、溶剂、助剂组成的。水性涂料与溶剂型涂料的最大区别在于：涂料中的大部分有机溶剂被水所取代，由水、有机溶剂、氨基树脂、交联乳液、丙烯酸树脂、颜料等组成。图1 是溶剂型涂料与水性涂料的组成对比。12 水性涂料的特点水性涂料的优点：保护环境、向大气排放的VOC（挥发性有机化合物）少，对人体伤害少、施工安全、不着火。水性涂料的缺点：水的表面张力高、容易产生缩孔；汽化热高、蒸发速度无法调整，易流挂、起泡，需要预烘烤；水的蒸发速度受湿度影响，对喷房空调系统的温湿度要求特别高；水侵蚀金属，循环系统、喷房结构需要采用防腐材料；水性涂料导电、溶剂型涂料使用的涂装机无法使用；涂料粘度高、循环系统负荷大，漆雾雾化难度大。13 水性涂料的施工水性涂料需供应商直接稀释交货，不能在现场进行调漆搅和，保管仓库的温度维持在5~20℃，包装桶内表面需涂覆塑料涂层以防止腐蚀。由于水性涂料粘度大（Ford4 杯，50 s），水易腐蚀金属，所以涂料输送系统需使用管径更粗的管道并且具备防腐蚀性能。水性涂料喷涂中不能像溶剂型涂料那样通过调整稀释剂的挥发速度来调整涂装固体分，而主要通过调整喷房的温、湿度来调整涂装固体分。水性涂料涂装固体分一般为20%~30%，湿膜厚度大，由于水的挥发速度慢，数分钟内不能直接在湿膜上喷涂清漆，所以需要设置预烘烤，预烘烤的温度一般为60~80℃。鉴于水的导电性，常规的溶剂型静电喷涂机不能直接喷涂水性涂料，需安装专门的水性涂料涂装机。另外，由于水的表面张力大，喷涂过程需防止污染，否则很容易产生缩孔。2 集成工艺介绍21 集成工艺的定义和优点采用简化中涂烘烤或者在色漆涂料中集成中涂涂料功能的工艺称为集成工艺，在各大汽车公司及涂料厂商的发展道路上，有3C2B 和集成工艺（IP1=3C1B、IP2）之分，日本马自达汽车公司是3C1B 工艺的杰出代表，其新建生产线都取消了中涂烘烤，实现了中涂、色漆、清漆湿碰湿工艺，其在国内的合资工厂南京福特也走在了国内3C1B 工艺前列。宝马公司采用了直接取消中涂喷涂，在色漆中集成中涂功能的IP2 水性集成工艺，而福特汽车公司近来提出了与各大汽车公司截然不同的高效、环保涂装工艺，其高固体溶剂型3C1B 涂装工艺建立了溶剂型涂装环保新概念，是继水性涂料之后，环境友好型涂装发展历程上又一颗璀璨的明珠。目前其全球新建工厂全部要求走高固体分3C1B 涂装工艺路线。这些国外已经成功应用于生产线的新型涂装工艺可以节约能源、提高工艺效率、缩短整个制造工艺流程，满足了环境保护的要求，降低VOC 排放、减少废弃涂料、漆渣的排放。22 集成工艺与常规工艺的比较常规工艺（3C2B）流程见图2。集成工艺1（IP1=3C1B）流程见图3。集成工艺2（IP2）流程见图4。23 各涂层漆膜厚度比较各涂层漆膜厚度比较见图5。24 集成工艺涂料种类集成工艺涂料种类见表1。25 福特高固体分3C1B 应用工艺介绍目前世界各大汽车厂商和涂料开发商都致力于水性涂料的开发，其环保效果得到了行业内外人士的一致肯定，但其设备改造和施工条件要求较为苛刻，为适应环保和老工厂低成本的双重要求，福特汽车公司涂装研发队伍提出了高固体分3C1B 涂装工艺。结合图6，我们可以看出色漆涂料固体分与VOC 排放量的关系，水性涂料的VOC 排放量与涂料固体分没有明显相关性；而溶剂型涂料在涂料固体分较低时施工过程中有大量的VOC 排放，随着固体分的增加，其VOC 排放越来越小，当固体分达到一定程度时，其排放的VOC已经能够完全满足环保要求，甚至更优于水性涂料。高固体分3C1B 工艺的产品质量能满足客户要求，附着力、耐腐蚀性能、外观、光泽、桔皮等各项数据值都达到了福特汽车产品标准。相对于水性涂料，高固体分3C1B 工艺施工条件和设备改造的投入要大大降低，现有溶剂型涂料生产线只需经过一般改造就能使用此工艺。高固体分3C1B 工艺在美国俄亥俄福特工厂已经成功投产2 年，产品和工艺都通过了生产验证，在建的印度福特汽车工厂也采用此工艺，因此将来的涂料及涂装工艺发展中，我们一定会看到高固体分3C1B 工艺这颗璀璨的明珠！26 集成工艺应用工厂介绍巴斯夫涂料公司1994 年开始研究集成工艺1，并于1996 年正式应用于商业领域，在戴姆勒Rastatt 工厂生产的奔驰A、B 级车中全部采用简化中涂烘烤的集成工艺和水性涂料，到目前为止已经累计生产200万辆汽车。其产品质量优异、销售的成品车没有出现腐蚀、粉化、脱落等质量事故，从应用上看集成工艺1已经被论证可行，是涂装节能环保发展道路上一个新的里程碑宝马英国牛津工厂于2 年前采用了最新发展的涂装集成工艺2，完全取消了传统工艺过程中的中涂、中涂烘烤、打磨等工艺过程，将中涂涂料功能集中于Colorpro Ⅰ上，色漆颜色装饰功能集成到Colorpro Ⅱ上，都使用水性涂料，清漆为双组分涂料。生产的迷你汽车外观质量比传统工艺更好，施工窗口更宽。3 结语在欧美等发达国家，由于市场竞争和环境保护的双重压力，各大汽车厂商都已经开始联合涂料厂家选用更优质的低公害或无公害的新型涂装材料，进一步依靠科学技术的进步完善工艺，提高涂装材料的利用率，改造和新建涂装线，强化管理，提高生产效率和降低涂装成本。目前中国汽车行业正处于高速发展中，涂装技术、理念、经验都落后于发达国家，大部分生产线都采用传统的溶剂型涂料，VOC 排放量较大，劳动条件急需进一步改善。国内仅有少数工厂使用了水性色漆涂料，一家工厂使用了溶剂型3C1B 工艺，与国际先进的水性集成工艺及高固体分3C1B 涂装工艺还有很大一段距离，因此，建立环境友好、无公害、可持续发展的涂装工业仍需我们涂装行业同仁持续努力。