水性涂料在汽车涂装中的应用

data-full-width-responsive="true"> 0 引言溶剂型涂料中含有溶剂，在生产和施工过程中排放大量的VOC（挥发性有机化合物），危害人类健康，造成环境污染。据统计，目前全球每年向大气排放的VOC 为500~600 万t。自20 世纪60 年代初，美国率先开发成功水性涂料，采用电泳涂装用于汽车车身以来，在工业发达国家逐渐推广。我国在60 年代中期由上海市涂料研究所开发，随后由振华造漆厂研制成醇酸、环氧酯以及浅色丙烯酸阳极电泳涂料投入工业化生产；80 年代初上海造漆厂又相继研制成功水性丙烯酸清漆，用于硅钢片的表面防腐防锈；90 年代开发出双组分环氧类和无机富锌类防锈底漆，但水性面漆的应用因受限于当时的施工条件，进展缓慢。相比西欧、北美汽车制造发达国家，在90 年代已在汽车车身成功采用水性底色漆和水性中涂漆而言，我国仍存在较大差距。1 涂料水性化的驱动随着人类环保意识的增强，工业发达国家相继制订保护环境的法规，限制VOC 排入大气。我国在2002年6 月公布了《中华人民共和国清洁生产促进法》，并于2003 年1 月1 日起实施。国家环保局于2006 年8 月发布了《HJ/T 2932006 清洁生产标准汽车制造业（涂装）》标准，规定了汽车涂装中有机废气产生量排放指标，并于2006 年12 月1 日起实施。在该标准中按不同涂装层数规定了VOC 排放量指标：1 级，国际清洁生产先进水平30~60 g/m2 ；2 级，国内清洁生产先进水平50~80 g/m2 ；3 级，国内清洁生产基本水平70~100 g/m2。当前，发达国家轿车车身制造新生产线VOC 排放量的限值为：美国、欧盟经委会35 g/m2 ；日本45 g/m2 ；加拿大（2005 年）55 g/m2 ；英国60 g/m2 ；世界先进水平15~20 g/m2。在汽车涂装中的VOC 排放量随配套涂料体系不同而各异，见表1。采用水性涂料配套体系的VOC 排放量，能达到或低于欧盟经委会规定的35 g/m2 的排放限值。2 汽车涂料产量及其需求汽车制造是我国的支柱工业，2008 年汽车产销量为9345 万辆，汽车保有量为6 46721 万辆。2008 年我国涂料产量为638 万t，其中汽车涂料为48 万t，占涂料产量的75％ ；其他工业水性涂料为345 万t，占涂料产量的54％。汽车涂料用量约42~60 万t（在此尚无确实可靠数据），占当年涂料总产量的45%~65%。其中轿车用漆量（按25~30 kg/ 辆计），2008 年为23~28 万t ；修补用涂料（按3~5 kg/ 辆计），2008 年为19~32 万t。2009 年1~11 月我国涂料产量已超过822 万t，国产汽车产销量突破1 300 万辆，其涂料用量虽无统计数据，按汽车产量增加比例估计应在60~80 万t（包括修补用涂料），约达到当年涂料总产量的68%~88%。在涂料市场中汽车涂料占有相当份额，有资料统计，在发达国家，汽车涂料约占本国涂料总产量的20%。3 水性涂料的发展历程自20 世纪90 年代起，欧美汽车涂装已进入水性化、高固体分化和粉末化。早在2005 年，全球水性涂料产量已占涂料总产量的345%。在工业发达国家，汽车涂装100% 底漆、80% 以上的中涂漆和60% 以上的金属底色漆均采用水性涂料，水性罩光漆正在使用中。31 水性底色漆水性底色漆使用方面，德国已达到100%，处于领先位置；日本70% ；美国40%。近几年来，我国新建的汽车涂装生产线中也很重视水性涂料的应用。上海通用南厂及东岳厂已先后建造和使用水性涂料涂装生产线。到目前为止，我国已有水性中涂生产线12 条，水性底色漆喷涂线17 条。我国主要涂料合资公司（如上海BASF、DuPont）已率先将水性涂料国产化，天津PPG 已开始进行水性涂料的生产。32 水性涂料应用实例涂料市场已经商品化可提供生产应用的水性涂料有环氧、醇酸、丙烯酸、聚氨酯、有机硅改性和氟碳等涂料，以及各类防锈、耐高温、无机富锌和底面合一丙烯酸烤漆等功能性水性涂料。汽车传动轴采用手工喷涂的水性醇酸涂料，有的零部件采用浸涂水性聚酯涂料。铁道车辆和机车的修补采用双组分环氧底漆（厚度60 m）和双组分水性聚氨酯涂料（厚度40 m）。Akzo Nobel 涂料公司在6 年前提供名为Durasoft 的双组分水性聚氨酯涂料，被GM 公司指定用于汽车内部仪表板的涂装。Daimler Chrysler 也要求另一家仪表生产商Lear 为Chrysler Neon 汽车内饰件选用水性聚氨酯内饰涂料。欧洲汽车涂装100% 的底漆、70% 以上的中涂漆和60% 以上的金属底色漆均采用水性涂料，水性罩光漆也已开始使用。西门子机车采用3 层水性涂料涂装：水性环氧底漆+ 双组分水性聚氨酯底漆+双组分聚氨酯面漆。干燥条件：60℃ /2 h，干膜厚度80 m。欧洲的瑞典和芬兰等国水性涂料的比例超过90%。拜耳公司在多年前提供用于塑料表面涂覆的双组分水性聚氨酯涂料，已用于福特、德国大众、宝马等汽车公司的内饰件涂装，使塑料件表面具有柔软触感，与底材的附着力和弹性，以及低光泽度、低VOC和雾化值都能获得满意效果。4 水性涂料涂装对设备的要求41 输调漆系统由于水是腐蚀介质，会造成金属腐蚀，引起设备损坏和产生金属离子，不仅会使漆膜色泽泛黄，而且降低漆膜的防蚀能力。为此，水性涂料的贮漆容器和输送管路需用不锈钢制作，并应经过化学钝化处理。对涂装线中的调漆系统和搅拌机、背压调节阀均应选用低剪切力类型。输漆管路连接应避免死角，输送系统以采用二线为佳，管路要加大，以增加循环供料泵的压力和流量。调漆罐搅拌机的循环速度应在015 m/s。调漆间温度控制在低于涂料（31）℃。水性涂料的贮存稳定条件：5~30℃ /6 个月。42 静电喷涂设备水性涂料电阻小于01 M，有高压电泄漏，应采用专用的静电喷涂设备，通常采用外加电输漆系统，其优点为供输漆系统和换色与传统方式相同。日本本田汽车公司在前些年开发成功和采用内加电的杯型静电喷枪，其优点是能提高涂料的利用率。机器人弹匣式旋杯喷涂系统，将中转涂料容器做成独立的涂料容器（称为弹匣），可与旋杯进行快速组合，压送涂料。其优点为：节省换色时清洗溶剂，可同时适用于溶剂型和水性涂料的静电喷涂。