水性涂料在汽车涂装中的应用研究.

水性涂料在汽车涂装中的应用研究

（中国表面工程协会涂装分会秘书处，上海200001）

摘要：概述了国内外水性涂料的发展、应用概况。介绍了水性涂料的施工设备、施工条件和施工实例。认为在水性涂料推广应用的同时，对涂料价格、施工工艺、设备投资等方面应有创新和突破。

关键词：水性涂料；汽车涂料；汽车涂装

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/T293—2006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30~60g/m2；2级，国内清洁生产先进水平50~80g/m2；3级，国内清洁生产基本水平70~100g/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35g/m2；日本45g/m2；加拿大（2005年）55g/m2；英国60g/m2；世界先进水平15~20g/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35g/m2的排放限值。

表1 不同涂料体系VOC排放量（g/m2）

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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934.5万辆，汽车保有量为6467.21万辆。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7.5％；其他工业水性涂料为34.5万t，占涂料产量的5.4％。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4.5%~6.5%。其中轿车用漆量（按25~30kg/辆计），2008年为23~28万t；修补用涂料（按3~5kg/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1300万辆，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

6.8%~8.8%。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34.5%。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。

3.1 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。

3.2 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60μm）和双组分水性聚氨酯涂料（厚度40μm）。AkzoNobel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。DaimlerChrysler也要求另一家仪表生产商Lear为ChryslerNeon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℃/2h，干膜厚度80μm。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

4.1 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0.15m/s。调漆间温度控制在低于涂料（3±1）℃。水性涂料的贮存稳定条件：5~30℃/6个月。

4.2 静电喷涂设备

水性涂料电阻小于0.1MΩ，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。

4.3 喷漆室

喷漆室的材质应采用不锈钢，喷漆室的新风补充__需配置除湿装置，防止涂膜流挂。

4.4 烘干室