汽车水性涂料的应用
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[摘 要] 水性涂料的环保特性逐渐受到汽车企业的青睐。介绍了水性涂料的特性和成膜机理，从底漆、中涂漆、面漆三个方面介绍了水性涂料，叙述目前水性涂料国内的应用现状并进行了分析，展望了水性涂料的发展趋势。
[关键词] 水性涂料；汽车涂料；阴极电泳涂料；溶剂型涂料
[中图分类号] F767.4 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2016）15- 0160- 02
进入21世纪以来，我国汽车工业飞速发展，据中国汽车工业协会统计，2015年我国汽车产销量超过2 450万辆，这表明我国已经迈入汽车大国的行列。汽车行业的飞速发展也带动了涂料业的发展，但目前仍有大量车型使用溶剂型涂料，这些涂料中含有的大量VOC（挥发性有机化合物）对人体健康、环境保护都是一种严重的威胁。为了控制VOC排放，目前美国和欧洲都已对VOC出台法规限制其排放。目前我国对于该指标管控还存在盲区，VOC排放已经为我国汽车涂装业发展的拦路虎。而水性涂料的运用能大大减少VOC的排放，目前国外已经实现商品化，在我国的发展方兴未艾。
1 水性涂料的特性及成膜机理
水性涂料以水为溶剂，水的表面张力大，蒸发速度慢，与有机溶剂相比有很大的不同，所以水性涂料与溶剂型涂料相比在性能上有很大差异。
（1）由于溶剂表面张力的原因，水性涂料滴落在平整的钢板上呈扁球形，而溶剂型则扩散开。
（2）水性涂料因为溶剂水汽化温度高，故涂料喷涂时不易挥发。溶剂型涂料挥发受温度影响较大，而水性涂料较难控制，这是水性涂料应用过程中的难点。
（3）水性涂料相比溶剂型涂料更容易发生流挂的现象。
（4）如果水性涂料采用与溶剂型涂料相同的烘烤工艺，那么会导致漆膜中残留水分，产生气泡，因此需要增加水性涂料预热工艺。
涂料的成膜过程是涂料涂敷在需要涂装的物体上，由液态转变成无定型态的固态薄膜。这种过程一般也称为涂料的干燥。水性涂料主要靠化学反应形成膜，涂料中的成膜物质在被涂覆后聚合，这就是高聚物的涂膜过程。
2 水性涂料的主要类型
汽车涂料主要包括底漆、中涂漆、面漆。
2.1 底漆
目前，世界主流汽车生产中均运用水性阴极电泳涂料。阴极电泳底漆得到广泛运用的原因在于它具有优秀的抗腐蚀性能、涂装效率高、漆膜外观良好，尤其是低VOC排放量。20世纪60年代，有企业开始采用ADE（水性阳极电泳涂料），到70年代，由于CED（水性阴极电泳涂料）在抗腐蚀性、力学性能等方面更加优秀，更重要的是VOC排放更低。可以用作CED的成膜物质种类丰富，目前主要包括环氧、丙烯酸、聚氨酯以及聚丁二烯等几类。目前国外汽车巨头CED普及率较高，超过95%。经过发展，目前CED已经发展到第七代，第八代也在实验室中研制成功。
2.2 中涂漆
中涂漆也成为二道浆，是结余底漆和面漆之间的一种涂料，主要功能是进一步改善工件已经涂装底漆的表面的平整度，作进一步的填补、修正，提高面漆的鲜映性和丰满度，同时它还可以吸收一定的冲击能量，提高涂层的抗石击性，该涂层也被称为功能图层。
20世纪90年代，随着涂料水性化的节奏加快，欧洲已经实现了中涂漆水性化，日本企业也紧随其后，但由于日本环境要求尚未如同欧美一样严格，加之当时水性漆成本较高，日本当时中涂漆水性化并不彻底。
2.3 面漆
面漆有金属闪光漆和本色漆两类。
本色漆作为汽车面漆，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项重要性能指标。目前使用热塑性丙烯酸树脂作为成膜物质来保证本色漆耐候性性能。汽车水性本色面漆经历了从纯丙烯酸树脂到聚酯改性丙烯酸树脂，纯丙烯酸树脂相对分子质量较大，施工固体分低，造成漆膜光泽低、丰满度差的弊端，而聚酯的相对分子质量较小，改善了其缺点。涂装本色漆之后是否在进行涂装清漆的工艺，目前尚未达成统一的观点，从环保角度来说，所涂装的清漆也应该是水性涂料以降低VOC排放。
金属闪光漆具有着色、遮盖和装饰的作用，金属闪光漆的涂装过程是汽车生产过程的VOC排放主要过程，因此金属闪光漆采用水性漆可以迅速大幅减少VOC排放，同时，水性金属闪光漆具有良好的流动性，有利于铝粉定向，相对于溶剂型金属闪光漆具有更好的闪光效应。
3 水性涂料应用现状
相对于传统溶剂型汽车涂料，水性汽车涂料对环境友好，节约资源，是未来汽车涂料的发展方向。北京奔驰、武汉本田、广州本田、上海通用、烟台通用、天津丰田等合资企业目前已有采用水性涂料的工艺。国内目前由于VOC排放方面管控存在盲区，汽车企业的环保压力不大，国家出台的管理措施得不到良好的执行，又因为成本的限制，换用水性涂料不仅需要更新价格高昂设备，也需要重新培训技术人员，所以采用水性涂料的企业数量不多。由于国际汽车涂装公司的技术垄断，国内水性涂料设备价格较高，也一定程度上限制了我国民族汽车企业水性涂料的发展。目前我国汽车年使用涂料约占涂料总产量的9%，与发达国家汽车行业仍有差距，发达国家约占20%。
4 展 望
随着社会的进步，民众、政府对环境要求的提升，加强环境保护已经是大势所趋，汽车涂料行业自然也不例外，降低涂装过程中的VOC排放刻不容缓。涂料的水性化是涂料工业发展的趋势，水性涂料是环境友好型涂料的主要品种。我国是汽车大国，拥有充足的市场需求，汽车涂料也因此拥有广阔的前景。水性涂料的成膜受外界环境变化影响较大，对于水性涂料的成膜特性研究将提高水性涂料的应用效果，因此应加强水性涂料的研究，综合提高其整体性能。水性涂料将会进一步扩大市场，直至取代污染性较强的溶剂型涂料。
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