汽车水性涂料的应用
作者 : 未知

  [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。
  主要参考文献
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