水性汽车漆的未来方向和现状

　　　　　为保护人类生存环境，现今汽车涂装的发展趋势是低公害、无公害化。水性漆的最大优点是涂层质量堪与传统溶剂型漆相当，但 VOC 排放量小。其排放量约为溶剂型漆的三分之一，且是实现金属闪光漆低公害化的唯一途径。因此，采用水性漆具有重要意义。    

　　　　　　　近年来，国际上对 VOC 排放量的要求越来越严。如德国大气净化法就规定，车身被涂面积的 VOC 排放量应小于 35 g ／ m2 在严格限制 VOC 排放量的环保要求促使下，国际上特别是欧 美国家 大力发展水性漆。目前，欧美汽车工业发达国家均实现了汽车涂装水性化，汽车涂装普遍采 用水性漆，汽车用水性漆及其涂装技术也已成熟， 水性漆在品种配套、涂层质量方面可与传统溶剂型漆相媲美。国际上大力发展的是水性漆技术，而不是溶剂型漆技术，我国如不用水性漆，将来在涂装 技术方面的国际交流与合作会越来越困难，不利于我国汽车涂装技术水平的提高。    目前我国正大力弘扬科学发展观，走可持续发展道路，可以预见对 VOC 排放量的要求会越来越 严格。为了保护我们的生存环境，增强在涂装技术方面的国际交流与合作，提高我国汽车涂装技术水平。我国北京、天津、深圳、广州、上海等大城市己经对汽车钣喷涂装所造成的空气和环境污染制定了越来越严格的法律法规，新建的4S店必须要用水性喷涂线，而且对大部分的汽修钣喷中心和4S店都进行了严格的执法和强制性使用水性漆。相信在未来的大环境下，执法会普遍性向二三线城市推进。  

    1 水性漆的性能    水性漆与传统溶剂型漆一样，基本成分包括溶剂、树脂、颜料和添加剂等。水性中涂漆主要有 聚酯和聚氨酯漆，其施工固体分较高，一般为 50 ％ ～ 60 ％。水性中涂漆的抗石击性能优于传统溶剂型 中涂漆。水性面漆的底色漆主要有丙烯酸和聚氨酯 漆。水性清漆由于价格较高，目前尚未广泛应用，普遍采用的罩光清漆是高固体分双组分溶剂型漆。水性金属底漆与溶剂型金属底漆的溶剂含量比 。水性漆所含溶剂主要是水， 树脂分散在水中形成聚合物分散体系；而传统溶剂型漆的溶剂主要是有机溶剂，树脂在溶剂中形成聚合物溶液。这就是水性漆与溶剂型漆的最大差别。

    水的独特性质 ， 使水性漆的性质也较不 一 般，在许多方面与传统溶剂型漆不同。 水与有机溶剂的物理性质比较  

   （1） 颜料分散性不好。    水性漆属于聚合物分散体系，颜料分散性不是很好，因此须采取措施加以改善。  

   （2） 分散粒子的稳定性差。    溶解的分子对剪切力、热、 pH 等都很稳定，而分散的粒子不稳定，因此要对分散体系采取稳定措 施。分散粒子受剪切力后会被破坏，因而须考虑在 制造、输送水性漆过程中避免剪切力的作用。分散 粒子对 pH 值很敏感，漆中混入酸性物质会形成酸 性粒子，从而产生胶化破坏水性漆。还有水性漆在运输过程中受寒冻结后分散粒子也会被破坏。  

   （3） 表面张力大。    水的表面张力大 ，故水性漆的表面张力也较大，在施工过程中要加强管理，否则涂装时易产生下列缺陷和漆膜弊病：   a ．易流挂；   b ．展平性不好；   c ．易产生缩孔、针孔；    d ．不易伸人被涂物表面的小细缝中。  

   （4） 蒸发热和热容值高，受温度、湿度的影响大。    水的高蒸发热和热容值  使水性漆中的水蒸发慢。溶剂型漆中溶剂总量的 50 ％在喷涂雾 化过程中挥发掉，而对于水性漆仅为 25 ％。水蒸发慢在涂装时易产生流挂，且使涂装效率变差。因此，需设置中间加热区将水从水性底漆涂层中强制挥发出去。在喷涂清漆前必须把 90 ％的水从水性底漆 涂层中除掉 （ 防止在最终烘烤时沸腾的水穿过清漆 挥发出来 ） 以获得最佳的漆膜外观，从而避免水性底漆被清漆返溶。    水的蒸发速率与相对湿度密切相关，相对湿度高时，水的蒸发速率很低。因此，喷漆室的相对湿度和温度必须控制在一定范围内，以确保喷漆雾化过程中适量的水挥发掉，并且使水和有机溶剂在涂 膜中保持适当平衡。这个适当的平衡是很重要的，其可使涂料有合适的表面张力以润湿喷涂表面 。         （5） 导电性好。    水的介电常数大 ，因此水性漆的导电性好，一般水性漆的电阻小于 0 ． 1 M Ω ，而溶剂型漆 有一定的电阻： 0 ． 5 ～ 20 M Ω 。水性漆的导电性好，当采用静电喷涂时有特殊要求。  

     （6） 腐蚀性大。 水性漆含有大量水，因而对容器、输送管路、 喷漆室体等易受潮部位有腐蚀性，需用不锈钢或塑 料制品。  

    （7） 流变行为。流体粘度随剪切率的增加而减少时称为假塑 性流体。假塑性流体的流变行为与其流变所走路径有关，也就是对时间有依赖，故称之为触变性流体。 杜邦公司的水性金属漆和水性色漆本质上属假塑 性流体。 水性漆具有触变性，其粘度取 决于所用的剪切速率及其剪切历程。基于水性漆的特性，用流杯测量粘度值不具有重现性，只有用旋转粘度计测出包括低剪切速率下和高剪切速率下的数据点完整流变曲线才能给出水性漆流变行为的完整特性。   　   9 水性漆的施工工艺    目前欧美普遍采用的水性漆涂装 工 艺体系是：阴极电泳漆 ＋ 水性中涂漆 ＋ 水性底色漆 ＋ 高固体分溶剂型罩光清漆。水性漆的施工工艺与溶剂型漆不同，水性中涂烘干时需增加红外线升温和保温过程，水性底漆喷涂后增加加热挥发过程。一般的水 性漆施工工艺如下：   （1） 喷涂水性巾涂漆。   （2） 中涂烘干，工艺参数如下：   挥发：室内条件下 5 min ；    红外线升温： 2 ～ 3 min ， 70 ± 10 ℃ （ 车身 ） ；   红外线保温： 3 ～ 5 min ， 70 ± 10 ℃ （ 车身 ） ；   循环热空气升温：约 5 min ， 165 175 ℃ （ 车身 ） ；   循环热空气保温： 15 min ， 165 ～ 175 ％ （ 车身 ） ；   冷却：车身温度冷却到小于 35 ℃ 。   （3） 喷涂水性底色漆。   （4） 加热挥发，工艺参数如下：   挥发：室内条件下 1 ． 5 min ：    升温：红外线， 1 ． 5 min ， 70 ± 10 ％ （ 车身 ） ；   保温：循环热空气， 2 ． 5 min ， 70 ± 10% （ 车身 ） ；   冷却：车身温度冷却到小于 35 ％ （ 约 2min） 。   在加热挥发区必须确保水性漆中 90 ％以上的 水分挥发掉。   （5） 喷双组分清漆。    （6） 面漆烘干。工艺参数如下：   挥发：室内条件下 3 min ；    升温：红外线， 10 min ， 125 ± 20 ℃ （ 车身 ） ；   保温：循环热空气， 20 min ， 125 ± 1O ℃ （ 车身 ） ；   冷却：车身温度冷却到小于 35 ℃ 。   3 水性漆的喷涂设备

   3 ． 1 喷漆室    喷漆室的室体、槽子等受潮部位需全部采用不锈钢。喷漆室内的温度和湿度必须严格控制，施工区域内温度波动不超过± 1 ℃ ，相对湿度波动不超过± 5 ％，基材或车身温度应保持在喷漆室条件下的露点以上。温度和湿度会影响到水性漆膜的颜色、金属闪光效果、漆膜粗糙度、色匀性、防流挂性、结构形态以及对中涂的润湿性能，同时还将影响到电极的污染 （ 应用静电喷涂时 ） 。最佳喷漆室条件如下：    温度： 23 ± 1 ℃ ；   相对湿度： 65 ％ ± 5 ％。   中涂喷漆室下降风速：   手工区 0 ． 45 m ／ s   静电喷涂区 0 ． 30 m ／ s   挥发区 0 ． 20m ／ s   底漆喷漆室的下降风速：   手工区 0 ． 45 m ／ s   静电喷涂区 0 ． 30 m ／ s   空气自动喷涂区 0 ． 50m ／ s   挥发区 0 ． 30m ／ s    由于采用水性漆时，喷漆室内的温度和湿度必须控制在很小的范围内，因此采用水性漆的难点是在国内的气候条件下，如何保证喷漆室的温度、湿度条件。目前，在国内还没有采用水性漆的经验，如采用水 性漆工艺，必须加强生产管理和人员培训。    3 ． 2 调漆室及输漆系统    调漆室应尽可能靠近喷漆室。调漆室要有温度调节，以保证施工时最佳的油漆温度 （20 ～ 25 ℃ ） 。 调漆室要有足够的水性漆库存空间。当将水性漆从外送往调漆室时，需在调漆室存放足够的时间，以 将水性漆升温到施工温度。例如，在调漆室内室温 23 ℃ ，普通空调条件下，一个装有水性漆的 250 L 容器从 5 ℃ 升温到 20 ℃ 需 48 h 。按此计算，如采用 250 L 的运输容器，油漆车间必须有 5 班的水性漆库存周转量 （ 溶剂型漆的调漆室需 2 班的油漆库存周转量 ） 。    调漆罐必须用不锈钢，内表面要尽可能光洁，容器尺寸要尽可能小。尽量减少容器中的空气交换来保持漆面上空气的湿度，避免油漆可能在器壁和搅拌器轴上干结，因此漆罐必须保持密封。容器中油漆液面不能低于回管，避免搅拌时产生气泡。避免污染。5 ． 2 能耗分析    水性漆的能耗与溶剂型漆存在 3 个方面不同： 喷漆室温湿度调节，中间加热挥发，排风净化过程。综合来看，采用水性漆的能耗较大。   （1） 喷漆室温度、湿度调节。    水性漆喷漆室的温度最佳控制在 23 ± 1 ℃ ，相 对湿度控制在 65 ％± 5 ％。温度、湿度调节需要消耗额外的能量，能耗大小取决于外部天气条件。   （2） 中间加热挥发。    金属底漆涂覆后的中间挥发过程中，由于蒸发时间不能任意延长，因此需设置中间加热区 （ 以红外辐射和热空气的形式 ） ，为此能耗增加。   （3） 排风净化过程。    使用传统的溶剂型底漆时，为达到环保标准， 喷漆室的排风需经一定程度的处理，这需要增加能耗和投资。如在采用旋转吸收器解决问题的过程中需要额外的能耗来克服整个排风系统的压差 （ 微粒的精细过滤、旋转器、排风净化 ） ，解吸也需要耗能，如采用水性漆就可以节省这方面的能耗和投资。   5 ． 3 水性漆材料成本分析    据资料介绍 ，如采用水性漆，单位质量的油漆材料成本可能比溶剂型漆增加约 15 ％～ 20 ％。   5 ． 4 设备成本分析    按同样规模建造一个水性漆的油漆车间，其设备投资比溶剂型漆的油漆车间增加约 10 ％。  

     6 结语    （1） 目前国际上汽车用水性漆及其涂装技术已经发展成熟，同内采用水性漆工艺技术上可行。    （2） 采用水性漆工艺可大幅降低 VOC 的排放量，有利于环境保护。   （3） 水性漆性能与传统溶剂型漆相比大不相同，采用水性漆工艺必须严格控制工艺参数，对设备及运输储存均有特殊要求，还需要高质量的生产管理和人员培训。   （4） 采用水性漆工艺的设备投资增加，能耗增加，材料成本增加。