现代汽车漆水性涂料新技术探析

孙聪翀

（PPG 涂料（天津）有限公司，天津300457）

1 概述

在传统汽车涂装领域，大多数汽车生产厂商主要采用溶剂型涂料进行汽车涂装，溶剂型涂料在使用的过程中容易产生大量的挥发性有机化合物，不仅污染环境，而且危害人们的身体健康。随着生活水平的不断提高，人们的环保意识也在不断增强，为了降低汽车涂装的过程中VOC（挥发性有机物）造成的环境污染，水性涂料得到了越来越多的应用[1]。与溶剂型汽车涂料相比，水性汽车涂料具有技术含量高、附加值高等特点，且不仅绿色环保，同时还具有其它很多方面的优势，如色泽鲜艳、光泽度高、良好的抗冲击性能、涂层坚硬、耐磨性强、良好的附着能力、良好的耐热性能、速干、施工简单等。因此，采用绿色环保的水性涂料取代溶剂型涂料已成为汽车涂装领域发展的重要趋势[2]。

水性汽车涂料与溶剂型涂料相比，存在一些常见缺陷：（1）水性涂料对施工面的清洁度要求更高，由于水的表面张力较大，因此，施工面若存在污染物更容易产生缩孔；（2）水性涂料对施工面的腐蚀性更大，因此，施工面必须做好防腐底漆的喷涂工作，若防腐底漆喷涂不严密，容易使涂膜产生麻点；（3）水性涂料对汽车涂装过程中的施工环境（温度、湿度）的要求更高，增加了环境维持设备的投入；（4）水性涂料的耐水性更差，水性涂料的PH 值一般在8.3-8.8之间，呈弱碱性，涂料中的酯键遇水容易水解而破坏分子链，从而影响涂膜的稳定性。正是由于上述缺陷存在，使得水性涂料最开始难以在汽车涂装领域得到广泛使用，而通过不断优化配方、提高工艺水平与设备性能等方面，逐渐优化水性涂料的性能，避免出现上述固有缺陷[3]。汽车漆涂层主要包括底漆、中涂、面漆和清漆，本文就从这几个方面分别对水性涂料的新技术研究进展进行阐述。

2 水性涂料在汽车涂装领域中的优势

环保优势：环保优势是水性汽车涂料的主要特点，其含水量较高，自身的挥发性有机物质排放量少，且能以水性介质来清洁管道。安全优势：水性汽车涂料由于采用了特殊的工艺，有机溶剂的含量极少，因此减少了生产的安全隐患，提升了涂料制造车间生产的安全性，减少了因有机溶剂使用带来的火灾隐患。美观优势：水性汽车涂料的平展性好，能到达细缝拐角等溶剂型涂料难以涂装的区域，且可以有更加显著的金属光泽。工艺简单，附着力强，涂装效果更好。

2.1 水性涂料新技术在汽车底漆中的应用。汽车底漆主要的功能是防腐蚀性，是最容易实现水性化的部分，也是水性化进程最快的部分。目前，在汽车底漆中使用的水性涂料是电泳底漆，此外，还有部分汽车使用水性丙烯酸和环氧酯类浸涂漆。由于浸涂漆的涂层防腐蚀性相对较差，漆膜外观效果不理想，因此，防腐蚀性更优良、漆膜外观更美观的电泳底漆得到了迅速发展。此外，与浸涂漆相比，电泳漆还有更低的VOC 排放量，更加绿色环保。

在20 世纪60 年代，主流的汽车生产厂商在汽车底漆涂装中开始使用ADE（水性阳极电泳涂料），之后相继出现了环氧酯、酚醛、聚丁二烯、丙烯酸等几种ADE。到20 世纪70 年代，出现了CED（水性阴极电泳底漆），CED 在防腐性、抗冲击力等方面比ADE 更强，VOC 的排放量也更低。CED 的种类主要包括丙烯酸、环氧、聚氨酯和聚丁二烯等几种。目前，90%的汽车底漆采用的都是CED，其余的汽车底漆采用的主要为ADE，尚有极少数汽车采用的是浸涂漆。

CED 发展至今，已经发展到第五代，而第六代CED 产品也已在研发中，CED 研发的方向是向绿色环保、低温固化速度快、力学性能良好等方向发展。目前，美国的PPG 涂料公司已经掌握双层电泳工艺，这是一种先进的电泳涂层工艺，能够极大提高底漆的涂装效率，降低费用，同时降低了环境污染。

2.2 水性涂料新技术在汽车中涂中的应用。中涂不同于底漆，首先其具有优良的抗冲击性和填充性能，不仅能够应对车身表面遇到的碎石的冲击，而且能够填平电泳表面；其次其具有良好的隔绝能力，对车身外面的严冬、酷暑的环境温度具有一定的隔绝能力，能够更好的保护电泳漆。水性中涂的主要成分包括：用含羟基的聚酯或聚氨酯的水合物作为基料，交联剂为封闭型异氰酸酯，这样可以是中涂层保持较好的力学性能，如抗石击性等。填料主要由超细滑石粉或者硫酸钡粉等构成，硫酸钡粉的化学稳定性强，可以有效提高漆膜的稳定性，滑石粉具有良好的抗冲击性和耐磨性。用乙二醇丁醚和二乙二醇丁醚等化学物质作为中涂的助溶剂，具有优良的分散、乳化性能，可以提供中涂的物理性能。

在欧洲，超过30%的汽车中涂采用的是水性涂料，在日本，这一比例已达50%。目前，国外出现了一种汽车中涂水性涂料配制的新技术，具体过程为：（1）将一定量的封闭型异氰酸酯和环氧树脂加入到氨基醇酸树脂体系的中涂中，以提高中涂的物理力学性能；（2）将气相二氧化硅和超细硫酸钡粉末加入到中涂中，提高中涂的光泽；（3）将超细滑石粉加入到中涂中，提高中涂的耐磨性能。

在科研方面，汽车中涂领域也有很多研究成果，如北京钰林化工有限公司研制的水性中涂漆，增加了中涂漆的附着能力，能够有效解决涂层之间的附着不良等问题，具有较强的实用性。

2.3 水性涂料新技术在汽车面漆及清漆中的应用。汽车面漆包括单色漆、金属漆。其中单色漆的作用耐受气候变化，金属漆带来更多视觉上的着色、装饰作用。汽车面漆的喷涂方式随着发展在逐步优化与前进，如传统的三涂二烘，以及后来的三涂一烘（3C1B）及压缩工艺（B1B2）等多种喷涂方式[4]。

我国在水性面漆的应用方面也展开已久，早在上世纪九十年代就已经在我国得到了发展，随着我国经济的提升和人们生活水平的提高，汽车漆水性涂料市场也得以高速增长。

宣威集团的水性漆生产线的技术提升，广东银帆的汽车修补漆生产基地的建立，PPG 天津水性涂料项目的建设等等，目前我国的水性漆市场发展火热，已经超过世界其他市场，增速逐步提高，其市场的占比也逐渐增高。这是由于我国政府颁布了与汽车行业环保相关的政策法规，如《中国涂料行业“十三五”规划》，地方对VOC 的排放限制，政策的扶持，环保力度的增加和市场的关注，都为我国水性漆涂料技术发展提供了良好的环境。美国伊士曼化工有限公司研制的水性CAB（乙酸丁酸纤维素）具有优良的抗沉性与抗流挂性，涂层的光洁度高；德国大众汽车公司研制了一种包含聚丙烯酸酯和封闭的聚异氰酸酯等化合物的水性罩光清漆，具有优良的耐磨性和抗划伤性能。具业内学者预计，到2025 年前，世界上大部分汽车生产厂商都会在面漆中采用水性涂料。我国的面漆水性化进程虽略晚于国外发达国家，但这一趋势已得到大幅增长。

3 现代汽车漆水性涂料新技术发展

3.1 现代汽车漆水性涂料技术方向。随着水性漆的发展和技术的不断进步，许多品牌对水性漆在附着力、气泡、针孔等问题上提出了解决方案，优化了自身的技术。目前，汽车漆水性涂料的技术发展方向主要有两个：一个方向是进一步降低自身的VOC 排放水平，目前国际上的中高端水性漆品牌都朝着进一步降低VOC 排放量的方向提升自身的技术。另一个方向是高固含清漆在市场上应用的时间久，应用广泛，生产的成本也较低。水性清漆的生产成本高于高固含清漆，因此水性色漆匹配高固含清漆进行组合，在保证VOC 排放量的基础之上降低生产成本。

3.2 现代汽车漆水性涂料技术应用发展措施。水性漆技术是现代汽车漆的主要方向，然而水性漆技术在推广中遭遇了涂装工艺、施工效率等方面的限制，降低了水性漆技术的推广。因此，逐步提升涂装工艺，增强施工效率也是关键所在。在几年之间，水性漆厂家与汽车售后、汽车维修店共同推广水性漆，展开水性漆的试点。一方面为汽车售后，4S 店和汽车维修店提供技术指导，协助店员进行分工和职责分配，指导人员的技术，并对其进行技术验收；另一方面开展大量的技术培训工作，帮助汽车售后，4S 店和汽车维修店提升效率，根据汽车售后，4S 店和汽车维修店的具体情况推广更有针对性的水性漆产品。

随着水性漆技术不断成熟，水性漆产品的配色及技术也不断精进，我国本土水性漆品牌也逐步发展，从产品的运输、成本的控制和技术的推广三方面持续发力，逐步优化配方以解决调色及闪干、气泡等技术性问题，与国际高端品牌逐步减少技术差距，逐步从中低端市场发展到更高端市场。

4 结论

随着环保压力的不断增加，水性汽车涂料必定向更环保、更节能的趋势发展。我国的水性汽车涂料的科研水平与产品品质与美欧日等发达国家相比，正大幅提高甚至比肩。随着我国科研水平的不断提高，大幅提高汽车水性涂料研发与生产的核心技术，已成为我国汽车涂装行业前进的必由之路。