1、汽車用水性漆技術(shù)大 中 小李自松 （ 上海大眾汽車有限公司 200072）摘要：介紹汽車用水性漆的性能、施工工藝、設(shè)備、運輸及庫存。并簡要分析其經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞：水性漆；涂裝工藝；環(huán)境保護0 前言為保護人類生存環(huán)境，現(xiàn)今汽車涂裝的發(fā)展趨 勢是低公害、無公害化。水性漆的最大優(yōu)點是涂層質(zhì)量堪與傳統(tǒng)溶劑型漆相當，但 VOC 排放量小。其排放量約為溶劑型漆的三分之一，且是實現(xiàn)金屬閃光漆低公害化的唯一途徑。因此，采用水性漆具有 重要意義。近年來，國際上對 VOC 排放量的要求越來越嚴。如 1995 年德國大氣凈化法就規(guī)定，車身被涂 面積的 VOC 排放量應(yīng)小于 35 g m2 在嚴格限制 VOC 排放量

2、的環(huán)保要求促使下，國際上 （ 特別是歐 美國家 ） 大力發(fā)展水性漆。目前，歐美汽車工業(yè)發(fā)達國家均實現(xiàn)了汽車涂裝水性化，汽車涂裝普遍采 用水性漆，汽車用水性漆及其涂裝技術(shù)也已成熟， 水性漆在品種配套、涂層質(zhì)量方面可與傳統(tǒng)溶劑型漆相媲美。國際上大力發(fā)展的是水性漆技術(shù)，而不是溶劑型漆技術(shù)，我國如不用水性漆，將來在涂裝 技術(shù)方面的國際交流與合作會越來越困難，不利于 我國汽車涂裝技術(shù)水平的提高。目前我國正大力弘揚科學(xué)發(fā)展觀，走可持續(xù)發(fā)展道路，可以預(yù)見對 VOC 排放量的要求會越來越 嚴格。為了保護我們的生存環(huán)境，增強在涂裝技術(shù) 方面的國際交流與合作，提高我國汽車涂裝技術(shù)水平。我國汽車公司應(yīng)考慮用水性漆。

3、實際上，國內(nèi) 幾家大汽車公司，如上海大眾、一汽大眾等在近年新建的油漆車問里均有水性漆預(yù)留區(qū)，將來只要對設(shè)備稍加改造即可應(yīng)用水性漆工藝。1 水性漆的性能水性漆與傳統(tǒng)溶劑型漆一樣，基本成分包括溶劑、樹脂、顏料和添加劑等。水性中涂漆主要有 聚酯和聚氨酯漆，其施工固體分較高，一般為 50 60 。水性中涂漆的抗石擊性能優(yōu)于傳統(tǒng)溶劑型 中涂漆。水性面漆的底色漆主要有丙烯酸和聚氨酯 漆。水性清漆由于價格較高，目前尚未廣泛應(yīng)用，普遍采用的罩光清漆是高固體分雙組分溶劑型漆。水性金屬底漆與溶劑型金屬底漆的溶劑含量比 較見表 1 。從表 1 可看出，水性漆所含溶劑主要是水， 樹脂分散在水中形成聚合物分散體系；而傳

4、統(tǒng)溶劑型漆的溶劑主要是有機溶劑，樹脂在溶劑中形成聚合物溶液。這就是水性漆與溶劑型漆的最大差別。表 1 水性金屬底漆與溶劑型金屬底漆的溶劑含量比較水的獨特性質(zhì) （ 表 2） 使水性漆的性質(zhì)也較不 一 般，在許多方面與傳統(tǒng)溶劑型漆不同。表 2 水與有機溶劑的物理性質(zhì)比較（1） 顏料分散性不好。水性漆屬于聚合物分散體系，顏料分散性不是很好，因此須采取措施加以改善。（2） 分散粒子的穩(wěn)定性差。溶解的分子對剪切力、熱、 pH 等都很穩(wěn)定，而分散的粒子不穩(wěn)定，因此要對分散體系采取穩(wěn)定措 施。分散粒子受剪切力后會被破壞，因而須考慮在 制造、輸送水性漆過程中避免剪切力的作用。分散 粒子對 pH 值很敏感，漆中

5、混入酸性物質(zhì)會形成酸 性粒子，從而產(chǎn)生膠化破壞水性漆。還有水性漆在運輸過程中受寒凍結(jié)后分散粒子也會被破壞。（3） 表面張力大。水的表面張力大 （ 見表 2） ，故水性漆的表面張力也較大，在施工過程中要加強管理，否則涂裝時易產(chǎn)生下列缺陷和漆膜弊?。篴 易流掛；b 展平性不好；c 易產(chǎn)生縮孔、針孔；d 不易伸人被涂物表面的小細縫中。（4） 蒸發(fā)熱和熱容值高，受溫度、濕度的影響大。水的高蒸發(fā)熱和熱容值 （ 見表 2） 使水性漆中的水蒸發(fā)慢。溶劑型漆中溶劑總量的 50 在噴涂霧 化過程中揮發(fā)掉，而對于水性漆僅為 25 。水蒸發(fā)慢在涂裝時易產(chǎn)生流掛，且使涂裝效率變差。因此，需設(shè)置中間加熱區(qū)將水從水性底漆

6、涂層中強制揮發(fā)出去。在噴涂清漆前必須把 90 的水從水性底漆 涂層中除掉 （ 防止在最終烘烤時沸騰的水穿過清漆 揮發(fā)出來 ） 以獲得最佳的漆膜外觀，從而避免水性底漆被清漆返溶。水的蒸發(fā)速率與相對濕度密切相關(guān)，相對濕度高時，水的蒸發(fā)速率很低。因此，噴漆室的相對濕度和溫度必須控制在一定范圍內(nèi)，以確保噴漆霧化過程中適量的水揮發(fā)掉，并且使水和有機溶劑在涂 膜中保持適當平衡。這個適當?shù)钠胶馐呛苤匾模淇墒雇苛嫌泻线m的表面張力以潤濕噴涂表面 （ 見 表 2） 。（5） 導(dǎo)電性好。水的介電常數(shù)大 （ 見表 2） ，因此水性漆的導(dǎo)電性好，一般水性漆的電阻小于 0 1 M ，而溶劑型漆 有一定的電阻： 0 5

7、 20 M 。水性漆的導(dǎo)電性好，當采用靜電噴涂時有特殊要求。（6） 腐蝕性大。水性漆含有大量水，因而對容器、輸送管路、 噴漆室體等易受潮部位有腐蝕性，需用不銹鋼或塑 料制品。（7） 流變行為。流體粘度隨剪切率的增加而減少時稱為假塑 性流體。假塑性流體的流變行為與其流變所走路徑有關(guān)，也就是對時間有依賴，故稱之為觸變性流體。 杜邦公司的水性金屬漆和水性色漆本質(zhì)上屬假塑 性流體。 BASF 公司的水性漆具有觸變性，其粘度取 決于所用的剪切速率及其剪切歷程?；谒云岬奶匦?，用流杯測量粘度值不具有重現(xiàn)性，只有用旋轉(zhuǎn)粘度計測出包括低剪切速率下和高剪切速率下的數(shù)據(jù)點完整流變曲線才能給出水性漆流變行為的完整

8、特性。2 水性漆的施工工藝目前歐美普遍采用的水性漆涂裝 工 藝體系是：陰極電泳漆 水性中涂漆 水性底色漆 高固體分溶劑型罩光清漆。水性漆的施工工藝與溶劑型漆不同，水性中涂烘干時需增加紅外線升溫和保溫過程，水性底漆噴涂后增加加熱揮發(fā)過程。一般的水 性漆施工工藝如下：（1） 噴涂水性巾涂漆。（2） 中涂烘干，工藝參數(shù)如下：揮發(fā)：室內(nèi)條件下 5 min ；紅外線升溫： 2 3 min ， 70 10 （ 車身 ） ；紅外線保溫： 3 5 min ， 70 10 （ 車身 ） ；循環(huán)熱空氣升溫：約 5 min ， 165 175 （ 車身 ） ；循環(huán)熱空氣保溫： 15 min ， 165 175 （

9、車身 ） ；冷卻：車身溫度冷卻到小于 35 。（3） 噴涂水性底色漆。（4） 加熱揮發(fā)，工藝參數(shù)如下：揮發(fā)：室內(nèi)條件下 1 5 min ：升溫：紅外線， 1 5 min ， 70 10 （ 車身 ） ；保溫：循環(huán)熱空氣， 2 5 min ， 70 10% （ 車身 ） ；冷卻：車身溫度冷卻到小于 35 （ 約 2min） 。在加熱揮發(fā)區(qū)必須確保水性漆中 90 以上的 水分揮發(fā)掉。（5） 噴雙組分清漆。（6） 面漆烘干。工藝參數(shù)如下：揮發(fā)：室內(nèi)條件下 3 min ；升溫：紅外線， 10 min ， 125 20 （ 車身 ） ；保溫：循環(huán)熱空氣， 20 min ， 125 1O （ 車身 ） ；

10、冷卻：車身溫度冷卻到小于 35 。3 水性漆的噴涂設(shè)備3 1 噴漆室噴漆室的室體、槽子等受潮部位需全部采用不銹鋼。噴漆室內(nèi)的溫度和濕度必須嚴格控制，施工區(qū)域內(nèi)溫度波動不超過 1 ，相對濕度波動不超過 5 ，基材或車身溫度應(yīng)保持在噴漆室條件下的露點以上。溫度和濕度會影響到水性漆膜的顏色、金屬閃光效果、漆膜粗糙度、色勻性、防流掛性、結(jié)構(gòu)形態(tài)以及對中涂的潤濕性能，同時還將影響到電極的污染 （ 應(yīng)用靜電噴涂時 ） 。最佳噴漆室條件如下：溫度： 23 1 ；相對濕度： 65 5 。中涂噴漆室下降風速：手工區(qū) 0 45 m s靜電噴涂區(qū) 0 30 m s揮發(fā)區(qū) 0 20m s底漆噴漆室的下降風速：手工區(qū)

11、0 45 m s靜電噴涂區(qū) 0 30 m s空氣自動噴涂區(qū) 0 50m s揮發(fā)區(qū) 0 30m s由于采用水性漆時，噴漆室內(nèi)的溫度和濕度必須控制在很小的范圍內(nèi)，因此采用水性漆的難點是在國內(nèi)的氣候條件下，如何保證噴漆室的溫度、濕度條件。目前，在國內(nèi)還沒有采用水性漆的經(jīng)驗，如采用水 性漆工藝，必須加強生產(chǎn)管理和人員培訓(xùn)。3 2 調(diào)漆室及輸漆系統(tǒng)調(diào)漆室應(yīng)盡可能靠近噴漆室。調(diào)漆室要有溫度調(diào)節(jié)，以保證施工時最佳的油漆溫度 （20 25 ） 。 調(diào)漆室要有足夠的水性漆庫存空間。當將水性漆從外送往調(diào)漆室時，需在調(diào)漆室存放足夠的時間，以 將水性漆升溫到施工溫度。例如，在調(diào)漆室內(nèi)室溫 23 ，普通空調(diào)條件下，一個

12、裝有水性漆的 250 L 容器從 5 升溫到 20 需 48 h 。按此計算，如采用 250 L 的運輸容器，油漆車間必須有 5 班的水性漆庫存周轉(zhuǎn)量 （ 溶劑型漆的調(diào)漆室需 2 班的油漆庫存周轉(zhuǎn)量 ） 。調(diào)漆罐必須用不銹鋼，內(nèi)表面要盡可能光潔，容器尺寸要盡可能小。盡量減少容器中的空氣交換來保持漆面上空氣的濕度，避免油漆可能在器壁和攪拌器軸上干結(jié)，因此漆罐必須保持密封。容器中油漆液面不能低于回管，避免攪拌時產(chǎn)生氣泡。避免污染。輸漆管路系統(tǒng)采用大直徑循環(huán)管道，避免系統(tǒng)高壓。避免使用會留下死角的管道附件和短徑彎頭，應(yīng)該用直徑不變的連接管。變徑時用分級管來代替漸縮管。管路需采用不銹鋼或塑性材料，系統(tǒng)

13、中其它的受潮部分也應(yīng)為不銹鋼制品。所有部件，尤其是焊接接頭等，必須經(jīng)過鈍化處理。應(yīng)避免使用含硅樹脂、兩性電解質(zhì)等材料用于密封的襯墊、 閥門、活塞等，這些材料會導(dǎo)致油漆縮孔。輸漆系統(tǒng)一般設(shè)有兩道過濾，金屬漆的前道過濾器規(guī)格為 100 150 m ，單色漆的前道過濾器規(guī)格為 46 60 m 。后道過濾均可采用 100 150 m 的過 濾器。3 3 噴涂設(shè)備水性漆可用空氣噴槍、靜電空氣噴槍或高速旋杯進行施工。高速旋杯的外置式荷電系統(tǒng)已經(jīng)在德國、歐洲和美國市場誕生，直接荷電的水性漆系統(tǒng)和后來與地絕緣的輸漆系統(tǒng)現(xiàn)正在許多生產(chǎn)線上得到應(yīng)用。霧化方面的基本情況 （ 如油漆液滴的分散、沉積、噴涂效率等 ）

14、和溶劑型金屬底漆大致相同。但水性漆對流量和漆霧變化更加敏感，如有不當，容易導(dǎo)致漆膜發(fā)花和針 孔 。因此需增加工藝控制內(nèi)容，如流體環(huán)路控制、霧化空氣控制、瞬時觸發(fā)控制和噴槍目標距離環(huán)路控制。水性底漆噴涂設(shè)備要求特殊的清洗溶劑和增加換色次數(shù)，以確保設(shè)備內(nèi)部清潔。此外，易受潮部位要全部采用不銹鋼。4 水性漆的運輸及庫存水性漆對溫度很敏感，如果貯存在低于冰點的溫度時會改變油漆的溶解特性，由此導(dǎo)致油漆中活性物質(zhì)沉淀，材料就不均勻。經(jīng)過重新加熱后，水性漆不會回到均質(zhì)狀態(tài)，它的特性將被破壞。因此， 水 性 漆運輸和貯存時有較高要求。溫度控制在 5 到 30 ，在冬季和夏季運輸過程中需有加熱或冷卻 裝置，為此

15、必須使用控熱的卡車或運載裝置，在倉 庫和調(diào)漆室內(nèi)需有空調(diào)。因水性漆中含水，故會使傳統(tǒng)油漆運輸設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，不僅損壞設(shè)備，而且油漆本身易受 3 價離子如 Fe 3 的影響，這些離子將影響油漆的流變特性。因此，要求所有接觸到水性漆的設(shè)備需用不銹鋼或塑料制品。水性漆貯存穩(wěn)定性僅 3 個月，對運輸和貯存又有較高要求。因此，國內(nèi)汽車公司如采用水性漆不宜從國外進口，最好就近生產(chǎn)，便于及時供貨。 BASF 、杜邦等油漆供應(yīng)商均表示過，如中國汽車公司考慮采用水性漆，他們準備在中國建立水性漆生產(chǎn)基地。5 經(jīng)濟效益分析5 1 VoC 分析目前，國內(nèi)汽車公司采用溶劑型漆時每平方米 車身涂裝面積的 VOC 排放量約為

16、 130 g m2 ，遠不 能滿足環(huán)保要求。如采用水性漆 （ 陰極電泳 水性 中涂 水性底漆 溶劑型雙組分高固體分清漆 ） ， 每平方米車身涂裝面積的 VOC 排放量可降低到約 36 g m2 。因此，采用水性漆可大幅降低油漆車間的 VOC 排放量。5 2 能耗分析水性漆的能耗與溶劑型漆存在 3 個方面不同： 噴漆室溫濕度調(diào)節(jié)，中間加熱揮發(fā)，排風凈化過程。綜合來看，采用水性漆的能耗較大。（1） 噴漆室溫度、濕度調(diào)節(jié)。水性漆噴漆室的溫度最佳控制在 23 1 ，相 對濕度控制在 65 5 。溫度、濕度調(diào)節(jié)需要消耗額外的能量，能耗大小取決于外部天氣條件。（2） 中間加熱揮發(fā)。金屬底漆涂覆后的中間揮發(fā)過程中，由于蒸發(fā)時間不能任意延長，因此需設(shè)置中間加熱區(qū) （ 以紅外輻射和熱空氣的形式 ） ，為此能耗增加。（3） 排風凈化過程。使用傳統(tǒng)的溶劑型底漆時，為達到環(huán)保標準， 噴漆室的排風需經(jīng)一定程度的處理，這需要增加能耗和投資。如在采用旋轉(zhuǎn)吸收器解決問題的過程中需要額外的能耗來克服整個排風系統(tǒng)的壓差 （ 微粒的精細過濾、旋轉(zhuǎn)器、排風凈化 ） ，解吸也需要耗能，如采用水性漆就可以節(jié)省這方面的能耗和投資。5 3 水性漆材料成本分析據(jù)資料介紹 ，如采用水性漆，單位質(zhì)量的油漆材料成本可能比溶劑型漆增加約