汽车涂装材料的研发现状及趋势
作者：陈慕祖文章来源：上海大众汽车有限公司更新时间：2009-7-21
汽车涂料要求在不断提高装饰性和防腐蚀能力的同时，还要尽可能降低对环境的污染。本文全面阐述了预处理材料、阴极电泳漆、PVC涂料、中涂和面漆以及全息效果涂料等在装饰性和防腐蚀能力这两方面的研发现状及趋势。同时文章还指出，各大涂料公司纷纷组建色彩研究所，越来越重视色彩研究。
汽车的使用环境较差，要保证薄钢板制成的车身6～12年不锈穿，车身的涂装起着至关重要的作用。为此，各大汽车厂纷纷选择最新的涂装材料、最优的涂装工艺和最好的涂装设备，并通过严格管理，生产出光彩照人、经久耐用的轿车，以期更好地占领市场。轿车涂装代表了涂装的最高水平和发展方向。传统的预处理、电泳工艺产生大量的废水，中涂、面漆会产生废渣和大量的挥发性有机化合物（VOC）。随着环保呼声的日渐增高，传统的溶剂型涂装材料将逐渐被淘汰。
预处理材料
在汽车车身预处理过程中，会排放大量的废水，其排放量约占油漆车间总排放量的80%左右，同时还会排放大量的磷化渣。因此，减少排放、降低污染以及低温节能、长寿命是预处理材料开发研究的重要课题和发展方向，具体表现在以下几个方面：
● 脱脂剂的开发主要集中在选择优质的生物可降解的表面活性剂，以提高去油能力和水洗效果、减少漂洗水、降低COD排放。无机盐尽可能不选用磷酸盐，当今日本发展无磷、无氮脱脂剂，降低废水处理负荷、减少海水富营养化。液体脱脂剂因无粉尘产生、使用方便、漂洗水少而成为一种新潮流。国外先进汽车生产线大多采用液体脱脂剂，国内仅有少数大型汽车生产线采用，其特点是碱性低、浓度低。
●液体表调剂由于其槽液在50℃时，磷酸肽胶体依然稳定，可用滴加泵直接补充槽液而不必换槽。用固体表调剂配制的槽液，由于胶体颗粒的稳定性较差，通常每两周就必须更换一次，污水排放量较大，正迅速被液体表调剂所替代。
●磷化液的发展主要集中在无硝酸盐和无镍两个方面。亚硝酸盐为传统的促进剂，会自行分解且易生成有致癌作用的亚硝酸铵。人们不断对促进剂进行改进，使用过氧化氢做促进剂，其分解后的产物为水，环境效果十分理想，但不易控制。用羟氨基化合物作为促进剂，成本较高，且会降解释放出氨气。最新开发的CN4有机促进剂是一种比较理想的、值得推广的促进剂，其具有稳定、成膜好、控制范围宽等特点。镍是一种有毒的重金属，在磷化液中取消镍而不降低磷化膜的防腐蚀能力，是磷化液开发研究中取得的最新进展。目前已有个别汽车生产线投入使用，今后会迅速发展。
●钝化用的六价铬是一种剧毒物质，并有致癌作用。因此无铬钝化发展迅速，可以分成有机聚合物钝化液和无机钝化液，比较成功的是六氟化锆钝化液，钝化效果好，废水处理也十分容易。
● 随着汽车工业的发展，为了增加车身的防腐能力，镀锌钢板将逐渐替代冷轧钢板。由于镀锌钢板在预处理过程中容易产生白锈且不易控制，因此人们开发出一种代替预处理工艺的有机涂层，它可以在钢板上直接涂覆且具有导电性，能够直接进行电泳施工。
阴极电泳漆
电泳漆是最早开发的水性涂料，其主要特点是涂装效率高、经济、安全、污染轻，可实现完全自动化管理。经过20多年的发展，目前第五代阴极电泳漆已在世界各大汽车厂的生产线上有了广泛应用。
PPG公司开发的第六代产品ED6350已经投放市场，第七代产品已开始商业化，实验室内已成功地开发出第八代产品，更新一代产品的开发也已经开始。新一代电泳漆的主要特点是泳透率高、颜基比低、边角覆盖效果好、无铅无锡。
各公司的第五代阴极电泳漆的泳透率均有较大幅度的提高，使用4板箱式法测定，当表面膜厚相同时，比较G面的膜厚，可以提高30%～40%。PPG公司的第六代产品可以提高50%左右。如果用福特盒法测定，按高度计算HERBERS公司的EC3000和PPG公司的ED6350均可达到100%。这样当内腔膜厚达到一定要求时，外表膜厚可以减少3～4μm，涂料的使用量可以减少12.8%。
油漆中的惰性颜料大大减少，颜基比降低。PPG公司的ED5的树脂和颜料的比例可以达到10:1，从而提高了流动性，降低了沉淀速率，减少颜料絮凝和软泥产生及泵的磨损，膜比重一般可以从1.47g/cm3降到1.35g/cm3。BASF公司的CG500的膜比重可以降到1.3g/cm3，从而降低了材料的消耗。
边角耐蚀性好的电泳漆发展迅速。由于电化学作用和固化收缩，造成锐尖边角或毛口处的涂层特别薄，甚至几乎没有，从而形成这些部位的早期腐蚀，新一代的电泳漆通过添加有机高聚物和无机添加剂，提高了锐边的耐蚀性。
用刀片在同样条件下涂装后进行盐雾实验，当常用电泳漆已产生100个锈点时，高边角效应的电泳漆尚无锈点产生。BASF公司的Cathoguard250是典型的高边角效应电泳漆，PPG公司的ED5和Herberts 公司的EC3000的边缘覆盖效果也十分理想。
无铅无锡阴极电泳漆是发展过程中一大重大改进。铅是一种毒性很强的元素，但在电泳漆的防腐蚀催化、钝化和加速交联等方面有重要作用。要去除铅和与其性能相似的锡是一个很难的课题。Herberts公司在这方面位居前列。
欧洲的不少电泳涂装线均已使用EC3000无铅无锡电泳漆。日本的立邦涂料Power NICS和BASF的CG310也不含铅，但含锡。PPG通过改进树脂去除了铅，各种性能试验表明，其性能与含铅电泳漆相比毫不逊色。
双层电泳漆的开发成功是涂装过程的一大革新。因为通过二次电泳，目前使用的中涂完全被省略了，从而简化了工艺、减少了人员，使得油漆利用率最高可达98%，并且进一步提高了车身的抗腐蚀能力，降低了成本。目前研制成功的双层电泳工艺如表1所示。
Herberts公司的双层电泳漆EC5000已在汽车零配件厂和个别整车生产线上使用。PPG公司也开发了类似的产品，有些产品第二层的涂膜最厚可达40μm左右。
此外，降低电泳漆的烘干温度，可以节省能源并降低加热减量，从180℃/30min的烘干条件降到150～160℃/10min的CED已实现，120～140℃固化的电泳漆正在探索中。加热减量从15%左右降到了4%以下。溶剂的含量从2%～3%降到了0.4%～0.8%，大大降低了VOC排放，用无机盐代替有机酸可以防止细菌的生长。
UF超滤膜技术的开发利用，使电泳漆涂装线实现半封闭的循环清洗，提高了电泳漆的利用率。反渗透技术已在水处理方面收效显著。为了进一步减少涂装的废水排放量，提高电泳漆的回收率，一些大公司已尝试将RO反渗透技术应用于电泳涂装。只需在原有工艺中加装RO设备，就可以实现完全的闭合回路循环清洗，不但减轻了废水处理的负担，而且可使电泳漆的回收率提高到99%～100%。
PVC涂料
PVC涂料由聚乙烯粉末+粘接剂、增塑剂、碳酸钙无机颜料+少量邻苯二甲酸二辛酯作溶剂组成，用于焊缝的密封和底部喷胶，其主要作用是防腐蚀和防石击，此外还有消音、降震、隔热和加强钢板等作用。汽车在高速行驶过程中，由于石子、泥沙对汽车底部的冲击，底部涂层很容易破坏。而在汽车底部喷上700～1300μm的PVC涂料则可起到很好的防护作用。新型汽车用PVC防石击涂料要求施工性能好、附着强度
