汽车水性金属涂料应用前景

探讨汽车涂料的应用前景

——水性金属闪光涂料

前言

随着工业化的不断发展，导致地球环境不断恶化，保护自然环境已成为全人类的共同课题。当人们着手解决汽车尾气对环境造成的污染的同时，对汽车涂装过程中VOC（挥发性有机物）造成的大气污染也引起了高度的重视。据估计，全球汽车工业释放的VOC每年高达30万吨以上。21世纪，汽车工业将进一步发展，尤其在中国等发展中国家，汽车更是人们梦昧以求的﹑象征着地位和财富的东西。而汽车涂料，必将随着汽车产量的加大，用量也将越来越大。

在各种各样的汽车涂料中，最热门最流行的莫过于金属闪光涂料了。由于金属闪光涂料与一般的单色涂料相比，色彩丰富，立体感强，呈现出随角异色的效果，尤显高贵和气派。而且涂料中的片状颜料具有优异的耐光性和耐化学稳定性。这就使得金属闪光涂料兼具了高装饰性和高保护性，因此深受市场的追捧。但是，由于传统的溶剂型金属闪光涂料中含有80%左右的VOC，在涂装过程中排放到大气当中，将会造成光化学烟雾等严重的环境污染。为此，欧美等汽车工业发达的国家相继出台了许多环保法规来约束在涂装过程中的VOC的排放。

国际环保法规与技术进展

早在1966年，美国就已颁布了“66”法规，来限制涂装过程中和VOC的排放。一直到90年代初，法规才趋于完善和严格实施。而德国在这方面作出了最先进的立法规定，德国的TA Luft法规就明确地限制了被涂总面积每平方米容许排放的VOC的重量，其中金属闪光涂料的最大极限是120g/m2。而对于年产量5000辆以上低于6座的汽车生产线，VOC排放量必须小于45g/m2。这样，传统的溶剂型金属闪光涂料显然不符合规定，因此欧美等发达国家相继开发出水性金属闪光涂料来代替溶剂型金属闪光涂料。

目前，汽车用水性金属闪光涂料及其涂装技术在欧美和日本等汽车工业发达的国家已趋向成熟，达到相当高的水平，品种配套性和涂层质量已可与传统的溶剂型金属闪光涂料相媲美，施工性能也已得到进一步完善，应用也已相当普遍。水性金属闪光底色漆于1985年在欧洲开始使用，第一个使用者是德国的GM OPEL线，目前在西欧汽车工业占60%。据悉，目前欧美汽车涂料的水性化比例已达到90%以上，预计到21世纪初可达95%以上，70%以上的轿车采用水性金属闪光涂料涂装。这使得汽车涂装的VOC排放量实现了大幅下降，为保护地球环境和人类生存条件作出了很大的贡献。

技术路线﹑关键与难点

水性金属闪光涂料采用的技术路线是以ICI公司的核-壳乳液，以及BASF公司的溶胶分散为代表。核-壳乳液聚合途径之一是通过乳液聚合，采用离子化的表面活性剂（阴阳﹑非﹑两性离子表面活性剂或乳化剂），通常引入某些交联单体，如乙二醇二（甲基）丙烯酸酯﹑三羟甲基丙烷三（甲基）丙烯酸酯﹑二乙烯基苯等，有时引入一和水分散丙烯酸改性聚酯。另一个途径是通过非水分散聚合在硬酯酸型稳定剂存在下，形成支化或梳状聚合微粒子，交联单体往往是单环氧

丙烯酸单体，典型的是甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA），然后将结果聚合物转移到水性介质中去，pH值控制在7.5±0.3范围。第一种途径，对于涂膜光泽及物理性能会有所提高，但是抗流挂性不理想，第二种途径则有更全面的性能，但耗时多且工艺复杂。

目前，这种核-壳乳液聚合方法，进一步简化了工艺，并引入含异氰酸根的单体，形成氨基甲烷-脲素粒子，这种类型往往引入单异氰酸化合物，工艺易于控制，后来又发展了一种更便利的方法，即直接用氨基树脂产生粒子形成内部交联。

核-壳乳液中的乳化剂往往要影响漆膜耐水性，因而以BASF为代表的公司发展了溶胶分散方法，在基体树脂中引入酰胺基，以溶液嵌段交联共聚形成水分散聚合物，以及采用非水分散共聚中和成水分散为主体，引入少量微凝胶的方法，这种分散方法也有引入氨基甲烷-脲素粒子的情况，但干得太快，不适合成批生产。后又获改进，采用合成脂肪酸与HMDI﹑聚四氢呋喃形成水分散聚氨脂，最后与少量聚酯混合抽去溶剂，其产品的酸价可降至25以下。

以上述两种技术路线配制的水性金属闪光涂料，由于其中绝大部分的有机溶剂被水取代，因而大大降低了涂装过程中VOC的排放。又因为水性金属闪光涂料的基体树脂本身具有较高的假稠性，可以做到比溶剂型更低的固体含量，使得涂料中的片状颜料在成膜过程中能取得更好的平行排列，因而装饰性和保护性更加突出。但是，水性金属闪光涂料也不可避免地会出现与其它水性涂料同样的问题，比如：颜料的分散性较差；表面张力较大；蒸发潜热较大；稳定性较差；对涂装设备要求较高等等。如果这些问题都能得到较好的解决，那么水性金属闪光涂料将得到更广泛的应用。

国内动态及技术进展

我国由于汽车工业相对较为落后，所以在这方面起步稍晚，直到90年代初才开始有探索性的试验。中国化工建设总公司常州涂料化工研究院（原属化工部）在1998年率先自行开发出汽车用水性金属闪光涂料。

该涂料由极低VOC含量的水性金属闪光底色漆加高固体份罩光清漆组成。使得VOC含量低于10%，达到国际环保法规最新要求。其中底色漆的基料树脂采用了具有内交联结构的核壳型丙烯酸聚氨酯乳液，使基体树脂本身就具有较高的耐候性﹑抗反渗性等比较全面的性能。在配漆工艺上采用了先进的微凝胶技术，克服了一般水性涂料在低固体份含量涂装时，容易出现的流挂现象以及罩光清漆的“回溶”问题。另外，选用经过特殊处理的金属效应颜料，用先进的分散工艺稳定地分散于基体树脂中。漆液在常温下贮存半年以上未出现颜料絮凝﹑胶化等不良变化，稳定性优异。罩光清漆由于要求较高的丰满度和鲜映性，而一般的水性清漆较难达到要求，粉末清漆国内的技术还未完全成熟，而且价格较高，所以目前也未采用。所选用高固体份罩光清漆虽然是溶剂型漆，但是它的施工固体份较高，一般可达到70%以上，VOC含量相对较低，与底色漆的配套性良好，而且有较高的光泽﹑防紫外线﹑防酸雨等性能。

该涂料的技术指标已达到国际先进水平，在国内属领先地位。另外，国内还有一到两家公司也开始开发水性金属闪光涂料，但目前仍采用进口树脂，尚无产品推出。

应用与市场前景

为了使涂料研究开发与生产应用相结合，中国化工建设总公司常州涂料化工