汽车涂料现状和发展趋势汽车涂料现状和发展趋势恒春兮

2022-09-29 03:37

汽车涂料现状和发展趋势,汽车涂料现状和发展趋势

汽车涂料现状和发展趋势 张昱斐 摘要:效益、生产力、环境适应性和性能持续改进的需要给汽车涂料的发展带来了许多新机遇和挑战。简单阐述了环保型汽车涂料的研发现状和发展趋势。 关键词:汽车涂料;环境保护;涂料装工艺 0 引言 汽车工业是世界上最大的工业之一,至 2003 年底,汽车工业预增约 5930 万,我国汽车产量突破 400 万辆大关,民用汽车保有量达到 2 200 万辆汽车工业的飞速发展推动了汽车涂料在质量、产量和品种上迈上新台阶。据一家美国权威行业咨询机构预计,全球汽车涂料市场的规模为 63 亿美元,年增长率为 2 %~ 3 %。由于近年来行业一直在进行大规模的整合,现在全球最主要的汽车涂料生产商只有 3 家:P PG 、杜邦和巴斯夫。其中 PPG 公司占有全球市场 26 %~ 28 %的份额,杜邦市场份额为 23 %~ 25 %,巴斯夫市场份额为 15 %~ 18 %。两家日本公司关西和立邦紧随其后,市场份额分别为 11 %和 10 %。剩下 10 %的市场份额为中国生产商占据。 在当今的竞争时代,发展有许多驱动力。主要的一点是成本、环保法规、性能和全球化。汽车涂料发展重点在如下几方面: (1) 环境——去除/减少重金属、溶剂/挥发性有机化合物 (VOC) 和有害空气污染物 (HAPs)。 (2) 质量——高装饰性、高防腐性、耐酸雨、耐划伤和抗碎裂。 (3) 成本——产品成本和施工工艺成本。低成本、低价格、工艺过程少,节省能源,涂装效率高,涂料消耗少。 1 环境   近年来,注意环保已变得空前重要。今天,涂料制造商对涂料引起环境危害的责任日益增加。环境保护机构 (KPA) 已对各类工业涂料制定了严格的标准。许多公司已制定了降低 VOC 含量的目标:至 2007 年将挥发性有机化合物含量 (VOC) 减少 67 %。除了 VOC ,另一压力是消除和减少重金属和 HAPs( 有害空气污染物 ) 。尽管各个国家的法规不同,但方向是一致的。有近 200 种 HAPs 其中约 10 %直接影响溶剂的选择。在开发新品期间, HAPs 的容忍性现在已是基体设计的一项常规因素。   在施工过程中产生的溶剂蒸气是污染环境的主要因素,这促进了溶剂回收工艺的发展。美国 Ellis Paint 公司已通过它的溶剂回收工艺创造了商业机会。它将从客户那里回收的废溶剂经过合适的处理后再重新用于涂料中,这赋予了他们的产品以成本优势。澳大利亚 Wattyl 公司利用溶剂回收工艺在一年内就收回了 10 万美元的投资。它回收约 90 %的废溶剂并用于其他涂料。   提高汽车涂料的环保性是当前行业中的一个趋势。杜邦公司于去年推出使用到戴姆勒—克莱斯勒汽车公司装配线上的“ Super Solids' '汽车涂装技术就是专门设计用于降低汽车涂料的溶剂排放和 VOC 含量的,可使涂料中有毒物质排放减少 25 %。该项技术使杜邦和戴姆勒—克莱斯勒汽车公司共同获得了美国环境署颁发的“空气洁净杰出奖”。   新一代阴极电泳漆普遍降低了溶剂含量,从 2 %~ 3 %降到 0 . 4 %~ 0 . 8 %,大大降低了 VOC 排放。 2 预处理化学和工艺   汽车车身预处理过程中有大量的废水排放,其排放量占油漆车间总排量的 80 %左右。减少排放、降低污染以及低温节能、长寿命是预处理材料的研发方向。选择单一喷射清洗体系用于少量或中等量的水清洗,不仅能够获得较佳的性价比,而且还予以良好的清洁效果。预处理进一步的关注重点是消除/减少重金属,如镍、铬、亚销酸盐等,并采用生物可降解的表面活性剂。较新的概念是用有机涂层代替前处理。它可在钢板上直接涂覆,且具有导电性,能够直接进行电泳施工。名为 "Multimet" 的这类涂料可以在很短的时间内用较少的步骤在较低的温度 ( 能耗 ) 下制得,这有助于改进生产率/价格比。可供的一些其他的选择是在铣磨 ( 钢材制造处 ) 结束处施行,从而有助防锈保护 ( 无需防锈油 ) 。 3 电泳涂装   在电沉积技术方面的突破之一是通过电沉积施涂底漆作为二道涂层。第一道涂层为防腐蚀涂层,它在烘烤后具有导电性。该工艺的优点是:较高的迁移效率、全部自动控制、均一的涂膜厚度、较低的废品率/返工率、较低的制备成本和较低的挥发物。头道涂层赋予防腐保护,空腔涂覆及边缘保护。第二道涂层赋予耐紫外光性和抗石击碎落性。该工艺具有生态优势,由于其挥发物少、污水少且不含铅。该技术于 1999 年在戴姆勒—克莱斯勒公司首次商业化应用,并于同年获得“清洁奖”。   双层电泳的开发成功是涂装过程的一次革新。通过二次电泳,可省去中涂层,从而简化了工艺、减少了人员,提高了油漆利用率。进一步提高了车身的抗腐蚀性,降低了成本。 Herberts 的双层电泳漆 EC 5000 已在汽车零配件厂和个别整车生产线上使用。 PPG 公司也开发了类似产品,第二层涂膜最厚可达 40 μ m 。   铅盐/颜料用于电泳配方中可获得更好的防腐性,但它们会污染环境。 PPG 公司用其专利技术开发了防腐蚀电沉积涂料“ EnviroPrime 2000' ',它不含铅, HAPs 含量低,作为电泳底漆性能优异。其优势包括:减少和/或消除了金属预处理用的铬和镍,较少的制备工艺消除了废物流,并降低了能耗。由于增加了烘烤窗口,使线速度的提高成为可能。降低烘烤时的失重意味着烘箱中的挥发物减少,从而减少了烘箱的清洁工作。所有这些均使其成本与现行的含铅电泳漆及工艺相当或更低。   众所周知,由于弯曲表面上的流体中存在的压力差,边缘漆膜收缩,使锐尖边角或毛口处涂膜特别薄,甚至几乎没有,很难形成足够的干膜厚度,由此导致这些部位早期腐蚀。现在开发的电沉积涂料能涂覆这种部位,并保护加工中所产生的锐边和毛刺,确保其免于生锈。 BASF 的 Cathoguarol 250 是典型的高边角效应电泳漆, PPG 的 ED 5 和 Herberts 的 EC 3000 的边缘覆盖效果也十分好。 为了保护发动机免于磨损并减少摩擦,已采用了 Ni / SiC 或 Ni / PTFE 涂料。它们采用电解沉积或无电镀 ( 化学 ) 沉积的方法施工。其缺点是这些涂料中的许多粒子在电解质中会分解。一个全新的概念——微胶囊化开拓了许多新机遇。微胶囊可以装入固体、液体、甚至气体。从而可把它们放人体系中。微胶囊本身由聚合物材料制成。微胶囊凸出表面,通过与其他物体摩擦被破坏,从而释放出这些活性物质。 4 水性涂料、高固体分涂料和粉末涂料   涂料车间的多数溶剂挥发源于头道底漆和底漆,因此重点关注其转化。在欧洲已实现了头道底漆的水性化。水性涂料的缺点是相对于溶剂型涂料 (1 ~ 2min) ,它们需要较长的闪干时间 (5 ~ 8min) 。这导致涂装线的延长。这意味着为了使用水性涂料,必须对现有的涂装线进行改造。它需要特殊的施工设备、环境控制 ( 烘房内的温度和相对湿度 ) ,有时还要加热闪干。水性漆的开发目标是性能和价格与所对应的溶剂型涂料相当,施工性能尽可能接近溶剂型涂料, VOC 排放量进一步降低,在现有涂装设备上不需进行大的改造就可使用水性涂料施工。   业已开发出一种新型的水性涂料产品,无需对现有施工线进行重大改造。这种产品的闪干时间只需 1 ~ 2min 。许多知名的涂料公司均开发了水性底色漆组成物用于汽车在线漆和修补漆的底色漆/清漆体系。它们可再施涂水性涂料型、溶剂型涂料型和粉末涂料型清漆。现已可以配制具有高光泽、良好机械性能和耐盐雾性的单一涂料体系。日本涂料公司已开发了一种新的水性涂料体系用于润饰汽车车身。它含有不饱和的聚氨酯分散体,其在水不溶性引发剂存在下与不饱和单体一起发生自由基固化。它在低温下可以很快固化。   在北美,为避免施工生产线大的变动,更加关注高固体分涂料。高固体分涂料由于其施工性能及所需施工条件与溶剂型涂料基本相同,原有涂装线不需进行大的改造就可使用。高固体分涂料采用低粘度的聚酯、丙烯酸树脂及高固体分氨基树脂制成,最高的施工固体分可大于 60 %,平均每千克涂料的溶剂挥发量可减少 1 / 3 以上。在汽车中涂漆、面漆和修补漆等方面都得到了应用。据介绍,欧美的中涂漆、金属闪光色漆、罩光漆的涂装固体分别达到 65 %~ 70 %、 45 %~ 50 %、 50 %~ 60 %。控制固化过程和流挂是高固体分涂料的两大技术关键。   粉末涂料在汽车工业中的应用,最先用于一些装饰性要求不高的防腐蚀零部件,而后用作底漆及中涂层。在北美,粉末底漆已商品化。回收的粉末用于头道底漆,而二道底漆采用新鲜的粉末以确保质量。   清漆赋予汽车以美学魅力。在清漆方面已进行了许多研究。过去几年中所开发的新技术是在清漆中采用粉末和粉末浆。该研发从水性底色漆的研发开始。人们已认识到,为了获得好的性能,必须要有品质好的面漆。这导致粉末面漆 ( 美国宝马所用 ) 和粉末浆型面漆 ( 戴姆勒—克莱斯勒所用 ) 的研发。   采用粉末和粉末浆涂料的成本仅为溶剂型涂料的 15 %~ 20 %。粉末清漆的烘烤温度范围 ( 窗 ) 很窄 (18 ~ 22 ℃ ) ,喷粉室中相对湿度控制在 48 %~ 50 %之间,采用粉末清漆的明显优势是产生的废料可以完全回收。在粉末浆涂料场合中,通过使用二段超滤可进行回收。但是,在操作过程中,必须要控制起泡。可以通过添加稳定剂来控制起泡,但这可能会导致产品中出现不希望的絮凝。还要考虑的是第二道清漆的施工。第一道涂料完全固化后进行打磨,然后再施涂第二道涂料。 5 紫外光辐射固化技术 该技术用于改进面漆的划痕硬度。基料为不饱和丙烯酸聚合物,通过高能辐射使之固化。 UV 粉末涂料结合了热固性粉末涂料和液态涂料的许多优势。与传统涂料不同,粉末涂料刚刚通过热能熔融,随即通过高能辐射固化。这使得它们有更多的流平时间,因而所得涂膜的外观出众。 UCB 化学公司的“ Uvacoat 2000 ” 树脂可用于该项技术。紫外线固化之所以有着光明的前景是因

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