摩登3下载_环保涂料在汽车上的应用
随着全球气候变暖和臭氧层受破坏,世界范围内的工业环保要求越来越高,涂装过程中使用的有机挥发物对气候变暖有一定的影响,特别是一些光化学反应型有机挥发物通过紫外线的作用,生成具有较大毒性的物质。因此,国际上对汽车涂装中的挥发性有机化合物(VOC)的排放已有严格的要求。欧洲1994年7月提出的溶剂控制指令汽车([url=http://www.autoho.com/ypnew_view.asp?id=1852]汽配气缸的损坏问题解决措施[/url])涂装过程排放的限制明确地规定到1997年新建轿车涂装线的有机溶剂排放量(包括底漆,中涂漆,面漆涂装)不得超过45g/m2。德国规定了更加严格的VOC排放标准为35g/m2。[br] 为了达到上述排放标准,国外涂料涂装行业也以涂料及涂装中的VOC排放为重点,提出了降低VOC排放的研究方向。[br] 根据不同涂料搭配的配套涂层,并采用最先进的施工方式(如静电涂装)等,所能达到的VOC排放最低指标。[br] 水作为一种可再生,无毒的溶剂,在涂料行业的应用越来越广,世界范围内水溶性涂料的百分比也越来越高。[br] 汽车涂装中。除电泳底漆外,中涂漆,面漆水性化在欧洲所占比例较高。1998年欧洲汽车用水性涂料的比例为底漆的100;中涂漆的75;底色漆的60;罩光漆中水性涂料,粉末涂料均在试用之中。[br] 12个国际大型汽车公司在8个国家内的15个轿车厂的涂装线有7个厂使用水性中涂漆,12个厂使用水性底色漆,使用水性罩光漆和粉末罩光漆的厂各一个。另外,有两个载货车生产厂使用水性本色漆。可见水性中涂漆和水性底色漆在欧洲已获得广泛的应用。底色漆的施工固体分最低(一般为20左右),因此,底色漆的水性化是解决VOC排放的主要方向。日本虽然在汽车工业中采用水性漆较少,但在1997年12月的京都国际会议上对CO2排放提出削减目标值以后,日本涂料涂装界对VOC排放的限制就提到了议事日程,加速了水性涂料在汽车上的应用研究。[br] 我国1997年的涂料产量为178万t(预计2000年为200万t),80.5为有机溶剂型涂料,在涂料施工粘度下,VOC占50以上,因此仅涂料施工一项,每年排放到大气中的VOC达到70万t以上。[br] 在汽车涂装中,由于国内汽车厂的生产量小,多数厂尚未采用自动静电涂装,涂料利用率低,而且采用的涂料大多不是高固体分涂料,单位面积所消耗的涂料量和有机溶剂排放量均较大。对轿车金属闪光漆,单位面积有机溶剂挥发量在185g/m2以上,超过欧洲对老厂改造排放标准的2倍以上,相当于欧洲新建厂标准的4倍。[br] 1环保型涂料[br] 广义的环保型涂料是使涂装能符合环保要求的涂料。目前,国外在汽车涂装中所采用的环保型涂料主要有高固体分涂料,水性涂料及粉末涂料。[br] 1.1高固体分涂料[br] 汽车涂装用高固体分涂料,除在施工粘度下固体分较高外,其性能与一般溶剂型涂料没有差别。该类涂料施工粘度下的固体分可高达65以上,中涂漆则更高。对不含颜料的罩光清漆而言,双组分涂料的固体分比单组分的高,从而减少了有机溶剂含量。采用光固化涂料,作为溶剂的不饱和烯类化合物也参予反应,成为涂层的组分,故VOC的排放量极少。[br] 1.2水性涂料水性涂料包括水溶性和水乳化型两种,用于汽车涂装的有电泳涂料,水性中涂漆,水性底色漆及水性罩光漆(也包含一般防腐蚀型水性涂料),均属水溶性涂料。[br] 1.2.1电泳涂料[br] 目前国外电泳涂料已发展到第5代阴极电泳漆,其主要特点是:(1)低有机助溶剂,VOC含量低于2;(2)高泳透力,使车身这样复杂工件的内外膜厚差越来越小。当车身外表面膜厚为20m左右时,车身内表面膜厚可达12m以上;(3)膜薄,低密度,颜料成分减少,但防锈能力不降低,从而减少槽液的沉淀,材料用量也减少,降低了材料成本;(4)提高抗锐边腐蚀的能力;(5)无重金属(Pb,Sn等);(6)烘干温度低,油烟发生量小,达到节能,节材,清洁环境的目的。[br] 1.2.2水性中涂漆和水性底色漆[br] 对于水性中涂漆和面漆,国外涂料公司开发的产品要求达到下列4个目标:(1)性能不低于相对应的溶剂型涂料;(2)涂料施工作业范围应尽可能宽,要求的湿度和温度应尽可能接近溶剂型涂料(温度20~30,相对湿度50~85);(3)VOC含量应尽可能低,不大于15;(4)价格与溶剂型涂料相当。[br] 西欧的水性中涂漆主要是水性聚酯氨基树脂漆和封闭型异氰酸酯聚氨酯型树脂漆两种。日本关西涂料公司开发的水性聚酯氨基中涂漆,施工粘度下的固体分已达61,VOC含量为12,烘干条件14030min,达到与溶剂型中涂涂料等同的性能。[br] 欧洲轿车不管金属闪光漆还是本色漆,都采用罩光清漆,因而水性底色漆又分金属色和本色。水性底色漆主要为水性丙烯酸氨基漆和水性聚氨酯漆两种。[br] 日本关西开发的水性底色漆为水性丙烯酸聚酯型,已广泛地在欧美的日本汽车公司使用。其外观(金属颜料的排向和平滑性)达到溶剂型金属底色漆的水平。[br] 1.2.3水性罩光漆[br] 欧洲水性罩光漆主要由水溶性甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂与水性丙烯酸树脂或醇酸树脂按适当比例配合而成。尽管水性罩光涂料在1992年已开发应用,但目前应用并不广泛,其原因除性能和价格外,主要是在各层(底漆,中涂漆,底色漆)水性涂层的基础上采用双组分溶剂型聚氨酯罩光漆的VOC排放已满足了欧洲VOC排放标准,因而在现有的涂装线上改用水性罩光漆的比例很少,仅在新建涂装线上进行试用。[br] 1.3粉末涂料[br] 粉末涂料在汽车工业中的应用,最先是用于一些装饰性要求不高的防腐蚀黑漆件,随后用作底漆(先在车身外表面涂粉末涂料,烘干后再进行电泳涂漆)及中涂漆。目前在欧洲宝马公司的Dingolfing工厂的生产线上采用了装饰性要求极高的粉末罩光涂层。[br] 其中1996年建成了日产450辆的粉末罩光涂装线,1998年又建成了日产1000辆的粉末罩光涂装线,同时停用原使用溶剂型涂料的喷漆线。[br] 该厂使用的罩光粉末涂料为丙烯酸型。该类粉末涂料在温度达到35以上即开始熔融,在较高的温度熔融的涂料具有很好的流平性,从而保证了涂膜的外观质量。因此,粉末涂料的生产,运输,贮存和施工都必须保持在20以下。[br] 粉末涂料的施工工艺为在水性底色漆(喷水性底色漆后车身通过705min的预烘干后强冷至25以下)基础上,静电喷涂粉末罩光涂料(平均粒径20m),然后与水性底色漆一起在140固化30min.[br] 一种液态双组分罩光涂料用于修补粉末涂层缺陷。[br] 2环保型涂料的施工[br] 在环保型涂料中,高固体分涂料和粉末涂料的施工与常规溶剂型涂料相同,新型的粉末罩光涂料及涂装设备均要求很高,国内近期不可能实施。[br] 本节主要对水性涂料的施工进行详细的论述。[br] 2.1水性涂料施工对温度,湿度的要求[br] 水性涂料的溶剂主体是水,水性涂料与溶剂型涂料在施工过程中挥发比率相差很大,水的挥发与环境的温度关系很大。当湿度一定时,随着温度的升高,水的挥发度增加;当温度一定时,则湿度增加,水的挥发受阻,相对湿度太大时,水分挥发很慢,施工过程中容易产生流挂等漆膜缺陷。[br] 试验证明,水性涂料施工的最佳温度为233,相对湿度为655.作为涂料使用单位的汽车厂,希望施工的范围宽一些,如温度为20~30,湿度为50~85,即使这样,喷漆室内的送风仍然必须有适当的调温调湿装置。在高温,高湿地区,喷漆室送风空调耗能是相当大的。日本和我国南方地区就属于这一类型气候。日本关西涂料公司为解决这一问题,开发了新的涂料和特种工艺,即3C1B(3涂层烘干)方式的涂装工艺。[br] 该涂装工艺的底色漆层为双涂层,在中涂层上首先喷涂一层吸水性的溶剂型底色漆(约8~10m),该层漆在2~3min的晾干过程中大部分溶剂已挥发出去,留下少量吸水性很强的醇,醚类溶剂,在其上面再涂装水性底色漆(约12m),新涂的底色漆层中的水分除部分通过湿漆膜表面挥发外,还被下层亲水的溶剂型底色漆层迅速吸收,显示出如水分蒸发状的流动特性,为此可以不受湿度的影响。在这里吸水性的溶剂型底色漆是由胺中和的水溶性丙烯酸树脂,水性氨基树脂及亲水性的有机溶剂制成。全部施工采用自动喷涂,与传统的溶剂型底色漆施工一样,第一层溶剂型底色漆层采用静电喷涂,而第二层水性底色涂层(色相相同)采用自动空气喷涂。[br] 水性底色漆层与罩光涂层是(湿碰湿)施工的,因此不管采用水性罩光漆还是溶剂型罩光漆,都存在一个预烘干的问题,即使底色漆层中的绝大部分水分,助溶剂挥发,让底色漆层固定后再喷涂罩光涂层。试验表明,底色漆层的溶剂含量(主要为水)应降低到10以下,喷涂的罩光漆才不致于将底色漆层再溶起和产生水泡,影响外观质量。在欧洲轿车涂装中,不管是金属闪光漆还是本色漆都是先喷底色漆,然后再喷罩光漆,在涂装罩光漆之前都必须预烘干底色漆,并将溶剂的残留量降到10以下。[br] 2.2水性涂料施工对设备的要求[br] 2.2.1喷涂系统[br] 水性涂料的主要溶剂是水,具有导电性,因此采用常规的带电式喷杯的静电喷涂,高压静电会从输漆系统泄漏出去,必须采用外带电方式的高速旋杯式喷涂。[br] 2.2.2输漆系统[br] 水溶性涂料与溶剂型涂料的输漆系统有差别。[br] 在静态下,水溶性涂料的粘度增加,搅拌时粘度降低。但搅拌转速(包括管内流速)太高时,对水溶性树脂的乳化具有破坏作用。[br] 水溶性树脂在乳化至水溶的过程中,粘度出现鸵峰形的曲线变化,其中曲线D代表的水性涂料加有较多的助溶剂。因此,为了适当提高施工固体分,喷涂用水性涂料不可能无限制地降低有机溶剂含量。[br] 2.3喷漆室与烘干室[br] 水性涂料施工和烘干过程中,湿度很大,对设备腐蚀很大,用镀锌钢板制造的喷漆室和烘干室用于水性涂料的施工适用期短,最好采用不锈钢板制造。[br] 水在100会急剧沸腾,导致水性涂膜起泡,因此水性涂膜烘干要求先采用低温(80左右)烘干,待水分蒸发后再升到工艺要求的烘干温度(140~150)进行烘干。[br] 3环保型涂料在国内汽车工业中的应用[br] 随着世界范围内环保要求的提高,汽车涂装水性化是大势所趋。目前上海通用轿车涂装线,上海大众新建的第二条15万辆轿车涂装线均是按水性涂料施工设计建造的,而其他轿车厂现存的涂装线都不具备水性涂料的施工条件。国内环保法规将对汽车涂装实施VOC排放限量的要求。[br] 3.1水性涂料的实施难点[br] 根据国内汽车涂装工艺及设备的现状,载货汽车的涂装为阴极电泳底漆加溶剂型本色面漆,厚度达到55m以上,有机溶剂排放量不大于70g/m2(采用自动静电喷涂),而直接采用水性本色面漆VOC含量更低。各种车下黑漆件已开始采用水性浸涂漆和喷漆,一汽车桥采用水性漆后VOC排放量由原来的120g/m2下降到80g/m2,因此载重车涂装达标问题比较容易解决。难题在于轿车涂装,特别是金属色面漆涂装对设备及施工环境要求很高。[br] 3.1.1水性中涂涂料[br] 水性中涂涂料的施工对现有设备改造的要求最少。根据国外的施工要求,除喷涂设备(限于采用静电自动喷涂),温湿度适当控制及设备外壳(要求不锈钢板,现有的镀锌钢板设备只是存在使用年限问题)等要求外,烘干室还要求先低温烘干后高温烘干。[br] 3.1.2水性面漆[br] 水性面漆包括水性底色漆,罩光漆(水性罩光漆和溶剂型罩光漆),采用湿碰湿施工,罩光漆施工之前要求底色漆的溶剂含量在10以下。常规的有机溶剂型底色漆在施工和晾干的过程中溶剂挥发率在90以上(所示),而水性底色漆在相同的条件下达不到要求,需要在喷漆室晾干区设置预烘干段。对于汽车行业现有的喷漆室,绝大多数没有足够的长度来满足改造。其他的要求与水性中涂漆相同。[br] 3.2环保涂料在汽车涂装上的应用[br] 从上面的水性涂料的实施难点来看,水性中涂漆施工主要要解决烘干问题。根据我们的试验,水性中涂漆如采用双组分水性罩光漆类似的烘干工艺,即在晾干段加热风吹干,延长升温时间(15min),保证工件达到155min,完全可以达到烘干的目的。[br] 目前国外轿车涂装主要采用电泳涂层 水性中涂层 水性底色漆层(本色和金属色) 溶剂型罩光涂层。不论本色漆还是金属色漆均采用罩光,原因是在同一条涂装线上采用同一工艺易施工。在国内,一般本色漆轿车采用电泳涂层 水性中涂层 高固体分溶剂型本色漆层就可以满足VOC的排放要求。[br] 对于金属色漆,我们按照国外的现行工艺进行水性底色漆与水性罩光漆或溶剂型罩光漆的试验,结果都是可行的。但是按照国外现行工艺,国内现有的喷漆室没有改造的余地。我们与国内某公司合作,以水性底色漆与水性罩光漆进行配套试验,采用水性底色漆晾干2min红外烘干2min吹风3min喷涂水性罩光漆的工艺。拟在喷漆室内加5min的预烘干,考虑到底色漆与罩光漆均是水性涂料,在喷漆室内加一段红外烘干也没有火灾危险性。[br] [br]