我国汽车涂料发展概况及聚氨酯涂料的应用
2022-05-19 15:57 浏览:268
我国汽车涂料发展概况及聚氨酯涂料的应用
郑晨（全国涂料工业信息中心，江苏常州213016）
季建宏（江苏奥喜埃化工有限公司，江苏泰兴225434）
0 引言
据相关数据表明，2007 年我国机动车保有量达到1.598亿辆，国产汽车产销量分别达到888.24 万辆和879.15 万辆。中国已成为全球第三大汽车生产国和第二大新车消费国，并以22%的年增长率快速发展。因此，中国汽车涂料产业有着巨大的市场发展空间。发达国家的汽车涂料一般占该国涂料产量的20%以上，中国只有6.6%，这主要是由于国内汽车涂料在质量和品种上与国外相比还存在较大的差距，很多时候主要依赖进口涂料或以进口的半成品及原材料配制的产品为主。从分布来看，我国涂料行业的主要分布区域依然是长江三角洲地区、珠江三角洲、环渤海地区，据统计上述三个地区就占了全国涂料行业91%的份额。说明了包括汽车涂料市场在内的涂料行业进一步向具有科技优势及经济优势的企业和地区集中，重心依旧偏向于东南沿海，同时东西差距还进一步拉大。从20 世纪90 年代开始，欧美汽车厂为环保达标采用环保型汽车涂料替代传统的有机溶剂型汽车涂料。到2001 年已采用水性中涂、底色漆的轿车分别已占总产量的份额为：北美7%和43%；欧洲32.5%和36%。其中德国已基本实现水性化，中涂占80%，底色漆占93%。而在亚洲采用水性底色漆的轿车只占1.5%。环保型汽车涂料市场还将有着巨大的发展前景。
1 我国汽车涂料现状
我国车用涂料工业伴随汽车产业的发展也在不断壮大，自2004 年至2006 年，我国涂料总产量增长了86%，从360万t 增长到570 万t。其中车用涂料从23 万t 增长到37.1 万t。2007 年全国涂料总产量约为670 万t，其中车用涂料占6.6%，达到44.5 万t，增长率为20%，见图1 和表1 所示。
图1 近年来我国汽车涂料产量增长
仅汽车涂料(不包括农用车、摩托车等其他车用涂料)的需求量近两年将以8%的速率增长，2007-2010 年汽车工业对涂料的需求如表2 所示。
表2 汽车工业用涂料的需求预测
随着科技进步和汽车涂层质量要求的提高，我国汽车涂料已实现了4 次大的更新换代。现用的第四代汽车涂料是以第4、5 代阴极电泳涂料，耐酸雨、抗划伤性的优质丙烯酸树脂涂料、丙烯酸聚氨酯涂料，面漆颜色为金属色和本色，适应轿车三层涂装体系的涂料等为代表。汽车车身多道涂层示意图见图2。
目前，在我国环保型汽车涂料开始采用，如无铅无锡的阴极电泳涂料涂装线增加；天津一汽丰田、上海通用等新建的轿车车身涂装线采用了水性底色漆；汽车零部件开始采用粉末涂料涂装工艺。
1.1 车身用涂料
(1) 底漆
底漆的作用：一是防止金属表面的氧化腐蚀；二是增强金属表面与腻子（或面漆）、腻子与面漆之间的附着力。目前国内汽车底漆90%以上采用阴极电泳漆，阴极电泳漆在耐腐蚀方面基本能满足需求，但在耐候性、可低温烘烤性、可中厚膜涂装以及更低溶剂含量、无铅无锡等方面还有待开发。
(2) 中涂
目前新车原始涂装一般采用二道底漆作为中间涂层。它所选用的基料与底漆和面漆所用基料相似，这样就可保证达到与上下涂层间牢固的结合力和良好的配套性。该二道中涂主要采用聚酯树脂、氨基树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂和粘结树脂等作为基料；颜料和填料选用钛白、炭黑、硫酸钡、滑石粉、气相二氧化硅等。二道中涂一般固体分高，可以制得足够的膜厚（大约40μm）；机械性能好，尤其是具有良好的抗石击性；另外还具有表面平整、光滑，打磨性好，耐腐蚀性、耐水性优良等特点，对汽车整个漆膜的外观和性能起着至关重要的作用。为确保抗石击性，使用聚烯烃或聚氨酯树脂涂料作为环保型的中涂，已有水性涂料和粉末涂料在汽车中涂漆中应用。
(3) 面漆
面漆涂装后的外观更重要，要求漆膜外观丰满、无橘皮、流平好、鲜映性好，从而使汽车车身具有高质量的协调和外形。另外，面漆还应具有足够的硬度、抗石击性、抗划伤性、耐化学品性、耐污性、防腐性及优异的耐候性等，使汽车外观在各种条件下保持不变。
随着汽车工业的飞速发展，汽车用面漆在近50 年来经历了无数次质的变化。目前高档汽车和轿车车身主要采用氨基树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、中固聚酯等树脂为基料，选用色彩鲜艳、耐候性好的有机颜料和无机颜料。另外添加一些助剂如紫外吸收剂、流平剂、防缩孔剂、电阻调节剂来达到更满意的外观和性能。使面漆各种机械性能、耐候性、耐化学品性和耐污性等都有了显著的提高，大大改善了面漆的保护性能。进入90 年代以来，为执行全球性和地区环保法，减少汽车面漆挥发分的排放量，开始研究探索和采用水性汽车面漆，目前一些西方发达国家的新建
车涂装线上，已经采用了水性汽车面漆，国内基本上还处于溶剂型汽车面漆阶段。今后的发展方向是耐划伤、耐酸雨、高固体分、粉末等环保型品种。
金属闪光底色漆
底色漆，是作为中涂层和罩光清漆层之间的涂层所用的涂料。它的主要功能是着色、遮盖和装饰作用。金属闪光底漆的涂膜在曝光照耀下具有鲜艳的金属光泽和闪光感，给整个汽车添装诱人的色彩。金属闪光底漆之所以具有这种特殊的装饰效果，是因为该涂料中加入了金属铝粉或珠光粉等效应颜料。这种效应颜料有金属光泽的、随角度变光变色的闪光效果。溶剂型金属闪光底漆的基料有聚酯树脂、氨基树脂，采用共聚蜡液和CAB 树脂液作为助剂。其中聚酯树脂和氨基树脂可提供烘干后坚硬的底色漆漆膜，共聚蜡液使效应颜料定向排列，CAB 树脂液主要是用来提高底色漆的干燥速度、提高体系低固体分下的黏度、阻止铝粉和珠光颜料在湿漆膜中杂乱无章的运动和防止回溶现象。底漆中加入聚氨酯树脂来提高抗石击性能。
目前国内汽车涂装线一般采用溶剂型闪光底色漆，而在一些西方发达国家已经大量使用水性底色漆。金属闪光漆水性化是必然的趋势，技术也已成熟，能很快推广应用。通用汽车公司预计，2020 年前全球大部分汽车厂会采用水性金属闪光漆。
罩光清漆
丙烯酸氨基清漆是罩光清漆的主流，但受酸雨的侵蚀涂膜损坏严重。近年来，在欧洲使用双组分丙烯酸聚氨酯+异氰酸酯和氨基甲酸酯固化方法作为耐酸雨的对策。为降低VOC 排放量问题，欧洲率先使用粉末涂料涂装罩光清漆。
1.2 汽车塑料件用涂料
汽车塑料件用涂料主要集中在装饰性能上，过去依靠在塑料的母料中填加颜料着色的方法，随着审美需要越来越高，已经不能满足使用要求，因而需进行更多的二次表面加工，以达到越来越高的性能。
1.3 汽车修补涂料
随着汽车保有量增大，我国也快速形成了汽车修补涂料市场。汽车修补涂装与工厂生产线不同，不能按规定工艺作料。再加上是局部修补和整车不能承受高温烘干，只能选用低温烘干或自干系列涂料。代表性品种为双组分聚氨酯漆、双组分丙烯酸聚氨酯漆、双组分环氧树脂漆等。低温烘干涂料在汽车漆、修补漆及塑料件用漆中都已成为主流。汽车修补涂料市场发展空间广阔。今后应该努力适应环保要求，开发水性技术。国内厂商应该关注配色和调色环节的问题，这样才能在高端市场争得一席之地。
1.4 汽车涂料发展动向
世界汽车车身用涂料的发展趋势如表3。
(1) 目前汽车车身采用干粉态或浆液态粉末涂料涂装已获成功，它们或作为底漆、单层涂料，或作为罩光面漆，主要有环氧聚酯混合型、聚酯型、聚氨酯型和丙烯酸型等。
(2) 应该集中推进调色技术，因为色彩也是消费者最关心的方面，提供与众不同的配色也一定会拥有更多的市场份额。近些年来在汽车涂料制造领域中，对于珠光颜料、金属效果颜料、随角异色颜料、高反射颜料的需求不断增加，也正是说明涂料色彩的整体变化。另一方面，随着近年来中国国内和世界国际对环境保护和气候保护的措施不断增强，传统的颜料生产也越来越受到限制，环保低毒，甚至无毒的颜料生产工艺也将成为未来颜料生产工艺的最大变化特点。
(3) 符合环保法规要求，汽车涂料正朝更加注重环境保护、减少污染和提高整车外观装饰效果的方向发展。涂装工艺趋向于多层复合涂装。各种涂料配套的汽车涂装工艺体系只有采用水性中涂、水性底色漆的体系与双组分高固体分罩光清漆、水性罩光清漆或粉末罩光清漆才能使有机溶剂（VOC）排放量达到环保要求（35 g/m 2 以下）。
(4) 通过纳米技术的研究可以使涂料进一步减少稀释剂的用量，从而减少整车涂料用量。汽车涂料的纳米技术现在已经有了很大的进展，涂料供应商有可能减少涂层厚度、降低成本、提高效率，从而使企业赢得更多的汽车涂料市场。
2 聚氨酯(PU)汽车涂料的应用
