现代汽车涂料领域的新技术

近些年来全人类最关注的话题之一就是环境保护问题。为了达到环保要求, 汽车涂料正在向水性化、高固体分及粉末涂料方向发展, 其中水性化技术是最有效的途经之一, 尤其是目前最流行的金属闪光涂层, 其VOC排放量占总量的66%, 该层涂料水性化后, 整车VOC排放量可减少一半以上。本文根据目前汽车漆市场的动态, 结合实际, 介绍了一些汽车涂料领域常见最新实用的车用涂料产品及涂装技术。

新型溶剂型抗石击中涂漆和水性中涂漆

汽车中涂漆内又称二道浆、二道底漆、喷涂腻子, 中涂必须有以下几方面性能:良好的填平性、机械强度高, 尤其是柔韧性和抗冲击性卓越;抗石击性;打磨修复性好;与底、面漆结合力强;闪光漆做面漆时, 应耐紫外线;适宜的烘烤固化温度。

中涂漆一定要有良好的柔韧性和弹性以及与底、面漆有良好的结合力, 在轿车复合涂层中承担起缓冲石击破坏的作用, 防腐涂料事实上也起着决定性作用, 此时又叫做抗石击中涂。中涂在0.1MPa压力下, 用不规则的多棱角的4~5粒径铁砂冲击涂层时, 用胶带纸剥落涂层后的等级不大于2。这样的中涂漆品种有氨基醇酸、聚酯氨基、聚氨酯及水性聚酯等, 丙烯酸氨基的柔韧性和抗冲击性较差。高档旅游车和客车一般采用常温干燥的中涂, 如热塑性丙烯酸和双包装聚氨酯中涂漆。其他载重汽车则不采用中涂。

乘用或商用车的涂料体系一般由电泳底漆、中间涂料 (简称中涂) 、面漆 (底色漆+罩光清漆) 所组成。中间涂料在电泳底漆和面漆之间, 又称二道底漆或二道浆, 主要起到提高整个汽车涂层的装饰性和保护性的作用, 很重要。它的主要性能要求如下:一是与电泳底漆和面漆都应有良好的附着力;二是充填性、流平性和打磨性。电泳底漆由于其成膜机理及较低的厚度, 基本上不能改进底材的平整度。中间涂料有了良好的充填性、流平性和打磨性, 就能提高面漆的装饰性;三是机械性能。中间涂料应有良好的柔韧性和抗冲击性, 特别是抗石击碎落性。汽车在行驶过程中要受到飞石的冲击, 为防止漆膜受击碎落, 主要由中间涂料来承担整个涂层的抗石击功能;四是抗化学品性和其它性能。

为满足以上性能要求, 合理的配方设计十分重要。水性中间涂料的组成通常如下:基料树脂通常为含羟基的聚酯或聚氨酯的水分散体, 以水性氨基树脂和封闭异氰酸酯为交联剂, 能提供良好的硬度、柔韧性, 抗石击性等机械性能和其它性能。其中氨酯键的含量越高, 性能越好。颜填料中间涂料通常以中色调为主。颜料主要是金红石型钛白, 根据所要求的颜色再配以黑色或其它颜色的颜料。填料以超细沉淀硫酸钡和滑石粉为主。沉淀硫酸钡有很好的化学稳定性, 并能增加漆膜的模量, 提高漆膜的强度。滑石粉有吸收冲击能提高抗石击性和提高打磨性的作用。分散介质去离子水和适量助溶剂, 如乙二醇丁醚和二乙二醇丁醚。

目前国内汽车中涂漆存在的主要问题是抗石击性不好、光泽不稳定。国外一种新型溶剂型抗石击中涂漆配方设计要点如下:一是在氨基醇酸树脂体系的中涂漆中加入一定量的封闭型异氰酸酯, 以提高漆膜的交联度, 从而提高中涂漆的抗石击性;或加入部分环氧树脂来提高附着力;二是加入气相二氧化硅, 并将超细硫酸钡和普通沉淀硫酸钡混合使用, 从配方上调整光泽;三是加入填料 (滑石粉) 提高中涂漆的打磨性。另外, 目前欧洲部分汽车涂装线采用了水性中涂漆, 大大减少了溶剂的挥发和空气污染。

汽车新型金属闪光底漆

金属漆, 全称是金属闪光底色漆, 就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。这种效应颜料在涂膜中定向排列, 光线照过来之后通过各种有规律的反射、透射或干涉最后人们就会扯到有金属光泽的、随角度变光变色的闪光效果。金属闪光漆内含有铝粉、彩色透明颜料、合成树脂和促进铝粉定向排列的助剂。罩光清漆多由丙烯酸树脂制成, 也可将底漆中的透明颜料加入罩光漆中制成。常见的金属闪光漆为双涂层系统, 即“金属底色漆+清漆”。珍珠漆为三涂层系统, 即“纯底色漆+珍珠色漆+清漆”。常用的金属底色漆为单组分白干型, 具有快干特性。一般由热塑性丙烯酸树脂、改性树脂、闪光铝粉、助剂等组成。所谓热塑性即当达到一定温度时 (软化点) , 这种高分子材料就会从玻璃态转化为黏弹态, 其成膜仅仅靠溶剂的挥发而干燥硬固, 并无任何化学变化, 而且对同类涂料的溶剂仍具可溶性。当以同类涂料再涂装时, 会被修补用漆料的溶剂所软化, 两者融合成一体而无法还原。常用清漆为双组分聚氨酯类。

汽车新型金属闪光底漆主要有水性和溶剂型两种。溶剂型金属闪光底漆的基料有聚酯树脂、氨基树脂、共聚蜡液和CAB树脂液。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、提高体系低固体份下的黏度、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。有时底漆中还加入一点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。金属铝粉漆、纯底色漆和珍珠色漆一般为单组分白干型, 具有快干特性。由于热塑性丙烯酸树脂是一种线型结构的高分子, 在它的分子结构上不含有活性官能团, 在加热情况下, 不会自己或与其它外加的树脂交联成体型结构, 故在受热时软化, 而冷却后恢复其原来的形状, 它的成膜是靠溶剂的挥发而干燥, 并无任何化学反应, 且同类涂料的溶剂可以把它再溶解。

金属闪光底漆中铝粉、云母珠光粉和其他着色颜料一起, 构成漆膜体系的着色成分。与其他普通色漆不同的是, 金属闪光底漆因效应颜料的加入而产生随角异光异色性, 即在涂料中能随观察者的视角的变化, 呈现出不同的明度及彩度。这就要求金属闪光底漆的配色必须达到几个角度下的颜色一致, 一般要求达到3~5个角度下颜色的一致。

由于铝粉和云母珠光粉比其他多数着色颜料的密度大, 很容易沉降, 但它与一般颜料沉降不同之处是一旦发生沉降, 较容易搅拌均匀。所以每次配色时必须将铝粉浆、珠光粉浆和闪光底漆搅拌均匀。注意搅拌时速度不能太大, 否则过大剪切力将破坏效应颜料的结构。一般情况下效应颜料的加入量由所需涂层的厚度、透明度和遮盖力决定。但也不应使用过大含量的效应颜料, 因为它们会妨碍颜料的取向性, 从而造成涂层的光泽损失。在汽车涂料中, 一般用量范围为:铝粉2%~5%, 珠光粉2%~4%。由于客户一般要求闪光底漆在厚度12~15um时必须达到遮盖力的要求, 所以效应颜料一般与其他颜料配合使用。常用来配合效应颜料共同使用的颜料有炭黑、透明的有机或无机颜料如透明氧化铁红、酞菁蓝、透明耐晒紫红等。配色过程中喷板方式应正确、合适。选用带中涂色的样板, 分别喷两道金属闪光底漆, 然后湿碰湿喷罩光清漆。严格控制各层间的厚度和闪蒸时间, 这样就可保证效应颜料良好的定向排列。轿车闪光底漆一般要求金属底色漆厚为13~17um, 罩光清漆膜厚为35~45um。另外还应选用与样板一致的烘干温度、时间和喷涂压力等施工工艺。溶剂型金属闪光底漆的配方设计要点如下。

一是溶剂型金属闪光底漆的基料采用互溶性的高分子化合物具有中等交联密度, 采用物理挥发和高温烘烤的干燥方式。例如可采用氨基醇酸树脂体系, 其中加入醋酸丁酸纤维素提高表干速度, 加入有机蜡液使铝粉很好定向。此外还可加入少量聚氨酯树脂提高抗石击性能。

二是所用的溶剂一般包括以下3种。高挥发速率的溶剂:醋酸丁酯、二甲苯等挥发速率的溶剂:乙二醇丁醚醋酸酯;低挥发速率的溶剂:二乙二醇丁醚醋酸酯。

三是所用的颜料包括以下几种。着色颜料:无机颜料, 如钛白、氧化铁颜料等;有机颜料, 如酞菁蓝等。铝粉:包括细、中等、粗不同粒径的铝粉, 其外形有不规则、透镜状和银圆型。其主要作用是提供光泽的随角变化性。珠光粉:包括细、中等、粗不同的粒径, 有云母、玻璃两种材质, 主要作用是提供颜色的随角性。配制的珠光漆会产生一种银粉漆无法达到的柔和、梦幻般感觉的色彩。新型的珠光粉由云母晶片组成, 其外层包覆高折射指数的金属氧化物 (如二氧化钛、氧化铁等) 。

四是用于铝粉定向排列的聚乙烯蜡发展为采用聚酰胺蜡, 这样可提高金属底漆的防沉降性和防止产生云块状色差。

车用新型清漆

清漆又叫凡立水, 是一种不含着色物质的涂料。是由树脂为主要成膜物质再加上溶剂组成的涂料。清漆无色透明的特点可以让涂过这种涂料的物品保持原有的纹路, 漆干燥后形成光滑的薄膜。清漆可用于家具、地板、门窗及汽车等的涂装。也可加入颜料制成瓷漆, 或加入染料制成有色清漆。也用来制造瓷漆和浸渍电器, 也可用于固定素描画稿、水粉画稿等, 起一定防氧化作用, 能延长画稿的保存时间。使涂漆表面光滑透明, 展现物体原有纹理, 同时起到防止氧化、腐蚀, 起到保护作用。清漆分为油基清漆和树酯清漆两大类, 常用清漆主要有如下9大类:酯胶清漆用于涂饰木材面, 也可作金属面罩光;虫胶清漆专用于木器表面装饰与保护涂层;酚醛清漆用于涂饰木器, 也可涂于油性色漆上作罩光;醇酸清漆用于涂饰室内外金属、木材面及醇酸磁漆罩光;硝基清漆用于涂饰木材及金属面, 也可作硝基外用磁漆罩光;丙烯酸清漆用于涂饰铝合金表面;聚酯酯胶清漆白干、漆膜光亮, 用于涂饰木材面, 也可作金属面罩光;高性能清漆用于防止混凝土的炭化;氟碳清漆用于多种涂层和基材的罩面保护, 保护金属、木材、塑料、古文物、标志性建筑、仿金属外墙的罩面。

车用新型清漆主要有水性、溶剂型和粉末涂料三种。水性漆就是以水为稀释剂、不含有机溶剂的涂料, 不含苯、甲苯、二甲苯、甲醛、游离TDI有毒重金属, 无毒无刺激气味, 对人体无害, 不污染环境, 漆膜丰满、晶莹透亮、柔韧性好并且具有耐水、耐磨、耐老化、耐黄变、干燥快、使用方便等特点。可使用在木器、金属、塑料、玻璃、建筑表面等多种材质上。水性防锈漆主要是用水来做稀释剂, 不需要固化剂、稀料一些溶剂, 是区别于油性防锈漆的一种新型环保防锈防腐涂料。水性防锈漆的应用范围极为广泛, 桥梁、钢构、船舶、机电、钢材等可处处见到其身影。因其节能、环保, 不会对人体及环境造成伤害和污染, 因而深受用户欢迎, 是未来涂装行业发展的方向, 也是油性漆的替代产品。市场上常见的防锈漆主要是铁红、黑色、灰色等。透明的水性防锈漆因技术含量较高。

水溶性清漆对金属及镀层具有很强的附着力和抗氧化、防腐蚀能力, 固化使镀层表面形成透明、光亮、耐磨;水溶性清漆有韧性, 不溶于水, 耐酸碱的坚固保护膜, 具有防指纹, 防温、防潮、防酸、防碱的性能。且能耐高温, 是镀层表面防腐蚀, 防变色的最佳选择。易操作, 浸涂喷刷均可, 本品黏度大, 操作时根膜层厚度可按1体积:1~10清水浓度使用。中性盐雾测试可达6~12小时不长锈, 配好工作液后要充分搅拌工作液方可使用。

汽车清漆层能增加漆的亮度和反光度, 以及用以保护色漆层。清漆的特点主要有以下四点:一是清漆美观, 光泽度很高, 但易出现划痕。如果洗车后用稍有些发硬的毛巾或麂皮去擦车, 就会发现发丝划痕;二是目前原厂采用的清漆材料主要为高温固化的单组分漆:聚氨酯或聚酯, 修补漆常用的清漆材料主要为自然固化的双组分丙烯酸酯类;三是清漆一般含有减少紫外线照射的保护功能, 只要清漆层完好无损, 它可有效延缓色漆的老化;四是清漆比普通漆更易受到环境污染的侵蚀。有害物质的来源包括:车尾气中放出的二氧化碳的炭黑及飞机航空油中飘落的杂物有酸雨、酸雾、酸雪等。这些杂物一旦落在车上, 加上空气中的水份, 就变成腐蚀清漆的酸性溶液。稍一加温, 便开始发生化学反应, 侵蚀汽车漆的保护层。一次、两次并不明显, 但若长期不做护理, 最终这种化学反应会侵蚀到色彩层、底漆层和金属。

车用清漆主要是配合底色漆使用是罩光透明清漆, 在工艺上它与底色漆是不可分的, 一般先喷底色漆, 然后再喷清漆, 清漆为底色漆提供光泽和保护层。底色漆一般是金属闪光漆, 漆膜不能过厚 (一般为10~15微米) 否则将影响闪光效果。清漆层的厚度一般为35~45微米) , 分为自干型和烘干型。原厂涂装一般为高温烤漆, 烘烤温度在120~150℃, 时间为0.5h。自干型清漆一般用于维修行业, 它既能在室温下自然干燥, 也能低温烘烤, 烘烤温度可设定为50~80℃。

清漆位于汽车整个漆膜的最外层, 因此, 对其外观和性能 (诸如丰满度、耐划伤性、抗石击性、耐候性和耐腐蚀性等) 要求很高。最新清漆配方通过以下方法来提高上述性能。一是加入防流挂树脂来提高漆膜厚度, 从而提高丰满度。防流挂树脂的加入使清漆外观呈乳白浑浊状, 但一经烘干即变成无色透明的漆膜。现在市场上有多种防流挂树脂, 如阿克苏公司防流挂丙烯酸树脂, 其原理为树脂分子链上设计许多非常短的支链来起到防流挂作用;二是加入活性较高的树脂提高漆膜的交联度, 从而提高漆膜的抗石击性和耐划伤性。另一方面, 目前在国外生产和使用水性汽车涂料已形成规模, 大大减少了有机溶剂的挥发和对大气的污染, 有利于环境保护。