水性漆——相關使用知識(上)

涂料是可以通過浸涂、刷涂和噴涂等不同的施IT藝涂覆在物件表面，形成具有保護、裝飾或者特殊功能的固態(tài)薄膜的材料。由于汽車上采用了大量金屬材料，因此涂裝成為了金屬材料普遍應用的重要防腐措施。了解掌握涂料的分類、性能、操作工藝及成膜原理等方面的知識，才能確保汽車的涂裝質量。

1.水性漆發(fā)展歷史

汽車涂料發(fā)展初期，人們把一些天然物質如松油、亞麻仁油和碳黑等配成油漆刷涂到車身上，刷涂一部車大約需要1個月時間，嚴重限制了汽車批量生產。1924年，隨著硝基漆的發(fā)明，油制涂料被取代，由于硝基漆使用簡單，干燥快，能使涂裝周期大大縮短，汽車工業(yè)化的涂裝瓶頸得到解決，所以迅速得到廣泛使用。二戰(zhàn)后，醇酸合成樹脂的汽車涂料也開始被廣泛使用，這種涂料覆蓋性好，具有良好的光澤，而且耐候性能也比之前的涂料好。

20世紀60年代，汽車原廠漆領域發(fā)明了電泳底漆、氨基高溫烤漆，聚氨酯高溫烤漆等，涂膜亮度、硬度以及耐候性得到進一步提升。單組份的丙烯酸風干漆開始應用于修補漆市場，由于其干燥快，使用簡單，光澤和耐候性能都比硝基漆好，所以受到噴漆技師的歡迎。

20世紀70年代，汽車修補漆得到重大發(fā)展。雙組份的聚氨基丙烯酸修補漆被研發(fā)出來，由于其光澤、耐候性和整體質量可以跟汽車生產用涂料相媲美，故成為汽車維修噴漆的主要涂料。

從20世紀70年代開始，汽車顏色也越來越豐富。金屬漆和珍珠漆逐漸被應用在汽車上，滿足了人類日漸豐富的個性化需求。到了20世紀80年代，隨著各國對環(huán)保的日益重視，涂料的研發(fā)開始以環(huán)保為核心和方向，低碳環(huán)保的高固體成分涂料開始得到了廣泛應用。

1986年，水性汽車漆被發(fā)明，并在汽車制造廠首先投入使用，1992年開始在汽車修補漆市場投入使用。2004年，歐盟頒布針對汽車修補和建筑裝飾涂料為主的PPD法規(guī)，管理較之前法規(guī)更為具體、嚴格，適應于涂料生產廠家及進口商，要求其將符合法律的產品投入市場，且VOC（Volatile Organic Compounds，揮發(fā)性有機化合物）的含量必須打印在產品標簽上，以識別產品是否符合規(guī)定。

PPD法規(guī)根據(jù)產品的不同分類，設立了不同的VOC排放最高限量，從而對汽車修補漆提出了更高的環(huán)保要求，如面漆（底色漆、清漆）的VOC限量為420 g/L，底色漆必須全部轉換水性色漆方能達到PPD的該項標準。該法規(guī)于2007年1月1日正式生效，自此歐盟國家開始全面使用水性汽車修補漆。

美國加州空氣資源委員會（CARB）自2008年了月起，在加利福尼亞州開始實施較之前1151法令更為嚴格CARB法規(guī)。和歐盟PPD法規(guī)類似，CARB法規(guī)要求產品外包裝上要有揭示該產品VOC排量的信息。由于美國各州的環(huán)境污染情況不同，各州又制訂各自的州法規(guī)。

繼美國之后，加拿大（2010年，CARB法規(guī)）、韓國（2010年在首爾，2012年在全國）及香港（2011年10月正式生效）也相繼實施限制VOC排放的環(huán)保法規(guī)，其中香港的環(huán)保法規(guī)更為嚴格，嚴格程度甚至趕超歐美。

中國雖然目前還沒有制訂限制VOC排放的環(huán)保法規(guī)，但是首個明確規(guī)定汽車涂料中重金屬、限用溶劑和VOC含量的中國國家標準GB24409-2009《汽車涂料中有害物質限量》，已于2009年9月30日發(fā)布，并已于2010年6月1日開始正式實施。這標志著我國對于汽車高溫漆及汽車修補漆的有害物質開始提出了明確限量要求。

2.水性漆在環(huán)保方面的作用

GB 24409-2009中對溶劑型汽車涂料、水性（含電泳涂料）、粉末及光固化涂料中的有害物質，包括重金屬、揮發(fā)性有機化合物和限用溶劑含量等，給出了明確限量（參見本刊2020年第10期《水性漆——環(huán)保法規(guī)介紹》一文中表2和表3）。

通過涂料中有害物質限量要求可以看出，GB 24409-2009中所明確列出的以下限用溶劑，毒性越強，限量就越低。

①苯≤0.3。

②甲苯、乙苯和二甲苯總量≤40。

③乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯和二乙二醇丁醚醋酸酯總量≤0.03。

以苯為例，苯屬于強烈毒性有機溶劑，到一定劑量即可抑制骨髓造血功能，而且苯對神經系統(tǒng)也有一定損害。因此涂料生產廠商大多不使用苯作為有機溶劑。

隨著我國對環(huán)境保護的不斷重視，國家有關部門及地方政府都在積極引導企業(yè)使用水性漆。例如交通運輸部于2012年推出的交通運輸節(jié)能減排專項資金，使用水性漆、無塵干磨設備等綠色噴涂技術的維修企業(yè)可以獲得補貼。另外，一些大的汽車生產廠商及涂料生產廠商也在積極引導，使用水性漆的用戶數(shù)量每年都在成倍增長。水性漆的使用，極大減少了有機溶劑對人類生存環(huán)境及從業(yè)人員健康帶來的危害，將汽車修補涂料帶入劃時代的水性時代。

（1）VOC排放的危害

隨著汽車保有量的不斷加大，城市道路擁擠越來越明顯，交通事故的發(fā)生率也會越來越高，汽車涂料的用量也在不斷增長?？刂破囆扪aVOC排放是全球大勢所趨，世界各國相繼制訂了相關法規(guī)以限制涂料中VOC的排放量。為什么汽車涂料中揮發(fā)性有機化合物（VOC）的排放會對環(huán)境造成重要影響？

目前國際上對涂料中VOC的定義，通常將涂料產品中在常壓下沸點不大于250℃的任何有機化合物，都定義為揮發(fā)性有機化合物（VOC）。在我國VOC被定義為101.3kPa標準大氣壓下，任何初沸點低于或等于250℃的有機化合物。

包括汽車涂料在內，各類涂料在其干燥過程中溶劑會完全揮發(fā)到大氣中。所有有機溶劑均可被視作VOC，常見的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯和三氯乙烯等。VOC有兩大類危害，如表1所示。

（2）水性漆降低VOC的優(yōu)勢

水性漆是以去離子水為主要溶劑、VOC含量較低的綠色環(huán)保產品，優(yōu)點是對環(huán)境、人類健康的危害比較小，且不易燃。傳統(tǒng)油性溶劑型油漆則以有機溶劑為主，易燃，含有較多的化學性揮發(fā)物質。

最為有效和直接降低VOC的方法就是使用水性漆。目前很多汽車生產廠已經全部使用水性電泳底漆、水性底色漆，由于高固體份溶劑型中涂底漆和清漆中VOC含量低，能滿足VOC排放要求，所以汽車生產廠一般使用高固體份溶劑型中涂底漆、高固體份溶劑型清漆。水性中涂底漆、水性清漆或粉末清漆也有少數(shù)汽車生產廠在使用。國內目前使用水性漆的汽車廠商已近20家，并且近幾年新建的生產線基本都是使用水性電泳底漆、水性底色漆和低VOC排放的溶劑型中涂底漆、清漆。

在汽車修補漆領域，使用水性漆也已經有20余年歷史。由于底色漆VOC排放占到所有汽車修補漆VOC排放的近50%，而且高固體份含量的中涂底漆、清漆，其VOC含量已能滿足全球所有的限制VOC排放的環(huán)保法規(guī)，如果以單位面積所產生的VOC來衡量，使用水性底色漆配合高固體含量HS清漆，減少VOC排放可達75.6%。故全球汽車修補漆領域主要推廣和廣泛使用的是水性底色漆。

VOC如何度量？它是以每升油漆中所含的有機溶劑克數(shù)來度量，單位為g/L。較好的溶劑型底色漆VOC約為750g/L，溶劑型清漆的VOC約為560g/L，而水性底色漆的VOC為100g/L。水性底色漆中所含VOC只有10%左右，而溶劑型底色漆中所含VOC達70%左右。

使用水性漆不只是減少VOC排放，對于噴漆技師也有很大好處。因為汽車涂料中最主要的揮發(fā)性有機化合物就是有機溶劑，而有機溶劑會對人體健康造成不良影響。使用水性底色漆可降低噴漆技師職業(yè)健康風險，另外也會減少噴漆維修過程中有機溶劑對車輛內部的污染和影響，有利于駕乘人員的身體健康。

如果以每周平均混合4L底色漆的車間為例，使用水性修補漆每年可以減少約115 kg的VOC排放，相當于100多輛車一整年的尾氣排放量。

每年全球有超過60個國家、數(shù)以萬計的汽車修理廠實現(xiàn)從傳統(tǒng)溶劑型涂料到水性修補漆的轉換，幫助減少超過上萬噸的VOC和百余種其他有害物質的排放。

（待續(xù)）