水性漆——相关使用知识(上)

涂料是可以通过浸涂、刷涂和喷涂等不同的施IT艺涂覆在物件表面，形成具有保护、装饰或者特殊功能的固态薄膜的材料。由于汽车上采用了大量金属材料，因此涂装成为了金属材料普遍应用的重要防腐措施。了解掌握涂料的分类、性能、操作工艺及成膜原理等方面的知识，才能确保汽车的涂装质量。

1.水性漆发展历史

汽车涂料发展初期，人们把一些天然物质如松油、亚麻仁油和碳黑等配成油漆刷涂到车身上，刷涂一部车大约需要1个月时间，严重限制了汽车批量生产。1924年，随着硝基漆的发明，油制涂料被取代，由于硝基漆使用简单，干燥快，能使涂装周期大大缩短，汽车工业化的涂装瓶颈得到解决，所以迅速得到广泛使用。二战后，醇酸合成树脂的汽车涂料也开始被广泛使用，这种涂料覆盖性好，具有良好的光泽，而且耐候性能也比之前的涂料好。

20世纪60年代，汽车原厂漆领域发明了电泳底漆、氨基高温烤漆，聚氨酯高温烤漆等，涂膜亮度、硬度以及耐候性得到进一步提升。单组份的丙烯酸风干漆开始应用于修补漆市场，由于其干燥快，使用简单，光泽和耐候性能都比硝基漆好，所以受到喷漆技师的欢迎。

20世纪70年代，汽车修补漆得到重大发展。双组份的聚氨基丙烯酸修补漆被研发出来，由于其光泽、耐候性和整体质量可以跟汽车生产用涂料相媲美，故成为汽车维修喷漆的主要涂料。

从20世纪70年代开始，汽车颜色也越来越丰富。金属漆和珍珠漆逐渐被应用在汽车上，满足了人类日渐丰富的个性化需求。到了20世纪80年代，随着各国对环保的日益重视，涂料的研发开始以环保为核心和方向，低碳环保的高固体成分涂料开始得到了广泛应用。

1986年，水性汽车漆被发明，并在汽车制造厂首先投入使用，1992年开始在汽车修补漆市场投入使用。2004年，欧盟颁布针对汽车修补和建筑装饰涂料为主的PPD法规，管理较之前法规更为具体、严格，适应于涂料生产厂家及进口商，要求其将符合法律的产品投入市场，且VOC（Volatile Organic Compounds，挥发性有机化合物）的含量必须打印在产品标签上，以识别产品是否符合规定。

PPD法规根据产品的不同分类，设立了不同的VOC排放最高限量，从而对汽车修补漆提出了更高的环保要求，如面漆（底色漆、清漆）的VOC限量为420 g/L，底色漆必须全部转换水性色漆方能达到PPD的该项标准。该法规于2007年1月1日正式生效，自此欧盟国家开始全面使用水性汽车修补漆。

美国加州空气资源委员会（CARB）自2008年了月起，在加利福尼亚州开始实施较之前1151法令更为严格CARB法规。和欧盟PPD法规类似，CARB法规要求产品外包装上要有揭示该产品VOC排量的信息。由于美国各州的环境污染情况不同，各州又制订各自的州法规。

继美国之后，加拿大（2010年，CARB法规）、韩国（2010年在首尔，2012年在全国）及香港（2011年10月正式生效）也相继实施限制VOC排放的环保法规，其中香港的环保法规更为严格，严格程度甚至赶超欧美。

中国虽然目前还没有制订限制VOC排放的环保法规，但是首个明确规定汽车涂料中重金属、限用溶剂和VOC含量的中国国家标准GB24409-2009《汽车涂料中有害物质限量》，已于2009年9月30日发布，并已于2010年6月1日开始正式实施。这标志着我国对于汽车高温漆及汽车修补漆的有害物质开始提出了明确限量要求。

2.水性漆在环保方面的作用

GB 24409-2009中对溶剂型汽车涂料、水性（含电泳涂料）、粉末及光固化涂料中的有害物质，包括重金属、挥发性有机化合物和限用溶剂含量等，给出了明确限量（参见本刊2020年第10期《水性漆——环保法规介绍》一文中表2和表3）。

通过涂料中有害物质限量要求可以看出，GB 24409-2009中所明确列出的以下限用溶剂，毒性越强，限量就越低。

①苯≤0.3。

②甲苯、乙苯和二甲苯总量≤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总量≤0.03。

以苯为例，苯属于强烈毒性有机溶剂，到一定剂量即可抑制骨髓造血功能，而且苯对神经系统也有一定损害。因此涂料生产厂商大多不使用苯作为有机溶剂。

随着我国对环境保护的不断重视，国家有关部门及地方政府都在积极引导企业使用水性漆。例如交通运输部于2012年推出的交通运输节能减排专项资金，使用水性漆、无尘干磨设备等绿色喷涂技术的维修企业可以获得补贴。另外，一些大的汽车生产厂商及涂料生产厂商也在积极引导，使用水性漆的用户数量每年都在成倍增长。水性漆的使用，极大减少了有机溶剂对人类生存环境及从业人员健康带来的危害，将汽车修补涂料带入划时代的水性时代。

（1）VOC排放的危害

随着汽车保有量的不断加大，城市道路拥挤越来越明显，交通事故的发生率也会越来越高，汽车涂料的用量也在不断增长。控制汽车修补VOC排放是全球大势所趋，世界各国相继制订了相关法规以限制涂料中VOC的排放量。为什么汽车涂料中挥发性有機化合物（VOC）的排放会对环境造成重要影响？

目前国际上对涂料中VOC的定义，通常将涂料产品中在常压下沸点不大于250℃的任何有机化合物，都定义为挥发性有机化合物（VOC）。在我国VOC被定义为101.3kPa标准大气压下，任何初沸点低于或等于250℃的有机化合物。

包括汽车涂料在内，各类涂料在其干燥过程中溶剂会完全挥发到大气中。所有有机溶剂均可被视作VOC，常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯和三氯乙烯等。VOC有两大类危害，如表1所示。

（2）水性漆降低VOC的优势

水性漆是以去离子水为主要溶剂、VOC含量较低的绿色环保产品，优点是对环境、人类健康的危害比较小，且不易燃。传统油性溶剂型油漆则以有机溶剂为主，易燃，含有较多的化学性挥发物质。

最为有效和直接降低VOC的方法就是使用水性漆。目前很多汽车生产厂已经全部使用水性电泳底漆、水性底色漆，由于高固体份溶剂型中涂底漆和清漆中VOC含量低，能满足VOC排放要求，所以汽车生产厂一般使用高固体份溶剂型中涂底漆、高固体份溶剂型清漆。水性中涂底漆、水性清漆或粉末清漆也有少数汽车生产厂在使用。国内目前使用水性漆的汽车厂商已近20家，并且近几年新建的生产线基本都是使用水性电泳底漆、水性底色漆和低VOC排放的溶剂型中涂底漆、清漆。

在汽车修补漆领域，使用水性漆也已经有20余年历史。由于底色漆VOC排放占到所有汽车修补漆VOC排放的近50%，而且高固体份含量的中涂底漆、清漆，其VOC含量已能满足全球所有的限制VOC排放的环保法规，如果以单位面积所产生的VOC来衡量，使用水性底色漆配合高固体含量HS清漆，减少VOC排放可达75.6%。故全球汽车修补漆领域主要推广和广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机溶剂克数来度量，单位为g/L。较好的溶剂型底色漆VOC约为750g/L，溶剂型清漆的VOC约为560g/L，而水性底色漆的VOC为100g/L。水性底色漆中所含VOC只有10%左右，而溶剂型底色漆中所含VOC达70%左右。

使用水性漆不只是减少VOC排放，对于喷漆技师也有很大好处。因为汽车涂料中最主要的挥发性有机化合物就是有机溶剂，而有机溶剂会对人体健康造成不良影响。使用水性底色漆可降低喷漆技师职业健康风险，另外也会减少喷漆维修过程中有机溶剂对车辆内部的污染和影响，有利于驾乘人员的身体健康。

如果以每周平均混合4L底色漆的车间为例，使用水性修补漆每年可以减少约115 kg的VOC排放，相当于100多辆车一整年的尾气排放量。

每年全球有超过60个国家、数以万计的汽车修理厂实现从传统溶剂型涂料到水性修补漆的转换，帮助减少超过上万吨的VOC和百余种其他有害物质的排放。

（待续）