汽车涂料要求在不断提高装饰性和防腐蚀能力的同时，还要尽可能降低对环境的污染。本文全面阐述了预处理材料、阴极电泳漆、PVC涂料、中涂和面漆以及全息效果涂料等在装饰性和防腐蚀能力这两方面的研发现状及趋势。同时文章还指出，各大涂料公司纷纷组建色彩研究所，越来越重视色彩研究。

汽车的使用环境较差，要保证薄钢板制成的车身6～12年不锈穿，车身的涂装起着至关重要的作用。为此，各大汽车厂纷纷选择最新的涂装材料、最优的涂装工艺和最好的涂装设备，并通过严格管理，生产出光彩照人、经久耐用的轿车，以期更好地占领市场。轿车涂装代表了涂装的最高水平和发展方向。传统的预处理、电泳工艺产生大量的废水，中涂、面漆会产生废渣和大量的挥发性有机化合物（VOC）。随着环保呼声的日渐增高，传统的溶剂型涂装材料将逐渐被淘汰。

预处理材料

在汽车车身预处理过程中，会排放大量的废水，其排放量约占油漆车间总排放量的80%左右，同时还会排放大量的磷化渣。因此，减少排放、降低污染以及低温节能、长寿命是预处理材料开发研究的重要课题和发展方向，具体表现在以下几个方面：

● 脱脂剂的开发主要集中在选择优质的生物可降解的表面活性剂，以提高去油能力和水洗效果、减少漂洗水、降低COD排放。无机盐尽可能不选用磷酸盐，当今日本发展无磷、无氮脱脂剂，降低废水处理负荷、减少海水富营养化。液体脱脂剂因无粉尘产生、使用方便、漂洗水少而成为一种新潮流。国外先进汽车生产线大多采用液体脱脂剂，国内仅有少数大型汽车生产线采用，其特点是碱性低、浓度低。

●液体表调剂由于其槽液在50℃时，磷酸肽胶体依然稳定，可用滴加泵直接补充槽液而不必换槽。用固体表调剂配制的槽液，由于胶体颗粒的稳定性较差，通常每两周就必须更换一次，污水排放量较大，正迅速被液体表调剂所替代。

●磷化液的发展主要集中在无硝酸盐和无镍两个方面。亚硝酸盐为传统的促进剂，会自行分解且易生成有致癌作用的亚硝酸铵。人们不断对促进剂进行改进，使用过氧化氢做促进剂，其分解后的产物为水，环境效果十分理想，但不易控制。用羟氨基化合物作为促进剂，成本较高，且会降解释放出氨气。最新开发的CN4有机促进剂是一种比较理想的、值得推广的促进剂，其具有稳定、成膜好、控制范围宽等特点。镍是一种有毒的重金属，在磷化液中取消镍而不降低磷化膜的防腐蚀能力，是磷化液开发研究中取得的最新进展。目前已有个别汽车生产线投入使用，今后会迅速发展。

●钝化用的六价铬是一种剧毒物质，并有致癌作用。因此无铬钝化发展迅速，可以分成有机聚合物钝化液和无机钝化液，比较成功的是六氟化锆钝化液，钝化效果好，废水处理也十分容易。

● 随着汽车工业的发展，为了增加车身的防腐能力，镀锌钢板将逐渐替代冷轧钢板。由于镀锌钢板在预处理过程中容易产生白锈且不易控制，因此人们开发出一种代替预处理工艺的有机涂层，它可以在钢板上直接涂覆且具有导电性，能够直接进行电泳施工。

阴极电泳漆

电泳漆是最早开发的水性涂料，其主要特点是涂装效率高、经济、安全、污染轻，可实现完全自动化管理。经过20多年的发展，目前第五代阴极电泳漆已在世界各大汽车厂的生产线上有了广泛应用。PPG公司开发的第六代产品ED6350已经投放市场，第七代产品已开始商业化，实验室内已成功地开发出第八代产品，更新一代产品的开发也已经开始。新一代电泳漆的主要特点是泳透率高、颜基比低、边角覆盖效果好、无铅无锡。

各公司的第五代阴极电泳漆的泳透率均有较大幅度的提高，使用4板箱式法测定，当表面膜厚相同时，比较G面的膜厚，可以提高30%～40%。PPG公司的第六代产品可以提高50%左右。如果用福特盒法测定，按高度计算HERBERS公司的EC3000和PPG公司的ED6350均可达到100%。这样当内腔膜厚达到一定要求时，外表膜厚可以减少3～4μm，涂料的使用量可以减少12.8%。

油漆中的惰性颜料大大减少，颜基比降低。PPG公司的ED5的树脂和颜料的比例可以达到10:1，从而提高了流动性，降低了沉淀速率，减少颜料絮凝和软泥产生及泵的磨损，膜比重一般可以从1.47g/cm3降到1.35g/cm3。BASF公司的CG500的膜比重可以降到1.3g/cm3，从而降低了材料的消耗。

边角耐蚀性好的电泳漆发展迅速。由于电化学作用和固化收缩，造成锐尖边角或毛口处的涂层特别薄，甚至几乎没有，从而形成这些部位的早期腐蚀，新一代的电泳漆通过添加有机高聚物和无机添加剂，提高了锐边的耐蚀性。用刀片在同样条件下涂装后进行盐雾实验，当常用电泳漆已产生100个锈点时，高边角效应的电泳漆尚无锈点产生。BASF公司的Cathoguard250是典型的高边角效应电泳漆，PPG公司的ED5和Herberts公司的EC3000的边缘覆盖效果也十分理想。

无铅无锡阴极电泳漆是发展过程中一大重大改进。铅是一种毒性很强的元素，但在电泳漆的防腐蚀催化、钝化和加速交联等方面有重要作用。要去除铅和与其性能相似的锡是一个很难的课题。Herberts公司在这方面位居前列。欧洲的不少电泳涂装线均已使用EC3000无铅无锡电泳漆。日本的立邦涂料Power NICS和BASF的CG310也不含铅，但含锡。PPG通过改进树脂去除了铅，各种性能试验表明，其性能与含铅电泳漆相比毫不逊色。

双层电泳漆的开发成功是涂装过程的一大革新。因为通过二次电泳，目前使用的中涂完全被省略了，从而简化了工艺、减少了人员，使得油漆利用率最高可达98%，并且进一步提高了车身的抗腐蚀能力，降低了成本。目前研制成功的双层电泳工艺如表1所示。

Herberts公司的双层电泳漆EC5000已在汽车零配件厂和个别整车生产线上使用。PPG公司也开发了类似的产品，有些产品第二层的涂膜最厚可达40μm左右。

此外，降低电泳漆的烘干温度，可以节省能源并降低加热减量，从180℃/30min的烘干条件降到150～160℃/10min的CED已实现，120～140℃固化的电泳漆正在探索中。加热减量从15%左右降到了4%以下。溶剂的含量从2%～3%降到了0.4%～0.8%，大大降低了VOC排放，用无机盐代替有机酸可以防止细菌的生长。

UF超滤膜技术的开发利用，使电泳漆涂装线实现半封闭的循环清洗，提高了电泳漆的利用率。反渗透技术已在水处理方面收效显著。为了进一步减少涂装的废水排放量，提高电泳漆的回收率，一些大公司已尝试将RO反渗透技术应用于电泳涂装。只需在原有工艺中加装RO设备，就可以实现完全的闭合回路循环清洗，不但减轻了废水处理的负担，而且可使电泳漆的回收率提高到99%～100%。

PVC涂料

PVC涂料由聚乙烯粉末+粘接剂、增塑剂、碳酸钙无机颜料+少量邻苯二甲酸二辛酯作溶剂组成，用于焊缝的密封和底部喷胶，其主要作用是防腐蚀和防石击，此外还有消音、降震、隔热和加强钢板等作用。汽车在高速行驶过程中，由于石子、泥沙对汽车底部的冲击，底部涂层很容易破坏。而在汽车底部喷上700～1300μm的PVC涂料则可起到很好的防护作用。新型汽车用PVC防石击涂料要求施工性能好、附着强度高、可低温固化、触变性高、烘烤时不流挂且成本低。欧洲国家特别重视这一点，PVC用量约为20kg/车，北美国家的车身底部不喷胶，PVC的用量约为2kg/车。

最新开发成功的一种油溶性好的双组分涂料可以直接在油性板材表面施工，使用电磁固化，在120℃时仅需20s即可固化。因此，可以将焊缝密封的过程移到拼装车间去完成，甚至某些工件可以直接用结构胶粘结，减少了焊接过程。另一部分焊缝则留到面漆完成以后再密封，底部喷胶也可移到总装车间完成。这样油漆车间就可以省去PVC涂料这一工序，对提高油漆车间清洁度和油漆表面质量有一定好处。

中涂和面漆

传统的汽车涂装工艺采用溶剂型中涂+底色漆+罩光清漆体系。虽然具有工艺成熟、质量好、施工方便等突出优点，但是其VOC排放量很大。中涂和面漆的厚度之和约占涂层总厚度的70%～80%，是VOC排放的主要来源。一辆表面积为80m2左右的普通轿车VOC排放量达10kg左右，平均为125g/m2。近年来随着全球环境质量的日益恶化，一些发达国家纷纷制定VOC排放标准，如1995年德国规定为35g/ m2。为了达到标准，各国涂料界都在从事减少环境污染的水性涂料、粉末涂料和高固体份涂料的研究开发。欧洲国家近年来新建的生产线全部采用了水性底色漆。在北美，有的新生产线使用水性中涂，也有的使用粉末中涂。在欧洲，罩光清漆主要为双组分溶剂型清漆，个别生产线开始使用水性清漆和粉末清漆。我国的VOC排放尚无法规，国内整车涂装尚无使用水性漆和粉末漆的先例，但上海大众和上海通用等新建的涂装线已经为使用水性涂料做好了准备，所有的喷涂设备均采用不锈钢制成，烘干系统也预留了相应的位置。

1.水性涂料

溶剂型金属底色漆是VOC排放的主要来源，占整车车身涂装各道工序排放总量的50%左右。通常一部轿车需要6kg左右的底色漆，金属底色漆的施工固体份只有15%左右，溶剂含量高达85%。如改为水性漆，VOC排放量可减少80%以上。如果车身涂装全部采用水性涂料，VOC排放量可以降到27g/m2。

水性涂料以水作溶剂，只以少量醇醚作助溶剂，采用不同的水性树脂配制而成，可分为水溶型、胶体分散型和乳胶型三种。由于水和溶剂在性能上有较大差别，水性漆在涂装时漆膜易出弊病。为适应环境保护的要求，欧美各国经过20多年的攻关研究，汽车用水性涂料的涂膜性能和施工性能都得到了根本的改善，各种相应的喷涂设备也日趋完善，如内置电极的高压静电旋转喷枪已投入实际使用。目前水性中涂漆主要有水性聚酯氨基树脂漆和封闭型聚氨酯型树脂漆两种。

现有的水性底色漆主要有水性丙烯酸氨基漆和水性聚氨酯漆两种。由于水不能像溶剂那样快速蒸发，因此水性底色漆铝粉的定位控制是水性底色漆的技术关键。必须经特殊的流变处理，采用特定的流变控制剂或增稠剂形成触变性流体，才能使金属闪光铝片在施工后获得最佳取向和展平。经不断努力，目前的水性金属底色漆的定向性能已经优于一般的溶剂型罩光清漆，闪光效果更好。由表2可知，水性底色漆的性能完全可以与溶剂型底色漆相媲美。

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比例配制而成。水性罩光漆是20世纪90年代开发出来的环保型水性涂料，价格较高，性能有待进一步提高，目前尚未被广泛应用。

水性漆的开发目标是性能和价格与所对应的溶剂型涂料相当，施工性能尽可能接近于溶剂型涂料，VOC排放量进一步降低。在现有涂装设备上不需进行大的改造就可使用水性涂料。

迄今为止，水性涂料仍含有2%～15%的有机溶剂，施工时由于产生难闻的挥发性气味，对环境有一定程度的污染。因此，开发无溶剂的水性涂料成为涂料厂商未来的主要课题。据报道，日本的大日本涂料公司利用独特的生产方式，使用没有挥发性有机成分的添加物，生产出完全不含挥发性有机溶剂的水性涂料。

2.粉末涂料

粉末涂料自20世纪60年代开发以来，由于其卓越的环境效应和节能、高效、低成本等原因而成为一般金属表面涂装的首选材料。但由于其抗紫外线能力和耐候性较差，在汽车涂装方面应用得较晚。汽车用粉末涂料有环氧聚酯混合型、聚酯型、聚氨酯型和丙烯酸型等。

粉末涂料的烘干温度可以降到140℃/20min甚至120℃/20min，达到了节省能源的目的。一般来讲，温度每降低10℃，可节能10%。粉末涂料是VOC排放最低的涂料之一。宝马公司采用粉末罩光清漆后，每辆轿车可以节省溶剂1.5kg。世界上公认VOC排放最少的轿车涂装体系为：阴极电泳→ 粉末中涂→水性底色漆→粉末罩光清漆。粉末涂料在整个喷涂过程中可以循环使用，节省成本，同时不需要用化学药剂和漆雾去除系统去除过喷漆雾。粉末清漆的烘烤过程比较干净，可长时间保持烘房的清洁度。

日本东亚公司近来开发出烘烤温度为120℃/20min的环氧粉末涂料E203以及烘烤温度为130℃/20min的环氧聚酯系粉末涂料E301，流变性好，储存稳定，耐腐蚀性达到烘烤温度为180℃/30min的标准型环氧涂料的水平。丙烯酸系列粉末涂料具有高的耐候性和装饰性，其耐腐蚀性更优于目前所使用的聚酯系粉末涂料，可用于汽车中涂、面漆和罩光漆。

传统的粉末涂料制造工艺流程长、分散性差、色调不易控制。近年来美国FERRO公司开发了新的粉末涂料的制造方法，使用超临界流体CO2湿式制造法制造出小粒径的粉末涂料和粉末浆罩光涂料。后者能得到与溶剂型涂料同等的漆膜外观，初期投资少，现有涂装设备稍做改造即可投入使用。

由于技术的限制，目前汽车用粉末涂料只是单色系列（如中涂和清漆），这是由于粉末涂料不能像液态涂料那样可以迅速换色。今后，汽车用粉末涂料的发展，将在进一步提高耐候性、抗紫外线性、低温化、薄膜化和提高装饰性方面努力，粉末涂料的应用将越来越广泛。表3列出了汽车用粉末涂料的发展趋势。

3.高固体份涂料

水性涂料与粉末涂料对设备都有专门的要求，投资大且操作施工比较困难，在使用溶剂型涂料的生产线上均无法直接使用。高固体份涂料由于其施工性能及所需的施工条件与现有溶剂型涂料基本相同，原有的涂装线不需进行大的改造就可使用。因此，为了降低VOC排放，适应环保要求，许多汽车厂开始使用高固体份涂料。高固体份涂料采用低粘度的聚酯、丙烯酸树脂及高固体份醇酸树脂制成，最高的施工固体份可大于60%，更多的是采用施工固体份比传统涂料高出10%～20%的涂料，平均每公斤涂料的溶剂挥发量可减少1/3以上。在汽车用单色面漆、罩光清漆、塑料专用涂料和修补用涂料等方面的应用相当广泛。例如塑料件使用的聚氨酯与非异氰酸酯双组分涂料，可通过新的交联方式在70℃/20min下低温固化，而且具有活化期长、施工固体份高等特点。PPG公司的D893高固体份清漆的加热固化时间可以比同类清漆缩短50%，漆膜冷却几分钟后即可抛光。

由于高固体份涂料采用低粘度树脂配制，易产生流挂，施工不便。为了保证漆膜厚度且防止产生流挂，必须采用各种助剂来改变涂料的流平性，如气相SiO2、有机膨润土、氢化蓖麻油以及SCA、Microgel等。另一方面，由于高固体份氨基树脂醚化度高、聚合度低、交联活性低、自聚反应少，其固化过程不易控制，可能会影响漆膜性能，因此固化过程控制和流挂控制是高固体份涂料的两大技术关键。

色彩的研究和全息效果涂料

五彩缤纷的颜色是汽车装饰中的重要一环，因此各大涂料公司纷纷组建色彩研究所。笔者访问过日本关西和立邦的色彩研究所，也参观过PPG公司的色彩展示会。PPG研究所的颜色专家就有14位，一本研究颜色发展趋势的杂志，用8种语言在世界各地发行。涂料公司的研究部门对汽车颜色的发展和变化原因、服装颜色变化的趋势以及汽车颜色与环境的关系等三方面进行研究，并利用在模拟的大环境中，让车身的颜色连续变化或定格在某一种颜色上，以观察整体效果，然后再和汽车厂配合，确定未来5年内汽车颜色的发展变化趋势，从而研究和生产出相应的油漆。

普通的颜料通过对光的漫反射产生单色效果，金属片状颜料通过平行反射产生一种金属闪光效果，珠光颜料通过平行反射+透射+折射+干涉产生一种珠光效果。现在金属闪光漆和珠光漆发展迅速，并且通过控制粒径的大小，可以产生不同的闪光效果，中等粒径可以产生柔和的闪烁效果，5～25μm粒径的粒子可以产生丝绸光泽和微弱的闪烁效果，遮盖力也较好。

最新一代的奇特涂料具有全息效果，如同许多信用卡表面的特殊图案一样，随着观察角度的不同这些颗粒会闪闪发光，并且会不断地变换颜色。PPG公司的DH900系列有12个色调，颜色能够从蓝绿色变到紫色、紫红色到金黄色。DX78颜色系列24种令人喜欢的BC色母和3种工序配方，颜色变化有红、蓝、紫、绿、白、橙和金，这种变色效果是由于聚氨酯树脂上的浮凸槽形成的光衍射造成的。因为不同波长的光照射到浮凸槽上就会有不同的反射，从不同角度观察获得的反射光线就不同，色彩自然发生变化。