傳統(tǒng)的汽車涂料是溶劑型涂料，其中的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物：在通常壓力條件下，揮發(fā)并參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物）揮發(fā)到大氣中會危害人類健康、污染環(huán)境。隨著人類環(huán)保意識的增強(qiáng)，各國相繼制訂了保護(hù)環(huán)境的法規(guī)，限制VOC 排入大氣。為了控制汽車涂裝時帶來的環(huán)境污染，美國和歐洲的環(huán)保法規(guī)對VOC 都有明確規(guī)定。如德國的大氣凈化法已成為整個歐洲的法規(guī)，該法規(guī)要求每1 m2涂裝面積的VOC 排放量在35 g 以下，要求非常嚴(yán)格。
我國在2002 年6 月頒布了《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》，并于2003 年1 月1 日起實(shí)施；在2009 年9 月30 日發(fā)布了強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB 24409—2009《汽車涂料中有害物質(zhì)限量》，并于2010 年6 月1 日起實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)對汽車用涂料中的VOC 含量進(jìn)行了限制。
水性涂料可大大降低VOC 的排放，水性中涂漆和水性底漆現(xiàn)已成為成熟的有效降低VOC 排放量的涂料，在國外已實(shí)現(xiàn)商品化，在我國也有一些大的汽車公司使用。水性底漆可與溶劑型罩光清漆、水性清漆等配套。本文重點(diǎn)介紹汽車用水性中涂漆及水性底漆的組成及其靜電涂裝設(shè)備。
1 水性涂料的特點(diǎn)
水性涂料是以水為溶劑或分散介質(zhì)的涂料，由于水的特性與有機(jī)溶劑有很大不同，所以水性涂料相對于溶劑型涂料也有很大差異。在使用水性涂料時，熟知這些差異非常重要。
1.1 表面張力大
水的表面張力比有機(jī)溶劑的表面張力大得多，水的表面張力為72 mN/m，有機(jī)溶劑類約為25 mN/m。由于表面張力的差異原因，在平整的鋼板上滴落一滴水成圓形，假如是溶劑，則擴(kuò)散開。
1.2 難潤濕、不易溶
與有機(jī)溶劑相比，水對顏料難潤濕，與樹脂不易混溶。
1.3 汽化溫度高
水的汽化溫度高，會導(dǎo)致涂料噴涂時不易揮發(fā)、涂料霧化時不易蒸發(fā)、蒸發(fā)易受環(huán)境（濕度）影響。溶劑的揮發(fā)受溫度影響大，溶劑的沸點(diǎn)可控制其揮發(fā)速度；水的蒸發(fā)受濕度影響大，很難控制。汽車用水性中涂漆及水性底漆在涂裝工序中呈現(xiàn)出的蒸發(fā)的影響及控制難的問題如圖1 所示。
1.4 易流掛
水性涂料與溶劑型涂料相比更易發(fā)生流掛弊病。為控制流掛，需要注意以下兩點(diǎn)：第一，控制涂裝室的溫、濕度；第二，控制好涂料的黏度，賦予涂料觸變性，保證噴涂時殘留水分較多時也不會產(chǎn)生流掛。
1.5 觸變性
觸變性是指在施加外力作用時黏度發(fā)生變化的現(xiàn)象。水性涂料的黏度隨著攪拌力的增強(qiáng)而降低，如圖2 所示。水性涂料的觸變性在涂裝工藝中的體現(xiàn)如圖3 所示。
1.6 氣泡
如果水性涂料采用與溶劑型涂料相同的烘烤工序，則會導(dǎo)致漆膜中水分的殘留（產(chǎn)生氣泡），因此在水性涂料中導(dǎo)入了預(yù)熱（P/H）工藝。導(dǎo)入P/H 工藝能使漆膜里的水分得到充分的蒸發(fā)（NV>80%），從而防止烘烤時出現(xiàn)氣泡、控制因體積收縮造成的流掛以及以熱風(fēng)使漆膜表面流平。
2 汽車用水性涂料的基本問題及其防治
水性涂料的設(shè)計(jì)方案主要起因于水和有機(jī)溶劑的物理特性不同，因此在涂料和涂裝設(shè)備方面必須要有相應(yīng)的對策，見表1。
3 汽車用水性涂料的組成
典型的配套及功能分工如圖4 所示。
汽車用水性底漆典型的基本組成見表2。
4 汽車用水性涂料對涂裝設(shè)備的要求
4.1 輸調(diào)漆系統(tǒng)
由于水是腐蝕介質(zhì)，會造成金屬腐蝕，引起設(shè)備損壞和產(chǎn)生金屬離子，影響水性涂料的性能。因此水性涂料的貯漆容器和輸送管路需使用不銹鋼材質(zhì)制作，并應(yīng)經(jīng)過化學(xué)鈍化處理，另外還需要有針對水性涂料的高觸變性的供給用軟管及有足夠處理能力的泵。水性涂料一般在供貨時已經(jīng)調(diào)整了黏度，在生產(chǎn)線調(diào)漆室不用稀釋。
4.2 靜電噴涂設(shè)備
與溶劑型涂料相比，水性涂料電阻較小，如果用傳統(tǒng)的靜電印加方法會導(dǎo)致漏電，需要采用專用的靜電噴涂設(shè)備。通常水性涂料采用直接（內(nèi)部）帶電方式和間接（外部）帶電方式進(jìn)行涂裝，如圖5 所示。
隨著機(jī)器人靜電噴漆替代往復(fù)式自動靜電涂裝機(jī)的自動噴涂技術(shù)的進(jìn)步，開發(fā)成功了與涂裝機(jī)器人配套應(yīng)用的彈匣杯式高壓組件系統(tǒng)，簡稱彈匣式涂裝法，參見圖6。這種系統(tǒng)把涂裝機(jī)器人和傳統(tǒng)的輸漆系統(tǒng)徹底分離，做成獨(dú)立的涂料罐（彈匣），彈匣可與旋杯進(jìn)行快速組合，壓送涂料。換色時只需更換彈匣，僅清洗噴杯，彈匣不需清洗，因此換色時涂料和溶劑的損失小，換色可在短時間內(nèi)完成。彈匣式涂裝法的優(yōu)點(diǎn)是同時適用于溶劑型涂料和水性涂料的靜電噴涂，且涂著效率高，還可適用于臨時的小批量顏色涂裝，設(shè)備簡單易維護(hù)。不足之處是用簡易機(jī)器人搬運(yùn)彈匣，投資偏高。
4.3 噴漆室
噴漆室應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)，與溶劑型涂料相比，水性涂料對涂裝作業(yè)環(huán)境及施工條件等均有更高要求和嚴(yán)格規(guī)定。水性涂料對作業(yè)環(huán)境的要求：最佳相對濕度RH（65±5）%，溫度（23±3）℃，空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)速0.3~0.5 m/s。
4.4 預(yù)熱（P/H）裝置
因水的蒸發(fā)率低，因此水性涂料噴涂后濕涂膜難晾干（濕涂膜中的水分必須蒸發(fā)掉90% 以上，才能濕噴下一道涂料，并且防止烘干時的突沸引起氣泡）。為加速水分蒸發(fā)，在水性涂料進(jìn)行濕噴下一道涂料或烘烤之前，必須使?jié)衿崮そ?jīng)過預(yù)熱（P/H）裝置。
5 結(jié)語
在過去的十多年中，汽車用水性涂料的涂膜性能和施工性能有了很大的提高和改進(jìn)，與溶劑型涂料相比，水性涂料的歷史較短，其應(yīng)用受到設(shè)備投資大、作業(yè)環(huán)境要求嚴(yán)格等制約。但可預(yù)見，在不久的將來將開發(fā)出性能超過溶劑型涂料的水性涂料。隨著我國環(huán)保法規(guī)的完善，則必將促進(jìn)和加速我國汽車用涂料向環(huán)保型涂料的更新?lián)Q代。