技 术 与 经 验 交 流 ‖Technology and Experience Communion
聚氨酯型与丙烯酸型水性实色漆在 汽车原厂底色漆层中的对比研究
张育波 1， 苏 和 2， 阮伟明 1， 李柏文 1， 伍祺卓 1， 李耀明 1， 秦中海 1 （ 1. 雅图高新材料有限公司，广东 鹤山 529700； 2. 广州汽车集团乘用车有限公司，广州 511434）
1） 聚氨酯型水性实色漆配方中仅包含 2 % ~ 5 % 的 有机助溶剂， 因此其 V O C 含量远远低于国家标准（ 4 2 0 g /L ） ， 完全可以满足原厂漆对 V O C 排放的要求。
2） 聚氨酯型水性实色漆配方中所用树脂、 助剂和 颜料都是国外进口产品， 质量可靠， 稳定性好， 且这些 原材料都是耐高温烘烤型产品。
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化涂料， 4 ） 高固体分涂料[2]， 其中水性涂料是目前发展 最快、 应用最广的环保型涂料。
1 水性汽车涂料
汽车车身的完整涂层包括了电泳涂层、 中涂层和 面漆层， 其中面漆层又可分为底色漆层和罩光漆层[3]。 汽车车身涂料的水性化是从底到面逐步发展的， 目前 电泳涂层、 中涂层和底色漆层已逐步水性化， 而罩光漆 层目前仍是以溶剂型高固含的清漆为主。 1 .1 水性底色漆
0 引言
汽车制造是我国的支柱产业之一，2014 年我国的 乘用车销量已突破 1 970 万辆， 按每辆车 25 kg 原厂 涂料使用量计算，2014 年仅汽车原厂涂料使用量就超 过 50 万 t，按 此 发 展 趋 势 ，汽 车 涂 料 在 国 内 市 场 中 将
— — — — — — — — — — — — — — — — — — — 收稿日期： 2015-10-19 作者简介： 张育波（ 1987- ） ， 男，硕士，工程师，主要研究方向为 功能性水性丙烯酸树脂和聚氨酯树脂的合成与应用及水性汽车 涂料配方开发。
水性底色漆可分为实色漆和含效应颜料的金属闪 光漆[4]， 水性实色漆和金属闪光漆主要采用水性丙烯 酸树脂或水性聚氨酯树脂 2 种体系。 在汽车原厂漆领 域， 水性丙烯酸树脂- 聚酯树脂- 氨基树脂烤漆是主流 （ 即丙烯酸型实色漆） ， 其在 8 0 ℃ × 1 0 m i n 条件下能够 表干， 而在 1 4 0 ℃ × 3 0 m in 的条件下就能交联固化， 因 固化后的漆膜体积收缩大， 有利于金属闪光漆的金属 效应颜料更好地排列， 所以最终漆膜的色泽鲜艳且金 属感强； 在汽车修补漆领域， 常温自干型水性聚氨酯漆 是主流 （ 即聚氨酯型实色漆） ， 其在室温放置 2 0 ~ 3 0 m in 即可完全干燥， 若采用风吹或红外线灯低温烘烤， 则 5 m i n 左右可以完全干燥（ 温度为 2 5 ℃ ， 相对湿度 为 6 0 % ） ， 干燥前后漆膜的体积收缩较小， 金属效应颜 料的排列主要靠助剂的帮助， 若配方设计合理， 水性金 属闪光漆的金属效应甚至比溶剂型涂料更强[5 - 6 ] 。
目前水性底色漆仍存在的问题是： 1 ） 水性漆在长 途运输或贮存过程中不能经历太大的温差， 所以运输 或贮存过程必须要采用恒温措施； 2 ） 基于水性底色漆 特殊的流变特性， 铝粉/ 珠光粉等效应颜料在涂层内相 对于溶剂型更易移动， 同时也比较容易出现缩孔、 发 花、 浮色等漆膜弊病； 3） 水性漆以水作为主要溶剂， 干 燥速度比溶剂型涂料要慢， 降低了施工效率； 4 ） 水性漆 对施工环境的温度、 湿度以及洁净程度有较高的要求， 同时对施工人员的施工手法也有一定要求。 1 .2 水性清漆
目前， 全世界范围内汽车罩光漆仍是以溶剂型涂 料为主， 特别是高固低黏的溶剂型涂料， 但在 1 9 9 1 年 德国的 G M O p e l E ise n a c h 装备厂第一次使用了水性 罩光漆。 罩光清漆层是车身涂层的最终涂层， 它的性能 和质量直接影响汽车的外观装饰性、 耐候性和功能性 （ 如抗刮伤性、 耐酸雨性、 耐汽油性等） 。 罩光漆的水性 化也是今后降低 V O C 的选择方向之一。 目前使用的水 性罩光漆有单组分丙烯酸- 三聚氰胺型涂料、 聚酯- 丙 烯酸- 封闭型异氰酸酯型涂料[7]。 目前水性清漆仍存在 的问题是： 1 ） 漆膜的干燥速度较慢； 2 ） 漆膜的丰满度较 差； 3） 漆膜的光泽较低； 4） 漆膜的耐酸碱性较差； 5） 漆
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项目 成膜树脂 是否添加氨基树脂 添加方式以及添加比例 黏度（ 涂-4 杯， 2 5 ℃） /s 相对密度（ 2 5 ℃） 固体含量/% pH 贮存稳定性（ 放置 0.5 a）
摘要： 介绍了水性汽车涂料的发展现状，对比研究了聚氨酯型水性实色漆与传统丙烯酸型水性实色漆在汽车底色漆层中
的应用。 分别对比了 2 种类型的实色漆的常规性能、施工工艺、漆膜外观和物理机械性能、耐化性和耐候性能。 最终得出结
论：聚氨酯型水性实色漆与丙烯酸型水性实色漆性能相当，可用于汽车原厂漆领域，且其生产方式相对于高温水性漆更简
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膜的耐刮伤性较差。
2 聚氨酯型水性实色漆在汽车原厂漆领域的 应用可行性分析
目前， 汽车原厂漆系统所用的水性实色漆基本都 是丙烯酸型水性实色漆， 其中主体树脂是丙烯酸树脂， 同时还包含了聚酯树脂和氨基树脂。 汽车修补漆系统 所用的基本都是聚氨酯型水性实色漆。 汽车修补系统 所用的聚氨酯型实色漆是否能用于汽车原厂漆领域， 是否能够与高温清漆配套使用呢？ 答案是肯定的， 原因 如下：
3 ） 聚氨酯型水性实色漆所用的成膜树脂是单组分 的水性聚氨酯， 其成膜后的表面张力不至于太高， 不会 引起高温清漆层产生缩孔。
4 ） 实色漆不包含铝粉、 珍珠等大颗粒的效应颜料， 虽然水性聚氨酯树脂的相对分子质量不大， 但仍能包 裹住色粉， 因此在高温烘烤时不至于产生大的收缩而 失光， 而铝粉/ 珍珠漆要想搭配高温清漆使用， 必须选 用相对分子质量更大的树脂。
本研究旨在通过全方位对比聚氨酯型水性实色漆 和传统的丙烯酸型水性实色漆， 验证聚氨酯型水性实 色漆是否可以用于汽车原厂漆领域。
3 聚氨酯型水性实色漆与丙烯酸型水性实色 漆在汽车原厂底色漆层中施工工艺对比
聚氨酯型水性实色漆与丙烯酸型水性实色漆常规 性能对比见表 1 所列。 聚氨酯型水性实色漆的黏度和 p H 比丙烯酸型水性实色漆稍低， 两者的固含量接近，
单，涂装条件更宽泛，同时有机挥发物（ VOC） 含量更低。
关键词： 水性汽车涂料； 实色漆； 性能
中 图 分 类 号 ：TQ633
文 献 标 志 码 ：A
文章编号：1007-9548（ 2016） 02-0020-04
Research on Comparison of Polyurethane Type and Acrylic Type Waterborne Solid Color Paint in Automotive Basecoat of OEM
已凝固
但因为丙烯酸型水性实色漆中加有氨基树脂， 所以其 贮存稳定性差很多。
聚氨酯型水性实色漆与丙烯酸型水性实色漆施工 工艺对比见表 2 所列。
表 2 聚氨酯型水性实色漆与丙烯酸型水性实色漆施工工艺对比
5 ） 聚氨酯型水性实色漆配方中所用助剂都是不含 有机硅的助剂， 因为有机硅助剂在漆膜干燥过程中会 慢慢迁移至漆膜表面， 从而在漆膜表层形成一层表面 张力很低的有机硅层， 当表面张力更高的高温清漆罩 在上面时， 高温清漆不能附着在其表面而立即产生缩 孔， 所以不能选用有机硅助剂。
6） 生产工艺方面， 整个生产流程包括了色粉的预 分散、 研磨色浆、 配制色漆。 在预分散色粉环节中， 应严 格控制投粉速度、 搅拌时间和速度， 确保色粉完全均匀 分散在水中； 在研磨色浆环节中， 应严格控制研磨时 间、 浆的温度以及最终浆的细度； 在配制色漆阶段， 应 严格控制加料顺序、 加料速度和搅拌时间， 通常加完一 种物料要搅拌 5 ~ 1 0 m in ， 方可加入下一种物料。
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会处于越来越重要的地位， 同时给环境保护提出更大 的挑战[1] 。
近年来，保护地球环境意识逐年增强，企业在考虑 顾客需求的同时，致力于保护环境既是义务，又是生存 下去的条件。 对于涂装来说， 则必须在有害物质的使 用/ 排放方面采取措施。
由于涂装涂料（ 中涂/ 底色漆/ 清漆） 产生的 VOC 约 占总量的 80% ，因此在考虑削减 VOC 排放量问题时， 着重抓住这一点是最为有效的。 目前有 4 种有效降低 VOC 排放量的方法：1） 水性涂料，2） 粉末涂料，3） 光固
ZHANG Yu-bo1, SU He2, RUAN Wei-ming1, LI Bo-wen1, WU Qi-zhuo1, LI Yao-ming1, QIN Zhong-hai1
(1. Yatu Advanced Materials Co., Ltd., Heshan 529700, Guangdong, China; 2. Guangzhou Automobile Group Motor Co., Ltd., Guangzhou 511434, China)
表 1 聚氨酯型水性实色漆与丙烯酸型水性实色漆常规性能对比
聚氨酯型水性实色漆 聚氨酯 否
3 0±5 1.13 3 3 ±1 7.3 8
丙烯酸型水性实色与固化剂按固体质量比 4 ∶ 1 混合 45±5 1.15 3 5±1 7.80
无分水， 无凝固
Abstract: The development status of waterborne automotive coating and the comparison of polyurethane type and acrylic type solid color paint were described. The normal performance, the spraying process, the appearance of films and physical and mechanical properties, the chemical and weather resistance of two kinds of coatings were compared. Eventually come to the conclusion that polyurethane type and acrylic type waterborne solid color paint had equal performance, so polyurethane type waterborne solid color paint could be used as automotive paint of OEM. Compared with acrylic type waterborne solid color paint, the production mode of polyurethane type waterborne solid color paint was more simple, the apply conditions was wilder, and the content of VOC was lower. Key words: waterborne automotive coating; solid color paint; performance