水性涂料与涂装技术综述

2005年11月10日湖南关西汽车涂料有限公司研究部曾昭/p>

水性涂料及涂装技术介绍

1、水性涂料的使用及意义2、水性涂料的技术特点3、水性涂料的涂装设备4、水性涂料的管理内容1、水性涂料的使用及意义CleanAirAct（1970年制定、1977年、1990年修订）１．ＶＯＣ限制RACT(ReasonablyAvailableControlTechnology合理可用的控制技术)≤50g/㎡BACT(BestAvailableControlTechnology可得的最佳环境控制技术)≤42g/㎡LAER(LowestAchievableEmissionRate可实现的最低排放速率)≤32g/㎡２．ＨＡＰｓ限制（有害大气污染物质限制）MACT(MaximumAchievableControlTechnology最大可达到的控制技术)HAPs目录：１８９个品种1998年：收集数据、影响度调查1999年：提出限制方案、通过议会2000年：发布法令2003年：限制开始执行３．ＩＴＰ限制（工业用有害物质限制）工业用有害物质：１７个品种主动限制（VoluntaryProgram)1992年前削减３３％1995年前削减５０％2000年前削减１００％适用范围原有设备新设设备新设设备（臭氧限制量未达到的地域）原有设备今后的发展MACT的法制化内容1-1美国环保限制动向1.EUEEC指令（1976、1984、1993年）SMP(SolventManagementPlan溶剂限制计划标准)・原有设备VOC值・新设设备VOC值2003年1998年1994年最终目标现状90ｇ／㎡60ｇ／㎡45ｇ／㎡45ｇ／㎡2.德国TA-Luft(1986年）1995年1990年1987年现状50ｇ／㎡45ｇ／㎡35ｇ／㎡45ｇ／㎡・原有设备VOC值・新设设备VOC值2000年45ｇ／㎡35ｇ／㎡3.英国EnvironmentalProtectionAct(1990年）・原有设备VOC值・新设设备VOC值1996年2000年现状60ｇ／㎡60ｇ／㎡1-2欧洲的环保限制动向1-3各国ＶＯＣ規制値排出溶剤量EU目標ＵＫTA-LuftRACTBACTLAER日本国内現状自動車工業会目標鈴鹿No.１５（ｇ／㎡）1-4中国ＶＯＣ控制中国目前还没有有关VOC排放的规定值，在1997年实施的《中华人民共和国大气污染防治法及实施细则》的《中华人民共和国国家标准大气污染物综合排放标准》只是对单种类的有机挥发物进行了规定，目前关于汽车涂装主要是进行三苯（苯、甲苯、二甲苯）的控制５1、现有污染源大气污染物排放限值序号污染物最高允许排放浓度

(mg/m3)最高允许排放速率(kg/h)无组织排放监控浓度限值排气筒(m)一级二级三级监控点浓度(mg/m3)15苯1715

20

30

40禁

排0.60

1.0

3.3

6.00.90

1.5

5.2

9.0周界外浓度最高点0.5016甲

苯6015

20

30

40禁

排3.6

6.1

21

365.5

9.3

31

54周界外浓度最高点0.3017二

甲

苯9015

20

30

40禁

排1.2

2.0

6.9

121.8

3.1

10

18周界外浓度最高点1.51-5中国ＶＯＣ控制５2、新污染源大气污染物排放限值序号污染物最高允许排放浓度

(mg/m3)最高允许排放速率(kg/h)无组织排放监控浓度限值排气筒(m)二级三级监控点浓度(mg/m3)15苯1215

20

30

400.50

0.90

2.9

5.60.80

1.3

4.4

7.6周界外浓度最高点0.4016甲

苯4015

20

30

403.1

5.2

18

304.7

7.9

27

46周界外浓度最高点2.417二

甲

苯7015

20

30

401.0

1.7

5.9

101.5

2.6

8.8

15周界外浓度最高点1.21-6环保对应型涂料的现状与将来预测1-7世界的环保限制对应状况

（为削减有机溶剂,有关涂料的对应）水性57％溶剂型43％水性2％溶剂型77％粉体21％1-1中涂【美国】【美国】【欧洲】【欧洲】1-2面漆BC(附注)美国首先选用的是粉体漆,第2是水性漆。但水性中涂将来会更增加。水性39％溶剂型61％水性38％溶剂型62％【日本】在一些线上使用在一些线上使用。今后几年内会急剧增加【日本】1-8世界主要地区水性化的现状【中国】上海通用新线武汉本田新线广州本田2线广州丰田天津丰田3线上海通用新线武汉本田新线广州本田2线广州丰田天津丰田2、3线【中国】1-9Base水性化的意义VOC的削减关键是BASE，需要改造供给系VOC40～60秒/#FC420～25（20～25）12～14秒/#FC440～50（20～25）导入预热设备粘度涂料NV(涂装NV)水性金属底漆溶剂系金属底漆实施事项涂料0％40％60％80％100％20％水VOC不挥发份水性金属底漆溶剂系金属底漆VOC大幅度减少1-10水性BASE涂料溶剂含量对比2、水性涂料的技术特点优点：保护环境：向大气中排出溶剂(VOC）少安全：不着火2-1水性涂料的优缺点缺点：『水的特征』①表面张力高，容易产生缩孔②气化热高、蒸発速度无法调整，易流挂、起泡，需要预烘烤③水的蒸发速度受湿度影响，对BOOTH空调系统的温湿度要求特别高④侵蚀金属⑤由于导电的原因以前的静电涂装机无法使用⑥粘度高，循环系统负荷大，漆雾雾化难度大100500顔料（ＡＬ）添加剤.水有机溶剤丙烯酸树脂聚酯树脂氨基树脂固体分：20～25稀释有机溶剂丙烯酸树脂聚酯树脂氨基树脂交联乳液固形分：22～26塗膜成分水性型溶剂型内部有机溶剤2-2与溶剂型涂料组成的对比（BASE）2-3水性BASE的基本构成成分树脂丙烯酸樹脂聚酯树脂顔料添加剤空气孔防止剤表面調整剤其它导入亲水基的水溶化型以及使用乳化型。内容基本上，使用和溶剤型相同的物品。但关于铝、有必要进行不活性化処理消泡剂降低表面張力(水性塗料表面張力高)。紫外線吸収剤等。胺基树脂使用导入亲水基的水溶化型。使用醇系列、丙二醇系列的溶剂。溶剤水去离子水水溶剤顔料树脂（去离子水）构成比添加剤主要使用親水性型。必要时相应使用疏水性型。粘性附加剂闪光材质的排列要控制。是防止流挂的必需成分100500颜料(铝)交联乳胶添加剂水有机溶剂丙烯酸聚酯分散体三聚氰胺2-4水性BASEWT-700

的组成100500添加剂水有机溶剂聚酯分散体三聚氰胺

脂族酸変性聚酯

颜料（酞白／炭黑）（体质颜料）＊稀释塗料2-5水性中涂WP-404（B)的组成赋予粘性2-6水性涂料的基本课题及相应技术水性涂料的设计课题，主要是针对水和有机溶剂的物理特性的不同，因此包括涂料化技术和涂装条件在内的设备方面也必须要有相应的对策。物理特性有机溶剂水蒸发根据种类的选择自由控制沸点比较低蒸发慢受湿度的影响大表面张力低高底层湿润良好不良因异物产生缩孔难容易发生缩孔泡难发生易解决易发生但难解决电气阻力性Ｖ漏電小漏電大大小Ｖ項目水性涂料的课题高湿度下流挂涂膜外观变动大涂膜外观不良泡痕迹（气泡)等涂膜缺陷以前的静电涂装机不可使用对应技术涂料方面设备方面粘度付与构造粘性剪断速度→大塗着時严密的空调管理设置预烘干区域界面活性剂的配合通过赋予表面粘性的阻力，来抑制缩孔的发生消泡剂的配方由于热流动性提高使泡痕变的平滑化Ｖ外部電極型或是（VOLTAGEBLCOK)式树脂溶解性大部分能溶解通过乳化剤只是一小部分能溶解塗料安定性涂膜外观性喷涂时2-7水性涂料水的蒸发（在和溶剂型的比较上）①水的挥发主要是通过控制BOOTH的温湿度来进行控制的。・不能象溶剂型涂料那样可以通过调整稀释剂的蒸发速度来调整涂着NV。・改变涂料固体份是调整涂着NV的手法。稀释涂料－喷涂－涂着涂料80706050403020蒸発量由喷涂湿度等环境因素来决定水性base②涂着NV低（20～30％、溶剂型は60～70％)・base膜的平滑性一般良好・流挂・气泡的控制膜厚变窄→→→湿膜厚变大④预烘干必需性・可降低回渗漆花的担心・内腔部base的干燥性要注意③涂装粘度大、触变性大・必需保证泵的功率（能力）・保持一定的吐出量很有必要⑤水的表面张力大（对底层的湿润性差）・和旋杯类型喷涂相比，空气雾化型对底层的湿润性更好→（冲击）碰撞速度的有效性稀释涂料－喷涂－涂着涂料80706050403020速干溶剤慢干溶剤水涂着ＮＶ时间重量溶剂与湿度相比温度的影响较大、根据溶剂种类（沸点不同）的组合，可以比较自由地变化蒸发状态重量时间高湿度时水低湿度时与温度相比湿度的影响较大蒸发状态不易调整例)

天气（湿度）的变化影响衣服的干燥情况2-7-1关于蒸发溶剂型

问题点・高湿度下的流挂・铝粉配向性差・（预热不可缺）水性粒子飞行过程中引发溶剂挥散→NV、粘度升高粒子飞行过程中不易引发水的挥散→NV、粘度不易升高静电线旋杯电极P涂料罐高压发生器高NV、高粘度低NV・低粘度2-7-2关于蒸发

Ｗｅｔ：粘度下降、ＮＶ变化少

流挂、絮凝、不均匀、色相深

涂装温度（℃）(％ＲＨ)90-80-70-60-35302520喷涂湿度Ｄｒｙ：粘度増大、ＮＶ变化大

光泽不良

推荐条件在建议的条件范围以外外进行喷涂容易发生问题。这种情况下，必需通过涂料的粘度调整，ＲＣ等来应对2-8喷涂的温度-湿度控制-2024123SHEARRATE(logsec-1)4粘度(LogmPas)流挂、斑纹溶剂型水性微粒化涂着时:粘度高<铝粉配向性雾化时、粒子撞击时粘度降低,铝粉配向性、外观得到控制对策赋予涂料构造粘性涂料：粘度高随着涂着（静置时）时粘度的上升流挂、斑纹得到控制涂装时:粘度低<铝粉配向性2-9流挂・铝粉配向性・涂膜外观的解决办法溶剂BASE水性BASE注意事項消防法分类危険物第４類非危険物（指定可燃物）保管条件屋内室温5~30℃防止凍結・高温交货容器大包装桶（基本）内面涂层塑料PLASTIC生锈調合管理Line稀释稀释交货气泡产生2-10水性型和溶剤型的管理差异3、水性涂料的涂装设备静置工序烘干干燥工序罩光漆内板涂装工序罩光漆外板涂装工序除尘工序BC内板涂装工序BC外板涂装工序F/O工序喷雾沉静化工序涂装机涂料输送设备排水处理装置Flash-off装置涂装室温湿度控制相应设备BOOTH温湿度控制：(25)±1℃、(70)±5％3-1水性面漆涂装标准设备图和相应设备項目溶剤型ＢＣ水性ＢＣ水性BASECODE导入时的对策喷涂室・不容易受湿度的影响・通过溶剂的选择可以来应对温度的变化・水的蒸发受湿度影响很大。・可选择溶剂数量很少・需要设置带湿度的喷涂室空调塗装機・可以使用一般的静电喷涂机・因为导电性，现在溶剂型所使用的静电涂装机无法使用在水性涂料上・需要设置水性用旋杯预烘干・因为有数分钟的流平间隔时间所以可以进行清漆涂层的喷涂・因为水不挥发，在数分钟的间隔时间内也无法进行清漆喷涂。・需要预烘烤（塗装NV85±5%）循环系统・約１３秒/FC#4・金属腐蚀性弱・塗料粘度高（50秒/FC#4）・使金属腐蚀・需要使用比溶剤型更粗的配管、・功率更大的泵，必需使用不锈钢材质排水处理・从排出水中分离或析出涂料很困难。・排水容易起泡・使用专用药剂3-2水性面漆涂装设备要点静置

区域辐射

区域热风

区域防止喷雾的流入利用红外线的车体钢板的升温(目标=80℃)吹风温度

：

40-80℃吹出来风速

：10m以上

冷却

区域车体钢板温度冷却到35℃以下全部使用打磨过的SUS3041分1分2分1分区域名称通过时间设备内容备注水性BC溶剂型CC喷雾沉静

区域红外线加熱区域热风

加热区域

冷却区域外気·温水加热热风再利用废热外気

排气冷却装置Flash-Off工序·红外线废热再利用空气净化3-3水性BASEFlash-off装置风速(热风吹出口温度)热风温度风速(热风吹出口风速)

1ｍ/sec５ｍ/sec１０ｍ/sec１８ｍ/sec４０℃６０℃８０℃热风温度

1ｍ/sec５ｍ/sec１０ｍ/sec１８ｍ/sec４０℃６０℃８０℃最高温度(℃)涂膜ＮＶ(%)２８３８４５３３４６５４３５５２６４２３５７５１７４７７８５８１８６８７Flash-Off装置的热风条件

温度

：40～

80℃

风速：10m/秒以上

3-4在Flash-Off中不同部位的热风的效果3-5水性BASEFLASHOFF条件ＢａｓｅCOAT塗膜ＮＶ（％）＊CLEARCOAT塗装前一般面，EDGE部位发生气泡EDGE部位发生气泡○△×○△２0４0６0８0１００通过FLASHOFF，BASECOAT的固体份在８０％以上的话外观就没有问题。目視塗面外观（清漆外观）除尘工序耐石击中涂

涂装工序外板涂装工序内板涂装工序

静置工序

烘干工序涂装机涂料补给装置排水处理装置烘干炉涂装室内

温湿度控制相应设备温湿度制御水性用塗装機２段階昇温3-6水性中涂涂装标准布置图与相应设备水性中涂适当的干燥条件(预烘干→140℃)升温204060801001201405101520●●●●时间(min)被涂物温度℃预烘干条件

60～80℃X3分钟烘干前的升温条件80→140℃X5分钟预烘干之前的升温条件常温→

60℃X2分钟烘干条件140℃保持30分钟3-7水性中涂的预烘干条件安全性保养性涂着效率设备成本概略图○○○△△△SamesAccuBellABB盒式BellAchoBellG1CopesDurrEcoBell静电电缆Ｂｅｌｌ电极P涂料槽高压发生器VoltageBlock外部电极方式内部电极方式○△涂装机名称方式特长水性塗料容易导电，所以必需设置水性专用喷涂机。EGBell3-8水性用涂装机类型3-9盒式VOITAGEBLOCKSYSTEM盒子搬运装置涂色配管涂料罐装设备涂料盒子下一个颜色的盒子喷涂机器人不可使用的材料:软铁,铸铁,SUS440

：

推荐使用SUS303

：SUS304,304L,316,316L

欧洲,日本:AIR型Plungerpump为主最近为了省能源,采用油压泵的情况增加基本上可以使用与溶剂型相同的泵Auto-SprayHand-SprayAuto-SprayPumpTank水／亲水性溶剂／胺

９０／１０／０．５

2pipe方式清洗用溶剂泵配管,涂料槽材料Deadend方式循环方式Thirdline方式构造管理循环精度○×△×○△△○○涂料补给方法与其特长2-pipe方式3-10涂料补给装置（水处理系统的要点）1.正确的管理药剂很重要，当药剂的均衡被破坏的时候的发泡可通过消泡剂来应对。2.为了确保保有水量最少限度化在喷涂室的附近设置设备。3.作为水性涂料喷涂室专用循环水系统设备需和其它系统的处理设备相互独立。4.为了持续发挥药剂的效果，实施经常排水和定期切换。5.配管，水管线路，泵，阀门为SUS304材质。（设备基准）保有水量：相对于全水量，OVERSPARY涂料（固体份）负荷相当于3％的水量。排放水质：BOD(生化需氧量4200PPM以下）电导度（900ｕｓ/ｍ以下）药剂：PH调整剂/1次絮凝剂/2次絮凝助剂/2次絮凝剂上浮分离装置（FLOTATOR浮选机）漆渣搬运系统药剂投入控制系统PH调整剂/絮凝剂3-11循环水处理系统浮选机水性涂料的漆渣线状和溶剂型有很大的差异所以需要设置上浮分离装置1.浮选机内的各流速的设定：流速V1:

2ｍ/ｓ流速V2:

0.05ｍ/ｓ流速V3:

0.04ｍ/ｓ参考：漆渣上浮速度：0.05—0.08ｍ/ｓ2.为了有效率的生成漆渣，在流入管道中注入2次絮凝剂，需要边在装置底部用力搅拌边让装置内朝上分布均匀。漆渣搬运系统将从浮选机中所取出的漆渣放置在滤布传送带上，边挥发水分边往漆渣罐中送入。1.干水时间：为1个小时2.漆渣的厚度：水性涂料为100ｍｍ以下，溶剂涂料为140ｍｍ以下3.滤布材质：聚丙烯材质4.维护保养：运送磷化渣的传送带1回清扫/2周送入漆渣的传送带处漆渣的默认传送带滤芯漆渣罐子3-12排水和漆渣处理系统4、水性涂料的管理

工程留意項目内容１．当社２．調合室１．保管条件１．保管条件２．配入３．罐内塗料管理４．設備相关事宜恒温倉庫保管（20～25℃）5～30℃*30℃以上的情况下（MAX35℃）、希望在4日以内使用完（周五交货～下周的周二使用完毕）损耗对策（因比溶剂型的粘度高）（１）方桶的情况①进行充分的摇晃使粘度下降后再配入。②气动方式的搅拌机进行搅拌后再配入（这样损耗就少。）（２）圆桶的情况・空气搅拌机→通过泵进行配料

（１）温度20～30℃（２）撹拌沉淀比溶剂型要好，但要注意不要卷入气泡。（３）槽液管理B型粘度、NV、PH管理（１）循环系统（包含连接）需要SUS的规格。（２）滤芯

送出的主要滤芯CP（150μm）（回路上的过滤袋90～100目）清洗时的滤芯CP（5μm）。更换1回/2周（出现压差就更换新品）（３）塗料圧按照管道系统。2TT的情况下、塗料压力6～9kg（背圧3.5～4.5kg）（根据滤芯的使用时间来定）

4-1导入水性BASE时的留意事宜1工程留意項目内容２．調合室３．上塗准备室４．塗装室５．BASE的手工喷涂修补工艺

５．罐子清洗１．清除灰尘，颗粒２．TRP-1修补３．点研磨１．温湿度条件２．其他（１）喷枪（２）问题点通常１：E-7(乙二醇丁醚）清洗２：DIW清洗３：DIW清洗４：通过空气押出５：配入涂料６：200l配管的情况下，排掉报废30l左右（１）树脂布进行擦拭etc.蚯蚓纹和溶剂型相同。（需要确认实物）（１）认为没有问题。过厚的话会变色etc.和溶剂型发生相同问题。（１）打磨露底同一膜厚如果是相同涂膜的话和溶剂型相同。淡彩色建议使用＃800打磨。一般为#600。①温湿度曲線（MAP图表）的范围内进行管理②风速可以和溶剂型是相同条件。１：车体温度因为是低塗装NV、比溶剂型要容易受影响。和喷涂室温度相同的水平为最佳。车体温度较低，如果没有冷凝水也没有问题。１：一般空气喷涂枪CAP777EX使用１：金色漆花需要调整膜厚和吐出量的均衡２：流挂溶剂型不发生的现象。和１是相同的对策。３：露出部位的颜色差异手工喷涂部位+自動機塗装部和自動机的局部颜色差异（烘烤差异）→需要通过雾化（微粒化）来対策（吐出量d/n）4-2导入水性BASE时的留意事宜2工程留意項目内容６．ABB机器人旋杯

ROBOTBELL７．预热工艺８．手工喷涂清漆（１）旋杯的污染（２）转数・S/A（３）溶剂的掉落（４）与溶剤型塗料差异（５）WET膜管理（１）WET管理（２）颗粒相关事宜（１）悬念事項１：有若干变差方向污染部位用溶剂型稀释剂清洗，再吹干。１：現状为35000rpm1.5kg/cm2必需定期进行实绩测定。１：旋杯ａｒｍ部位要留意溶剂的残留。１：前漆雾为凸状２：中期漆雾没有问题３：后期漆雾基本OK.。但是也有漆雾粒径大就形成了凹陷的情况。１：塗装NV吐出量为260cc左右，1min塗装NV28±1％（膜厚14～15μm）※涂膜的基本管理很重要。１：标准涂装NV80％≦（15μm）下限80％≦上限90％≧（低塗着NV的情况下、可以保证光泽，但色相・气泡会出现。高涂装NV的情况下，清漆气泡/皱缩涂膜要注意）１：打扫排气管内的污染很重要。２：滤芯的维护很重要。３：台車（安装车身的底架）的涂料渣处理也很重要。１：气泡因为对ｂａｓｅ进行预烘干，、清漆漆雾的溶剂吸入量多的话就越容易产生气泡。和溶剂型相同的旋杯，对手工喷涂