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低污染汽车涂料产业分析报告
2016-11-25 15:21:08 阅读

  近年来随着我国汽车工业的高速发展,在为广大汽车用户提供诸多便利的同时,也对交通和环境带来巨大的影响。在世界各个国家和地区,为保护和改善生态环境,相关法规陆续颁布实施,传统的汽车涂料涂装工艺已无法满足相应法规的要求,这驱动了汽车涂料从中低固体分的溶剂型涂料向高固体分涂料、水性涂料和粉末涂料方向转化的步伐。低污染汽车涂料应运而生,涂料水性化、高固体分、粉末涂料已是行业发展的必然趋势。目前,低污染汽车涂料的核心技术被涂料行业的五大巨头——德国的巴斯夫、日本的关西及立邦、美国的PPG及杜邦所垄断。尽管近年来国内相关企业已不断加大科研创新力度,但整体实力仍与国外公司具有一定的差距。
 
  基于行业发展需求,国家知识产权局专利分析普及推广项目高性能汽车涂料课题组从低污染汽车涂料的整体技术布局、水性涂料的专利分析、高固体分和粉末涂料的专利分析及低污染汽车涂料的未来发展方向四个视角出发,对低污染汽车涂料技术进行了深度剖析。
 
PART 1——整体技术布局
 
 
  由图1可知,低污染涂装技术在全球和中国申请量都较高,处于非常活跃的上升期,尤其是中国。从低污染涂装技术分支来看,无论是全球还是中国低污染涂装技术专利申请均主要集中在水性涂料上。水性涂料技术专利申请占总量的约51%,是最受重视的技术。由此可见,水性涂料是低污染涂装技术中的重中之重,其未来仍是各大汽车涂料企业大力发展的科研方向。高固体分涂料和粉末涂料的技术活跃度虽然不及水性涂料,但其可以减少或基本不使用有机溶剂,并保证涂层性能不缺失;静电喷涂技术能节约涂料用量,同样达到环境友好效果,因此它们也是汽车涂料的发展方向之一。
 
  全球低污染涂装技术中,使用最广泛的是水性汽车涂料技术,目前欧美发达国家汽车涂装技术的实际应用中,车身底漆90%以上使用水性阴极电泳底漆,车身中涂漆88%以上采用水性化技术,水性金属闪光底色漆的应用超过了65%,而高固体分汽车涂料、粉末汽车涂料、静电喷涂技术主要用在罩光漆、面漆的涂装中。
 
 
PART 2——水性汽车涂料
 
  如图2所示,水性汽车涂料中最先使用的是20世纪60年代出现的水性浸涂漆,主要是为了防止溶剂型涂料在浸涂槽中由于有机溶剂的大量挥发导致起火爆炸,其核心专利是1961年由PPG公司申请的US3251790A(8件同族专利)(施引专利4项)。但是采用浸涂漆涂装的汽车涂层防腐蚀性和外观不能完全满足汽车要求,在这样的环境下,电泳底漆应运而生。最开始使用的电泳底漆是水性阳极电泳漆,其使用的成膜物质主要有环氧酯类、酚醛类、聚丁二烯类和丙烯酸类等,其核心专利是1962年PPG公司申请的美国专利US3366563A(7件同族专利)(施引专利18项)。但是水性阳极电泳漆被涂物为阳极,采用带负电荷的阴离子型电泳涂料,在电沉积过程中,作为阳极的金属被析出而混入到漆膜中,不仅使漆膜颜色变深,而且还降低了漆膜的耐腐蚀性。因此,水性阳极电泳漆逐步被水性阴极电泳漆所替代。与水性阳极电泳漆相比,水性阴极电泳漆在耐腐蚀性、力学性能方面更加优异,所制得涂层更加均匀,VOC排放量更低等优点。水性阴极电泳漆的成膜物质主要有丙烯酸类、环氧类、聚氨酯类以及聚丁二烯类等。其核心专利是1965年巴斯夫公司提交的德国申请DE1546840B2(6件同族专利)(施引专利55项)。之后水性浸涂漆和水性阳极电泳漆逐渐被忽视,研究多集中在水性阴极电泳漆上。例如为了满足汽车行业日益提高的要求,出现的高厚膜、高泳透力阴极电泳漆,为了满足环保要求,出现的无铬、无铅、无锡阴极电泳底漆。
 
  在水性涂料中,水性阴极电泳底漆是全球的研发热点,而水性清漆由于难以获得与溶剂型面漆相当的性能,因此是汽车涂料水性化中的难点。从技术发展来看,最开始是底漆水性化,其在20世纪90年代已经在欧美发达国家应用,然后中涂漆开始水性化,现今底色漆和清漆的全面水性化已经成为水性汽车涂料发展的必然趋势。水性汽车涂料技术涉及的核心专利最多(14项),跨越年代最长(从20世纪60年代到21世纪),分别涉及水性电泳底漆、水性中涂漆和水性面漆,其中水性电泳底漆的专利链最长,技术发展最为完备,面漆中的水性清漆是最近刚刚起步的,未来还亟待改进的技术。
 
PART 3——高固体分汽车涂料和粉末汽车涂料
 
 
  高固体分汽车涂料技术涉及的核心专利有6项,始于1973年,由专利公开的内容看,该技术涉及的高固体分汽车涂料的固含量逐渐由50%提高到79%,这些核心专利的拥有人比较分散。粉末汽车涂料技术涉及的核心专利有6项,始于1972年,这些专利主要涉及用于汽车面漆、尤其是清漆的粉末涂料,因此主要改进点在于外观、高光泽性和耐候性。粉末汽车涂料技术的核心专利主要由杜邦公司和PPG公司掌握。高固体分涂料和粉末涂料具有良好的性能和符合环保发展趋势,尤其是高固体分涂料与传统溶剂型汽车涂料的接续性好,生产线改进成本低,因此是汽车涂料的发展方向之一。
 
PART4——未来发展方向
 
 
  通过对2011-2014年间巴斯夫、立邦、PPG和关西公司的专利进行研究分析可知,近年来上述公司所关注的技术动向主要集中在使用水性汽车涂料的湿碰湿涂装技术的改进上,包括对每层涂层所使用涂料组合物的改进,例如为解决涂膜外观缺陷及涂层抗冲击性不足的问题,使用包含至少一种羟基官能反应产物的底色漆;为解决涂层表面光泽度及抗石击性差的问题,使中涂漆或底色漆包含光致发光颜料,水性底漆包含亲水缔合型增粘剂;为解决清漆溶剂向底色漆迁移导致涂层颜色混杂的问题,使用的底色漆包括含羧酸官能团和聚碳化二亚胺的聚合物颗粒的可固化水性组合物,底色漆通过脱水步骤达到高度固化,之后施加清漆,使清漆可以在低温固化。可见低污染汽车涂料未来的发展方向是将水性涂料多层涂层的涂装技术--湿碰湿涂装工艺,通过对各层漆组成的改进,不断提高涂层的综合性能,并通过工艺的改进,提高生产效率,降低生产成本,减少VOC排放。(国家知识产权局专利分析普及推广项目高性能汽车涂料课题组)
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