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低功耗汽车涂料产业分析报告
2016-11-29 09:39:38 阅读

  汽车涂料的涂装为多层体系,对环境条件要求高,施工次数多,涂装过程能耗大。因此,为了保护人类的生存环境和可持续发展,汽车涂料涂装的节能减排即低功耗汽车涂装成为汽车涂料发展的目标之一。
  基于当前国家政策导向和行业需求,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技术发展、技术分布、区域分布及申请人等角度对低功耗汽车涂料技术进行了深度剖析。
PART 1——技术发展
 
 
  低功耗涂装技术的技术链和核心专利链如图1所示。其重要分支“湿碰湿”技术最早出现的是两层涂层的“湿碰湿”,核心专利是1970年Celanese涂料公司申请的专利US3639147A(11件同族专利)(施引专利64项),开创性地将底色漆和清漆涂敷后一起烘干,降低能耗的同时还减少了VOC排放,该技术也被称为“二涂一烘”。
 
  此后,相关专利多涉及如何改进底色漆或清漆的组成,使得更适于“湿碰湿”工艺。典型的专利例如1983年由巴斯夫公司提交的德国申请DE3322037 A1(12件同族专利)(施引专利33项),其为了解决金属闪光底色漆-清漆多层系统中由于提高固含量而导致的加工问题和涂层性能下降问题,采用的技术方案是清漆包括不同分子量的两种丙烯酸聚合物及聚异氰酸酯固化剂。
 
  在“二涂一烘”的基础上,汽车涂装工艺进一步发展出“三涂一烘”工艺,核心专利是1998年PPG公司提交的美国申请US6180181(12件同族专利)(施引专利19项),涂装方法是首先涂覆水性底漆,不经过固化,在其上涂覆中涂漆和面漆,其相当于“湿碰湿碰湿”技术。1999年,立邦涂料公司提交了日本申请JP2001011152 A(10件同族专利)(施引专利26项),将 “三涂一烘”工艺的方法涂覆在汽车表面,中涂漆和底色漆采用包含聚碳化二亚胺化合物及含羧基水性树脂,避免了层间界面混杂,得到涂层具有高质量的外观。
 
  此外,汽车厂商还发展出了将中涂漆省略的工艺(简称为“免中涂”工艺),即,底色漆组合物直接被涂覆于固化的电泳漆涂层上,其核心专利是2002年PPG公司提交的美国申请US2004159555A1(19件同族专利)(施引专利12项),涂装方法省去了中涂漆的步骤,而使用电泳底漆和底色漆来代替中涂漆的部分功能。
 
PART 2——技术分布
 
 
  如图2所示,低功耗涂装技术的申请主要集中在低温烘烤、湿碰湿方向,其申请量分别为2165项和1503项,所占比例分别为32.6%和22.7%;快干、中厚膜和高泳透力方向,申请量分别为1005项、1016件和719项,所占比例分别为15.2%、15.3%和10.8%;申请量最少的是自泳涂料,其申请量为225项,所占比例为3.3%。
 
  由低功耗涂装技术的申请量分布可以看出,降低汽车涂料的固化温度,提高固化速度,减少多层涂覆时的固化次数是低功耗涂装技术最受关注的研究方向,而提高电泳涂料的泳透力等性能以及控制电泳涂料的膜厚是汽车涂料低功耗技术的另一个主要研究方向。
 
  值得一提的是,“湿碰湿”低功耗涂装技术能够满足用户对汽车涂层装饰的要求,特别是能够提高金属漆膜的外观质量、涂膜的抗擦伤性和抗石击性。对于企业,“湿碰湿”的技术可以减少生产线设备投资,降低能耗,提高生产效率。 “湿碰湿”涂装作业性以及对涂料树脂性能的控制,是得到较佳汽车涂装涂层的关键。 “湿碰湿”技术工艺复杂,影响因素多,值得国内申请人进行深入研究,以缩小在此技术上与国外同行的差距,并以期形成国内申请人自己的技术特色。
 
  自泳涂装技术 最早于1973年由美国Amchem公司开发,1977年Amchem公司被Union Carbide公司收购,自泳漆的研发就此停顿。1980年汉高公司收购了Amchem公司,重新开始多种聚合物应用的研究。自泳涂装技术因其电化学特性,没有电屏蔽现象,不受工件尺寸、形状和内腔等的限制。由于不需要磷化,在整个涂装过程中不再有重金属的存在,并且自泳漆本身不含或仅含极少量的有机溶剂,减少了涂装对环境的污染。另外,自泳涂装技术所需工位少、操作简单、运行成本低廉,适用于大多数铁基表面的涂装。自泳涂装技术整体上发端较晚,目前深入研究的专利数量还不是太多,企业可以在逐步借鉴和应用的基础上寻求研发的方向。
 
PART 3——区域分布
 
 
  如图3所示,全球范围低功耗汽车涂装技术所公开专利申请量排名前十位的国家和地区分别为美国、日本、欧洲地区、德国、加拿大、中国、韩国、澳大利亚、西班牙和巴西。其中美国、日本和欧洲地区是专利申请量位列前三位的国家或地区,其申请量都超过了3000件;排名第四位的德国的专利申请量为2243件,这与德国的汽车工业处于世界领先水平相关。排名前十的发展中国家只有中国和巴西,二者都是经济发展较快的金砖国家。
 
  图3还显示了这些公开量排名靠前的国家和地区的原创申请百分比(国家和地区原创申请百分比=该国家和地区原创申请量/该国家和地区公开专利量)情况。专利原创申请的百分比体现该国家和地区本身的技术创新能力。如图所示,美国和日本原创申请百分比都在50%以上。中国、韩国和澳大利亚的原创申请百分比都接近6%。
 
  分析原因,日本因为国土面积小,资源与能源贫乏,所以很重视低功耗、低排放的工业技术。美国紧随其后,得益于美国的整体工业实力,而且欧洲和日本在节能技术上的进步,也给美国汽车业带来了空前的节能减排压力。德国是最早发明汽车的国家,凭借技术上的精益求精的品质在德国诞生了奔驰、宝马和奥迪等国际著名汽车品牌,相关的低功耗节能减排技术也处于世界领先水平。
 
PART 4——申请人
 
 
  低功耗涂装技术专利中主要申请人的申请量的汇总情况,统计过程中将各子公司的申请量与母公司的申请量合并统计。如图4所示,申请量排名前十的公司分别为巴斯夫、关西、杜邦、PPG、立邦、汉高、赫伯特、福特、拜耳和丰田,申请量分别为447、409、398、390、327、146、98、96、90和83。而这些排名前十位的公司分别来自德国、日本和美国三个国家,表明在低功耗涂装技术的研究领域,这些国家也是具有非常领先的技术优势。申请人中既包括涂料领域的公司,也包括汽车企业和钢铁公司等。(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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