艾仕得涂料系统，闫福成博士
1、新环保法规驱动汽车涂料的环保涂装方案的实施，效果显著
当前中国汽车制造先进技术对涂装材料的需求带动了环境友好型汽车涂料的普及应用，随着新能源汽车的快速发展，对于汽车的轻量化要求现实而迫切，许多新材料出现在新能源汽车上，研发为这些新材料配套使用的涂料，和新材料的特性所要求的新施工手段，将是中国汽车涂料行业最新的发展方向。
国内现有汽车涂料及涂装技术同国外先进技术同步甚至还要领先于国外，行业应加速汽车涂料研发制造和应用技术能力的深度国产化，推动环保原材料的国产化成为汽车涂料中国制造的关键。加速水性漆和高固体份汽车漆用树脂、高档颜料和助剂的研发及国产化生产，使中国的汽车涂料产业实现全产业链的深度国产化。
涂料的水性化，高固化是涂料行业环保行动的大趋势，其推动力来源于人们对于环境保护的重视。减少汽车涂料对环境的影响，推动节能降耗已经成为业界共识。水性汽车涂料的工业化已经有30年的历史。水性汽车涂料的研发并不是出于对于涂料的性能提升的需求，而完全是由于保护环境的强力推动。上个世纪八十年代的后期，发达国家对于可挥发性有机物（VOC）的减排，相继出台了一系列法规。欧盟1996年发布了环境指令DIRECTIVE 1996/61/EC提出了完整的污染防治和控制，对于年VOC排放超过200吨的工厂要求采用最佳工艺和技术。对于汽车维修和修补漆，欧盟2004年的环境指令DIRECTIVE 2004/42/EC 对于有机溶剂在某些油漆和清漆和车辆整修产品按着不同涂层和产品种类,挥发性有机混合物的VOC排放提出了有针对性的限值。2013年欧盟成员决定将工业排放指令转化为各国的国家标准。许多欧盟国家把汽车涂装和修补涂料的水性化作为法律强制要求。美国联邦环境署（EPA）的大气净化法(Clean Air Act) 1990版针对污染源排出量的不同分别采取不同对策。2008美国国家环境空气质量标（NAAQS） 臭氧值限定为150 μg/m3 (8小时) ，VOC是造成臭氧值升高的直接因素之一。超过上述值的区域称为“未达到区域” （non-attainment areas）。“未达到区域” 必须执行环境空气质量管理计划。美国在推行VOC减排过程中，采取了多种技术路线。所以在北美汽车涂料高固体份，粉末涂料和水性涂料各领风骚，都取得了很好的VOC减排效果。
在过去的十年里，中国汽车涂料和涂装的水性化突飞猛进,取得了决定性的进展。所有的汽车涂料制造商都在中国实现了水性汽车涂料的国产化制造，汽车涂料的水性化率超过了50%。自2006年环保部出台第一版的 HJ/T293-2006 “清洁生产标准 汽车制造业（涂装）”开始，2011年11月工业和信息化部制定发布了《乘用车生产企业及产品准入管理规则》，该规则自2012年1月1日开始施行。在2012年9月国务院批复了环保部的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》。这些国家层面的标准和法规，对新建机动车制造涂装项目的技术路线确定为必须采用封闭的机械化的涂装生产线，中涂和面漆应采用水性汽车漆，水性涂料等低挥发性有机物含量涂料占总涂料使用量比例不低于80%。
由于采用了水性汽车漆和高固体份，每年中国汽车涂装减少的VOC排放5万吨以上。涂装车间的异味大大降低，水性中涂和色漆作为非易燃品，消防要求大大降低。
2、汽车涂料新技术应对新能源汽车新要求
轿车的小型化和轻量化是当前汽车行业的发展趋势，特别是新能源汽车更需要为车体减重，由此带来材料和设计上的重大变化。越来越多的白车身上不同部位采用不同材料，常见的如冷轧钢板，镀锌钢板和铝板的混合使用。随着车身板减薄，而加强后的车身结构更加复杂，内腔槽结构更多，内表面更大，新的汽车厂采用柔性生产设计理念，多车型共用同一条涂装线。
新能源汽车材料工艺的创新带来对新型涂料的更高要求，如非金属材料（塑料，复合材料等）在车身上应用比例越来越大，由于低温固化（80℃,20分钟）工艺有助于实现非金属件与车身共线涂装，同时又可降低烘干能耗，所以，应用高性能低温固化双组份聚氨酯涂料将成为一种趋势。在产品的品种上需要加快中低固份的溶剂型涂料的退出，重点发展水性汽车涂料，高固体份涂料和粉末涂料，以使汽车行业满足越来越高的环保标准要求。
随着新涂装技术的广泛应用，中国汽车的涂装技术水平和质量领先于国外汽车涂装。但是中国汽车涂装的科技人员并没有止步，而是提出更高的要求，这些新的要求，大部分已经研发成功，并付诸于实际应用。电泳漆已经在减少环境影响和提高性能两方面取得了重大进步，含有重金属的电泳漆已经退出了乘用车市场。在产品的性能上，升级换代后的电泳漆产品提升了电泳漆本身和电泳湿膜的耐受污染能力，提升了电泳漆膜的耐腐蚀性能和对于不同底材的结合力。新的前处理技术的推广使用，对电泳漆与之配套的适用性提出了新要求。新一代电泳漆技术主要特征是超高的泳透力、超低漆膜粗糙度、对新的薄膜前处理技术有良好的配套性、对各种新的车身材料适用、具有边角保护性能。
另外，新汽车涂装线和近期改造的涂装线大部分采用了水性中涂或免中涂的水性漆体系。水性色漆的使用使涂装线的VOC排放比传统溶剂型减少了大约70%，大大改善了汽车厂的VOC排放压力。水性色漆有优异的遮盖力和施工稳定性，现场不需要稀释就可以直接使用。汽车水性中涂、面漆及高固体份涂料正在加速普及，VOC排放完全达到目前最苛刻的标准；紧凑工艺、高效节能装备技术的应用大幅度提高了涂装生产效率、降低了资源消耗、提高涂装资源效率和涂层的最终质量。中国汽车涂装的总体技术水平同欧美发达国家保持了同步的技术先进性，新技术的广泛综合采用甚至领先于发达国家。
3、中国汽车涂料在“十二五”期间迅速实现了水性化的转型
OEM客户的技术转变引发了中国汽车涂料的水性化全面行动。中国汽车涂装在2005年开始使用水性面漆，标志着中国汽车涂装走入水性化时代。
2010年以后新建的涂装线开始大规模地采用先进涂装技术路线，如水性免中涂体系，高固体份3C1B体系，水性紧凑型涂装工艺和传统水性涂料涂装体系。特别是工业和信息化部发布《乘用车生产企业及产品准入管理规则》后，规划建设的新涂装线都在采用各种水性涂装体系。中国新涂装线技术路线和工艺水平已经是当今世界汽车涂装的最先进技术的集合。预计到2015年底，采用水性漆的涂装线的数量达到100条以上，产能达到千万辆以上。这些采用最新技术路线的涂装线在VOC排放水平，都能够达到当前世界汽车涂装先进标准。2010年以来国内汽车涂装的生产线建设的工艺技术和材料发生了巨大变化，一是乘用车采用先进的环保涂装材料和涂装工艺，特别是水性紧凑涂装工艺在2010年开始引进，目前已经成为新乘用车面漆涂装线的技术主流。二是在商用车的涂装线建设中，也开始广泛采用面漆水性涂装。见图1和图2展示了2010年和2015年乘用车和卡车用涂料的变化：
与2010年比较，乘用车使用溶剂型涂装的车辆数有20%的下降。而卡车使用溶剂型涂装车辆更是下降了54%。2015年乘用车使用水性漆体系的比例由2010年的14%上升到53%，见图3和图4。
2015年卡车使用水性漆体系的比例由2010年的0上升到37%见图5和图6。
水性面漆涂装技术中的各种先进工艺纷纷落户中国，近期建成投产的汽车涂装工厂的生产线上，水性免中涂工艺，水性三涂一烘工艺，IPP工艺等紧凑工艺和传统的三涂两烘工艺各放异彩。这些技术的使用，带来汽车涂装VOC排放的大幅度降低，涂层质量有了质的飞跃。卡车的溶剂型涂装量大幅度减少，转向水性涂装。
4、汽车涂料的主要品种的水性化进展
在过去的5年里中国汽车涂料工业，完成了重要的产品升级换代和新技术应用的全面推广。汽车中涂和色漆的水性化进展迅速，由期初的10%到期末转化为60%。修补漆的水性化也迅速推广开来。
中涂和面漆的产品水性化升级换代：水性的中涂层漆是具有低VOC排放的环保产品。新汽车涂装线和近期改造的涂装线大部分采用了水性中涂或免中涂的水性漆体系。部分新线使用了水性3C1B体系。预计到2016年底国内汽车原厂漆色漆约有60%采用了水性漆。在免中涂工艺中，除了完全取消中涂外，也根据客户的要求推出了一种“双组分色漆预喷涂层”来提高对紫外线的阻挡。还推出了为传统水性漆体系配套的高外观水性中涂，该中涂具有良好的填充性能，能够填平板材和电泳表面的细小凹凸结构，改善整体复合涂层的外观。在水性3C1B体系中的中涂层和色漆是“湿碰湿”施工的，对中涂层的要求更高，要能够抵抗咬底，吸收石击和湿膜收缩的能力。这些中涂新产品降低了中涂的消耗，减低复合涂层的总膜厚。
水性色漆的使用使涂装线的VOC排放比传统溶剂型的减少了大约70%，大大改善了汽车厂的VOC排放压力。水性色漆有优异的遮盖力和施工稳定性，现场不需要稀释就可以直接使用。各种不同名称的紧凑型涂装体系，以水性化体系为主，都要求各层湿膜之间有良好的匹配性能，一般是由一个涂料供应商来提供一个颜色的全部涂层，以防止出现涂层之间的配合不良问题。
清漆是原厂汽车漆的最后一道涂层，复合涂层的外观（光泽，鲜影性），耐候性能（如抗老化和抗酸雨性能），抗划伤性能等都取决于清漆的性能。中国的原厂汽车漆越来越多地开始使用双组分清漆，特别是在水性漆系统和高端车的涂装体系。近两年投产的新水性漆轿车涂装线开始普遍采用双组分（2K）清漆，水性漆与双组分清漆的配合使水性色漆的色彩更加鲜艳，效果颜料的定向更稳定，闪烁度更好；同时，由于色漆和清漆的分层更好，复合漆膜目视更加光亮清澈。双组分清漆有着优异的耐候性能和耐酸雨性能。双组分清漆的使用提升了原厂汽车漆的综合质量。
汽车修补漆的水性化：汽车修补漆进入了新材料的升级换代时期，水性汽车修补漆的推广正在加快，到2016年底，预计有25%的汽车修补漆转化为水性漆。随着中心城市环保治理的加速，一大批汽车4S店开始使用水性修补漆。我国的大城市开始制定汽车修补的VOC控制标准，对各个涂层的VOC提出了不同的要求，面漆的VOC最高限值为420g/L。要达到这一标准，必须使用水性汽车修补漆才能够完成。香港特区的汽车4S店和台湾地区汽车修补已经普遍使用水性修补漆。国内欧系高端轿车宝马/奥迪/奔驰/沃尔沃已经在其4S店使用水性修补漆。日系轿车品牌雷克萨斯/本田/丰田的汽车4S店也开始采用水性修补漆。福特汽车也开始推行水性化修补体系的使用。艾仕得的全球水性修补漆产品体系科丽晶？和保美恒品牌是针对不同的汽车OEM体系开发的。具有优异的遮盖力，易于施工，可以大幅度提升修补工作效率。相同色漆可以用于车身和保险杠的修补。配备了辅助测色仪系统，使用时由测色仪相连的颜色配方系统直接给出对应的水性漆配方。
5 、水性汽车漆的国产化进展
中国新汽车工厂的投资和投产带动了水性汽车涂料新产品的需求，主要国际汽车涂料制造商近几年都在中国加大了投资力度，投入巨资增加产能，技术研发能力和服务能力。实现水性汽车漆从研发到生产的全面国产化。
艾仕得涂料系统在上海投资逾5,000万美元建设的新水性OEM原厂涂料生产装置2015年3月正式投产，为快速拓展华中和华南市场的汽车制造商生产和供应多达25,000吨涂料。这一举措将使艾仕得在中国的水性涂料产能翻番。作为艾仕得全球全球最新、最先进的水性涂料工厂之一。新工厂专注于打造Axalta（艾仕得）涂料系统的水性涂料产品，此类产品同时满足汽车制造商及监管部门所制订的环保标准。在致力于为客户提供可持续的产品和应用系统的同时，减少涂料生产过程对环境的影响。艾仕得涂料系统亚太区技术研发中心2015年11月在上海正式破土动工。作为艾仕得亚太区最大的技术研发中心，该中心占地15,500平方米，将于2016年第四季度投入运营，主要承担基础研发和新涂料应用，包括开发新一代的涂料配方、色彩、树脂、分散技术、喷涂应用以及涂料特性分析等，同时为轻型车制造商、商用车和修补漆的客户、工业和建筑领域客户提供强大的技术支持。巴斯夫上海涂料有限公司2014年初宣布全新汽车涂料工厂在上海化学工业区开业投产，2016年就又宣布追加投资增加产能，同一工厂内增加了电泳漆树脂和面漆树脂的生产能力。PPG天津工厂2013年完成了产能的扩张，新建了水性汽车漆工厂。该工厂成为了PPG在全球产量最大的工厂。湖南湘江关西涂料有限公司搬迁新建项目2015年11月在长沙市望城区铜官循环经济工业基地开工，该项目是2015年长沙市重点工程，该项目用地356亩，建成后可年产水性汽车涂料18万吨、树脂6万吨，年产值达50亿元。预计投资超过5亿元人民币，总产能将达到约25万吨。项目分两期建设，一期预计于2016年底建成。跨国汽车涂料制造商进一步在中国扩大先进汽车涂料的生产产能、建立技术中心和研发中心、在中国进行产品的研发本地化等举措汽车漆开始进入深度国产化的阶段。中国汽车涂料工业正在全球汽车涂料工业中发挥举足轻重的作用。
6.中国汽车涂料水性化面临的挑战和机遇
水性漆的原材料亟待深度国产化。汽车涂料核心原材料-新的水性环保型汽车涂料的核心原材料-颜料、高性能水性树脂和助剂仍然未实现国内本地化生产，主要依靠进口。部分掌握着绝对市场支配地位的核心颜料和助剂生产商，尚没有计划到中国进行建厂实现国产化。
制造费和储运费用升高。生产水性汽车漆要求所有与材料接触的装备和管道必须使用高规格的不锈钢材质，生产过程和环境须有温度和湿度控制。相同产能的水性漆装置比溶剂型漆装置的造价提高2-3倍，此外还需投资配套的水净化装置制造去离子水、保温储存仓库和污水处理装置。生产水性漆的投资大，相应的生产固定成本更高。水性漆体系主要原材料和产品都需要保温储存和运输，冬季需加热而夏季需降温。转换成水性漆后运输费用大幅增加。
客户端的汽车涂装工厂投资大，运营成本高。水性汽车漆的涂装工厂需要全不锈钢的涂装设备和环境。涂装喷漆室需要恒温恒湿，和脱水闪干。投资大，能源消耗大，运营成本高。一些汽车厂，开始将老工厂节能减排的改造工艺路线由原计划改为水性漆变为采用溶剂型的高固体份体系。
因此，在推动水性紧凑型节能工艺的同时，深入研发新的节能降耗减排高效的涂装工艺和技术。进一步提高涂料的利用率和涂装效率，涂装节能和减排方面的技术和材料突破新方案，比如低温固化水性体系，超高固体份溶剂型体系，将会给汽车漆带来更大的发展。
总之：加速汽车涂料研发制造和应用技术能力的深度国产化，推动水性环保原材料的国产化已经成为汽车涂料中国制造的关键。加速水性漆/高固体份汽车漆用树脂，高档颜料和助剂的研发和国产化生产，使中国的汽车涂料产业实现全产业链的深度国产化。随着新能源汽车的快速发展，对于汽车的轻量化要求将更为现实而迫切。许多新材料将出现在新能源汽车上，研发为这些新材料配套使用的涂料，以及满足新材料特性所要求的新的施工技术，将是汽车涂料的新的发展方向。
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