近年来，汽车涂料中电泳、中涂、底色漆（Basecoat）加清漆的涂装体系，几乎已经成为“标准套”了，但是，它们都在悄然发生巨变［1］：电泳漆的性能不断提高，VOC几近于零；由于BASF的IntegratedProcessⅡ和DUPont的EcoConcept工艺的出现，中涂可不再需要；水性底漆基本解决了OEM汽车涂料VOC的最大产生源，使VOC降到很低；最后，已经使用了30多年的丙烯酸清漆正在发生重大变化（图1），2K聚氨酯清漆越来越多地被使用着。几年前，DuPont已经满怀信心地宣称向90％的高固体分清漆进展；水性清漆也已登场；UV固化清漆正在积极商业化；PAintFilm（贴膜）也取得相当大的进步，本文将就汽车OEM粉末清漆的进展做一较详细的讨论。
图1 汽车OEM清漆的主要发展方向
2汽车OEM粉末清漆的发展沿革［2］
早在20世纪60年代，已经开始对粉末涂料用于车身涂料进行评估了，70年代，Ford公司首次用丙烯酸粉末涂装了车身，但由于当时的表面处理不好，且没有解决金属表面的全覆盖问题而导致腐蚀严重，后来失败了。
Honda在70年代中期将粉末涂料作为面漆使用了几年，还在1976年得到日本涂料工业协会嘉奖，但是，随后，Honda的注意力却转向水性涂料了。80年代GM建线时，原打算面漆和中涂都用粉末涂料，但是在面漆线上后来一直没有采用，中涂却成为北美的首家使用者，Glidden发展和供应了环氧聚酯型粉末中涂。
1998年，BMW率先采用PPG的Enviracryl粉末清漆，在德国Dingolfing车身工厂下线。粉末清漆的供应合同也给了当时的Herberts（现在是DuPont）。涂料都是用的GMA（甲基丙烯酸缩水甘油酯）丙烯酸树脂型。
BMW的涂装线［3］是全自动并连续生产的，清洁工作很容易，平面和垂直面的膜厚差很小，没有溶剂型涂料的滴落和流挂现象，返工少，粉料可循环使用，长达一年，由于空气中不含溶剂，90％的空气可循环，涂膜的外观和耐久性也很好。
车身内部、外部两侧边和顶部喷涂后的余料回收，与新料混合，再返回使用。
3.经济评估
粉末清漆（PCC）的最大问题是价格要比2K聚氨酯（2K-CC）贵得多，然而，它的许多长处弥补了这个弱点。
在一个日产1000辆，年产25万辆的流水线上，每辆单耗粉末清漆（PCC）是1.6kg，而液体清漆是2.4kg，前者的年物流量是400t，废渣仅20t；而2K-CC要600t，外加40t辅料，但却排渣180t，还要处理270t溶剂挥发物。
从所需投资看，PCC和2K-CC的混合、循环和喷涂相差不大，但是，喷房供气、物流和废渣耗资相差很大，而且，PCC根本没有VOC的处理花费。二者投资相差近35%（图2）。
图2 PCC和2K-CC的投资比较
图3给出了年成本的比较，由于PCC的投资少，折旧也就少了，运营成本很低，没有辅料，二者的年成本差别几近70％。
图3 年成本比较
图4给出直接物料成本比较，PCC如果降低膜厚和原材料成本，并且扩大规模，可以预计其直接物料成本会接近2K-CC。
图4 直接物料成本比较
综合核算物料、劳力、投资和运营，二者的比较由图5所示，可见PCC与2K-CC总成本已经相近，从预计数字看，前者可低于后者。
图5 PCC与2K-CC的总成本比较
图6总体比较了生态、性能和经济，PCC多数都占了优势。
图6 PCC与2K-CC相比的总评价
4粉末清漆的涂装
一般工业用的粉末涂料粒径较大可达30~50μm，所以漆膜较厚，流平性也较差，用于汽车清漆显然不合适。汽车清漆用的粉末粒径应小于10μm，流平性和外观都将得以改进，膜厚也可降低，但是，由此带来了许多问题，细粒径的粉末在料斗里不易达到较好的流态化，还会结块堵料；粒径变小以后，质量减轻了，传递效率也会降低；有时在漆膜上会产生“小点子”；汽车车身也与一般工业中的喷涂对象不同，先被涂上了底漆，不是均匀的导体。
U.Shah等人用数理模型模拟研究了10~20μm的细粉末与30~40μm的粗粉末在不同操作条件下的静电喷涂过程，气流速率、喷枪电极电压以及粉末喷涂速率都是影响因素，对所有粒径来说，空气流速与粉末传递效率是密切相关的，气流速率增加对大颗粒会提高传递效率，但是，过分增加流速会产生湍流，对传递效率和涂装质量反而不好，对细颗粒用低流速会提高传递效率［4］。
NihonParkerizing的KenzoYanagida等人采用新的粉末喂入系统（图7），取得了较好的效果［5］。新的粉末喂入系统中，主要是引入了一个搅拌器。
图7 新的粉末喂入系统
Yanagida等人通过预电荷系统（图8）巧妙地提高了传递效率，由带正电的电晕枪在底漆上先“喷”上一层正电荷，带负电荷的粉末粒子就很容易吸上去了，既提高了传递效率，喷涂也均匀了。
图8 预电荷系统
在粉末喷枪上，安装一个反电极（CounterElectrode），如图9所示，就会形成自由离子捕集器，可有效减少漆膜上的颗粒。
通过这些改进，可基本消除桔皮，外观大为改进，膜厚降低，满足平均粒径10μm以下的丙烯酸粉末清漆的涂装施工。
图9 降低自由离子的系统
5粉末水浆清漆
从前述亦见，平均粒径越小，越难施工，也会给贮存带来许多问题。BASF几近在同时期，推出了粉末水浆清漆［6］，可将膜厚从60~70μm降低到45μm。只要经过小修改，传统的涂装线和涂装的经验技巧都可采用，静电涂装传递效率高，不必考虑循环回收；如果要加添加剂等物，改进配方比较容易；均相状态较好，在涂料生产和涂装流水线上可以使用低到25~50μm的过滤器；流平性问题比较容易解决。BASF的粉末水浆属于酸－环氧交联的体系，先用常规方法磨到30μm以下，然后，再水磨到3μm，加入添加剂，过滤，得到乳白色悬浮液，在20℃可贮存1个月，而低于10℃可贮存3个月。
粉末水浆的性质如下：
固含量（1h，130℃）/%35~38
溶剂/%＜2
VOC＜0.5lbs/gal
粒径/μm3
pH6.0~6.5
粘度（23℃，1000s-1）/（mPa·s）150~200
密度/（g·cm-3）1.05
外观奶白
粉末水浆清漆的涂装管线要求温度18~26℃，在20~24℃和相对湿度65%~75％之间，静电或空气喷涂皆可，从它的温度、湿度对流变的影响（图10）可见，如果到29℃，就会影响流平性，它的喷涂粘度稍高于溶剂型。
图10 温度、相对湿度对流变性的影响
喷涂后，在40~50℃强制干燥5min成为白色的膜，再在140℃烘烤20min，固化成清漆膜。
粉末水浆清漆涂膜性能见表1。
表1 粉末水浆清漆涂膜性能
由表1可见：粉末水浆清漆的漆膜，光泽和流平性都很好，抗化学品、抗酸雨和划伤性也很好。粉末水浆清漆由BASF、DaimlerBenz和Dürr合作，用于在德国Rastatt的MercedesAclass车。
6粉末清漆的化学
汽车工业零部件和车身中涂用的粉末涂料可以有聚酯、高耐候聚酯、聚酯聚氨酯、TGIC等类型，但是，OEM车身用的清漆迄今为止只有GMA（GlycidylMethacrylate）丙烯酸类型。AndersonDevelopment公司描绘了它的树脂合成和常见的变量，见图11。［7］
图11 GMA丙烯酸树脂的合成
粉末清漆的制造可参见图12，树脂、固化剂和各种配合剂经过预混、挤出、研磨、旋风分离、过筛和包装等步骤而成。
1~4—树脂，固化剂和助剂；5—预混；6—挤出；7—冷却；
8—研磨；9——旋风分离；10—过筛；11—包装
图12 汽车OEM粉末清漆的制造示意图
丙烯酸粉末清漆清澈透明，耐久性、耐候性和抗化学品性都很好，早期的白漆时间长了有点变黄，现在已经解决，膜厚控制近来也已解决，抗酸雨和划伤还是应该由树脂结构和助剂来解决。GMA丙烯酸粉末清漆与其他类型清漆的加速老化数据比较可见图13。
GMA丙烯酸粉末清漆与2K聚氨酯清漆相比，其光学特性、机械性能、可清洁性、抗化学品性、实际总成本和工艺稳定性都与2K聚氨酯相当，但它在材料循环利用和废水、废溶剂排放方面比后者要好得多了。
1—GMA丙烯酸；2—超耐久聚酯；3—HFA丙烯酸；
4—半耐久型聚酯；5—标准聚酯
图13 GMA丙烯酸粉末清漆与其他类型漆的加速老化比较
7汽车OEM粉末清漆的应用
表2给出了粉末涂料制造者、应用部位、工艺品种和各个汽车制造者的情况，表3给出了各个汽车制造者采用粉末涂料的工厂数和工艺品种［2］。
表2 粉末OEM汽车涂料的应用
表3 粉末OEM汽车涂料的应用
自从BMW采用了PPG和DuPont的粉末清漆和MercedesBenz采用了BASF的粉末水浆以后，似乎粉末清漆在车身OEM涂料的应用上有些停顿，应该可以理解的是在这段时期许多汽车工厂都在努力实施底漆的水性化，因为它是汽车OEM涂料中VOC的最大来源；另外，对汽车工厂来说，降低VOC毕竟是很花钱、费力的事，有些国家政府法律法规逼得松一点，进程就会慢一点，当然也有个改造的过程。近来得悉Volvo在Hallsberg投资1.5亿SEK建一个油漆车间，使用水性底漆和粉末面漆，2008年将投产。
早在20世纪90年代就有人预计，如果汽车OEM粉末清漆正式登场，汽车的VOC排放量可降低到15g/m2［4，8］，正如本文起始所述，汽车OEM涂料涂装体系可以见到告别VOC的曙光了。
Biller预计，像中国、印度、东南亚和东欧等汽车工业迅速发展的国家反而有希望上粉末涂料，相对来说流水线规模较小，容易实施［2］。
水性汽车涂料已经在我国逐渐兴起，近来也有我国学者发表汽车粉末清漆小试的文章［9］。笔者写就本文，也希望哪一天能看到我国的汽车制造者经过评估决定使用粉末清漆了。
