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[防腐蚀材料] 汽车防腐蜡的研究现状与展望

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发表于 2021-8-12 14:01:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
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汽车防腐蜡的研究现状与展望
苏建,丛玉凤,黄玮,姜传东 (辽宁石油化工大学 石油化工学院,辽宁 抚顺 113001)
摘 要:介绍了目前汽车制造业腐蚀问题的存在及其严重性,综述了汽车用防腐蜡的种类、作用机理及国内外的研究现状,并对近年来受到了国内外研究人员的关注水基型防腐蜡的优缺点进行分析,最后对防腐蜡的发展作出展望。
关键词:腐蚀;防腐蜡;溶剂型;水基型

[size=1em]近20年,汽车工业在我国得到了飞速的发展,截至2018年底,我国汽车产、销量分别为2 780.9万辆和2 808.1万辆[1-2],汽车用涂料产量达到 196万t,占涂料总产量的9.6%。预计到2022年,汽车涂料产量规模有望突破300万t,不难看出汽车涂料的市场前景可期,汽车防腐蜡的市场前景更是如此[3]。

[size=1em]随着环境的恶化,汽车腐蚀问题日益严重。根据中国汽车技术研究中心公布的信息来看,2016年汽车腐蚀造成的经济损失达347.3亿美元,2019年预计可达435亿美元,究其原因,主要还在于腐蚀影响因素比较多,导致行业对汽车腐蚀问题的认识不足。因此,汽车防腐蜡行业的发展成为了一种必然趋势。

1 汽车防腐蜡

[size=1em]汽车防腐蜡是由石蜡、成膜剂、防锈剂、分散剂等精制而成的流动状有机物质,主要用于防止汽车钢板腐蚀,涂布于车身板接、车辆底盘、内腔等部位。石蜡作为一种饱和链状烷烃结构,其稳定性高、耐热性好、抗腐蚀能力强、成膜后附着力好[4]。施工时应根据不同的环境条件和不同目的确定不同防腐蜡。目前汽车防腐蜡的类型主要有三种:溶剂型防腐蜡、高固分防腐蜡和水基型防腐蜡。

1.1 溶剂型防腐蜡

[size=1em]溶剂型防腐蜡是用脂肪烃类溶剂与各种添加剂调配而成,性能好且生产工艺简单。张金平等[5]以微粉蜡、改性醇酸树脂、溶剂型增粘树脂和200#溶剂油为原料,发明了一种耐高温型汽车防腐蜡,该种方法工艺简单、生产过程无需加热,节约能源,生产出的防腐蜡蜡膜附着力好、防腐性能优良且耐高温。黄福川等[6]以高活性聚异丁烯、费托蜡、微晶蜡、沥青、米糠蜡、C5石油树脂和200#白色溶剂油等原料,研制出了一种汽车底盘防腐蜡,其性能稳定、无结晶析出、蜡膜为弹性硬膜且蜡膜达到一定厚度没有流体物质滴落、鼓泡、龟裂现象,同时具有优良的粘附力。

[size=1em]溶剂型防腐蜡虽然性能稳定、生产工艺简单,但产品中含有的有机溶剂会产生大量的挥发性有机物(VOCs),不仅会对环境造成严重污染,也会对人体造成不可逆转的伤害。

1.2 高固体分防腐蜡

[size=1em]高固分防腐蜡主要是由石蜡、添加剂及矿物油等组成,其固化方式与溶剂型的原理不同。溶剂型防腐蜡的固化主要是靠其中的溶剂油挥发后,黏度增大,形成蜡膜,但是当温度升高时黏度下降,容易造成蜡膜流淌;而高固分防腐蜡主要靠空气中的氧气氧化后成膜,成膜后,耐高温、性能稳定,并且相比于溶剂型防腐蜡,大大减少了VOCs的排放[7]。高健等[8]以石蜡、微晶蜡、植物油脂、基础油等原料,发明了一种低VOCs全固体分空腔防腐蜡,不含溶剂,闪点高,操作安全,环境友好。林兴国等[9]以蜂蜡、聚乙烯蜡、丙烯酸树脂和防锈剂为原料,研制出了一种高固分环保型防腐蜡,其生产工艺简单,降低了汽车生产过程中VOCs的排放及单车消耗,在保护环境的同时,大大提高了经济效益。

[size=1em]由于高固分防腐蜡是一种新产品,生产成本较高,暂时还未得到广泛的应用,相信通过技术的革新和进一步成熟,高固分防腐蜡会得到社会的认可。

1.3 水基型防腐蜡

[size=1em]近年来,环境保护已经变得空前的重要,不断有更加严格的法律法规相继出台,在这个前提下,人们对使用汽车防腐蜡所引起的危害也日益关注。为促进节能环保,经国务院批准,自2015年2月1日起对涂料征收消费税,而施工状态下VOCs含量 ≤420 g/L 的涂料可免征,可见严格控制 VOCs 排放对控制新车研发成本有着巨大的作用[10]。因此,水基型防腐蜡取代溶剂型防腐蜡是必不可免的。潘良等[11]以水性树脂、聚乙烯蜡、水性抗盐雾助剂等原料,研制出了一种低VOCs快干型水性汽车底盘防锈蜡,该产品各项性能均较优异,其VOCs仅为 67 g/L,蜡膜表干时间为1 h。王晓蕾等[12]通过考察氧化蜡的质量分数、复合乳化剂的质量分数、乳化温度、搅拌速率、乳化时间及防锈剂类型和用量等参数,以自制氧化蜡、复合乳化剂、T-704防锈剂等为原料制备了性能稳定、防锈效果好的乳化型汽车防锈蜡。

[size=1em]环保型水性汽车防腐蜡是当前汽车防腐蜡行业研发热点之一。目前,水性汽车防腐蜡在欧洲国家使用较为广泛,我国也为使用水性汽车防腐蜡做了准备[13]。水基型防腐蜡是以水为溶剂或稀释介质,相比于有机溶剂来说更能节约成本,减少对能源的消耗,最重要的是较低的VOCs排放也能降低对大气的污染,保障了施工人员的身体健康。另一方面,水基型防腐蜡生产环境许可要求较低,溶剂型要求严格,除了要求防火防爆外,在运输中潜在危害高,运输费用高昂,因此水基型防腐蜡占有很大优势[14]。以水基型防腐蜡替代溶剂型防腐蜡应用于汽车的防腐涂装上,对我国环保工作和实现经济的可持续发展有着非常重要的意义。但是水基型防腐蜡也有不足之处,在汽车等领域中的应用仍有许多问题有待解决。

2 水基型汽车防腐蜡的发展2.1 水基型汽车防腐蜡存在的问题

[size=1em]相对于传统溶剂型汽车防腐蜡,水基型汽车防腐蜡更节约资源,对环境友好,是未来汽车防腐蜡的发展方向。虽然我国汽车防腐蜡的水性化进展较为缓慢,但随着整个社会的环保意识的不断提升,越来越多的企业开始研发水性汽车防腐蜡,但仍存在以下问题:水基型防腐蜡是以水作为溶剂,在涂膜的过程中难免会出现起泡的现象,因此,需要通过配方技术和涂膜技术两方面来共同解决起泡问题。水基型防腐蜡中的成膜树脂含有大量的亲水基团或亲水物质,这些物质势必会对防腐蜡的耐水性造成严重影响。现在的一些水基型防腐蜡中,为了适应不同领域的应用,需加入一些水溶性的助溶剂和助剂,和溶剂型涂料所用的溶剂相比,尽管其用量小,但毒性大,对身体仍会造成不可逆转的危害。因此,安全和环保型水基防腐蜡乃至水性涂料领域研发生产及发展过程中需要更加注重的问题。

[size=1em]正是因为以上所述的问题阻碍了我国水基型汽车防腐蜡的研发和使用,只有从技术上不断攻克这些难题,水基型汽车防腐蜡才能得到快速发展。

2.2 水基型防腐蜡的发展

[size=1em]众所周知,欧美国家特别是欧盟对环保非常的重视,美国、法国及德国等国家相继制定了一些环保法规来限制VOCs向大气中释放。在我国,关于汽车涂料有害物质限量的国家标准GB 24409—2009中明确规定了双组分交联水性涂漆的VOCs应<670 g/L[15],目前出口西方发达国家的工业产品中,有许多已开始改用环保的水性防腐蜡涂装施工。随着国外先进水性树脂产品、防腐技术进入我国防腐蜡市场和国内对水性防腐蜡新产品水平的不断提高、生产工艺的升级优化,带动了我国水性防腐蜡的发展和应用,使水性防腐蜡在涂膜性能上已能满足越来越多的行业的涂装要求[16-20]。Louis[21]以石蜡、蜂蜡和巴西棕榈蜡作为基础原料,向其中加入水性醇类对基础原料进行改性,使其乳化,制备出了一种水基型防腐蜡。Dunning[22]以水、石蜡(纳米级颗粒)、表面活性剂、正辛基三乙氧基硅烷为原料,制备出了水性乳液防腐蜡。刘建宇等[23]以NQ-1型蜡为基础原料,向其中加入成膜剂、复合防锈剂、乳化剂等助剂,制备出了一种致密性、防腐性好的防腐蜡。王景芸等[24]以氧化石蜡代替天然石蜡作为原料,通过加入硬脂酸与三乙醇胺复合乳化剂和复合防锈剂,制备出了性能优异的汽车防腐蜡。水性防腐蜡的不断发展的同时也带动了水性涂料的不断革新与进步[25-26]。国内外水性涂料主要集中在建筑涂料[27]、抗菌涂料[28]、航天涂料[29]和海洋船舶用涂料[30]。近年来,水性涂料已经在汽车、自行车、电梯等制造业使用[31]。

[size=1em]据WPCIA数据[32],2017年全球涂料产量 7 144万t,欧美等发达国家溶剂型涂料产量平均占比不到40%,美国则不到30%,德国仅20%左右,国内溶剂型涂料占比达到52%,水性和粉末涂料占比分别约35%和10%,光固化和无溶剂等环保型涂料占比约3%,环保型涂料合计不足50%。环保部《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》明确提出,到2020年,全国工业涂装VOCs排放量减少20%以上,重点地区减少30%,全面推进环保性涂料发展已成为不可逆转的趋势。

3 展望

[size=1em]我国于2006年颁布了汽车制造业涂装清洁生产标准(HJ/T 293—2006),促进了绿色环保水基汽车防腐蜡的开发与应用。绿色环保涂料的发展方向必将是水性化、高固体化和粉末化。为适应环保的要求,国内外都在积极研发和利用“省资源、高效率、低污染、节能源”的涂料品种。未来可在以下几个方面进行更深入的探讨:

[size=1em](1)针对汽车防腐蜡不同的企业拥有不同的标准,为了更能显示其权威性,应制定出相应的国家标准。

[size=1em](2)利用新技术解决水基型防腐蜡气泡、缩边、流挂等各种涂膜缺陷,将其中的亲水基团或亲水物质进行转化或消除,增加涂层的耐水性。并完善水基型涂料的使用功能,例如防火、防虫、隔热保温等,攻破其在航空航天、建筑、海洋等领域的技术难题。

[size=1em](3)开发一系列新型的少含或不含挥发性有机物的水性涂料,使排出的VOCs尽可能地降到最低。

[size=1em](4)增加费托蜡成分在防腐蜡中的占比,利用分割出的窄馏分,加上其硬度大、熔点高的特点,使涂层具有良好的滑爽性和可抛光性,涂层油亮,在水性复膜胶粘剂中能提高胶层与PE、PP等非极性塑膜的亲和性。



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