隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，汽車涂料的用量也在不斷增長，2014年汽車產(chǎn)量達(dá)到2300萬輛，涂料使用達(dá)到45萬噸。金屬效應(yīng)鋁粉顏料由于具有隨角異色效果及豐富層次感，使人們能夠產(chǎn)生一種生夢幻、愉悅、輕快、高檔的感覺，廣泛應(yīng)用于汽車金屬漆中，據(jù)統(tǒng)計在轎車面漆中金屬漆的占有比例達(dá)到了70%左右。

　　近幾年來環(huán)境保護(hù)問題成為全人類最關(guān)注的話題之一，我國也出臺了相關(guān)環(huán)保政策來控制有機(jī)揮發(fā)物的排放。2014年《乘用車生產(chǎn)企業(yè)準(zhǔn)入條件及審查要求》明確規(guī)定汽車行業(yè)新增涂裝線中面涂必須使用水性涂料，原有涂裝線也必須在規(guī)定時限內(nèi)進(jìn)行改裝使用水性涂料。2015年2月開始在涂料行業(yè)針對在施工狀態(tài)下VOC高于420克/升的涂料產(chǎn)品征收消費稅，對涂料施工環(huán)節(jié)征收排污費的政策也即將出臺，水性涂料的應(yīng)用將得到快速發(fā)展。目前汽車用涂料水性化率已達(dá)75%。

　　當(dāng)前水性汽車中面涂料一般呈弱堿性，而鋁粉顏料在弱堿性條件下可與水發(fā)生反應(yīng)釋放出氫氣，因此在制備和使用水性金屬漆時，必須采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，預(yù)防涂料質(zhì)量事故和安全事故的發(fā)生。

　　1水性金屬涂料存在安全隱患的原因分析

　　金屬涂料中一般要添加4%左右的金屬鋁漿。金屬鋁性能特殊，能與水在一定條件下發(fā)生發(fā)應(yīng)。傳統(tǒng)溶劑型金屬鋁粉涂料，由于涂料體系一般呈弱酸性或中性，且體系中沒有水分存在，鋁粉能惰性存在涂料中，體系穩(wěn)定。水性涂料以水做溶劑，涂料體系一般呈弱堿性，在此條件下水會與鋁粉發(fā)生反應(yīng)，釋放出氫氣。其反應(yīng)方程如下：

　　2Al+3H20 Al2O3+3H2(1)

　　2Al+6H20 2Al(OH)3+3H2(2)

　　1.1鋁粉變化對涂料質(zhì)量的影響

　　鋁粉與水反應(yīng)后，鋁粉表面顏色會發(fā)黑變暗，最終影響涂膜效果，達(dá)不到客戶的要求，導(dǎo)致質(zhì)量事故的發(fā)生，鋁粉變化后對金屬漆外觀效果的影響見圖表1。

　　1.2鋁粉變化對安全的影響

　　金屬漆在儲存中與水反應(yīng)生成氫氣，會導(dǎo)致容器中的壓力增加而“脹桶”，嚴(yán)重的可導(dǎo)致爆炸事故。在使用時，工人在打開油漆桶同時，如果桶內(nèi)壓力過高，過高的壓力可導(dǎo)致涂料從包裝桶中涌出，甚至出現(xiàn)“沖蓋”現(xiàn)象，造成對操作工的人身傷害。

　　國內(nèi)多家汽車生產(chǎn)廠都曾經(jīng)出現(xiàn)過水性涂料出現(xiàn)“脹桶”，開桶時出現(xiàn)“沖蓋”現(xiàn)象，幸未沒有發(fā)生人身安全傷亡事故。

　　2、金水性屬涂料安全穩(wěn)定性的測定與評價

　　水性金屬涂料的安全穩(wěn)定性與金屬鋁粉反應(yīng)的程度相關(guān)，可通過測定涂料在儲存中氫氣的釋放量來評定其安全穩(wěn)定性。

　　在涂料配方確定后，需進(jìn)行放氣量的評價。放氣實驗合格后，方可進(jìn)行生產(chǎn)和應(yīng)用。放氣量的評價一般有兩種方法。一種是失重評價法，一種是氣壓評價法。

　　2.1失重評價法：

　　通過評價重量的變化來評價涂料體系的安全性。將制得的水性涂料樣品裝入密閉容器中，稱量并記下此時的重量。然后把容器放入40℃的烘箱中，來考察鋁粉的穩(wěn)定性。以5天為一個循環(huán)，取出后冷卻至標(biāo)準(zhǔn)溫度，之后將容器蓋輕輕開啟，稱量此時的質(zhì)量，與剛放入烘箱時的重量進(jìn)行對比。三次循環(huán)后，差值越大，則說明鋁粉釋放氣體量越大，涂料體系安全穩(wěn)定性效果越差。

　　2.2氣壓評價法：

　　通過密閉容器中體系壓力的變化來評級涂料體系的安全性。該方法是最常用的方法，測量裝置見圖表3。原理是：當(dāng)玻璃瓶中金屬涂料中的鋁粉和水發(fā)生反應(yīng)放出氫氣時，會引起玻璃瓶中的氣壓增大。因下空氣室和玻璃瓶相通，所以下空氣室的氣壓也會增加。因上空氣室和大氣相通，它的氣壓在整個試驗過程中恒定不變，所以下、上空氣室會出現(xiàn)一個壓力差。這個壓力差會驅(qū)使下空氣室中的水流向上空氣室。通過上空氣室中水的體積的變化來測算涂料釋放的氣體量。選擇一定重量的金屬漆，在40℃恒溫的環(huán)境中，收集3-7天氣體的發(fā)生量，放氣量越小，產(chǎn)品安全穩(wěn)定性越高。

　　3.水性金屬涂料安全性能設(shè)計方案

　　3.1通過鋁粉表面處理提高涂料的安全性

　　通過對鋁粉進(jìn)行處理，降低與水的反應(yīng)活性，從而提高涂料的安全性能。水性鋁銀漿常用的改性方法為添加阻蝕劑法和包履法。添加阻蝕劑法是在鋁粉顆粒的表面以物理方法混合添加劑，在鋁片的外層形成保護(hù)層，最終阻止鋁和水發(fā)生反應(yīng)。阻蝕劑包括脂肪酸阻蝕劑、低分子阻蝕劑、表面活性阻蝕劑和聚合物（高分子）電解質(zhì)阻蝕劑。包履法是指用物理、化學(xué)方法對粒子表面進(jìn)行處理，有目的的改變粒子表面的物理化學(xué)性質(zhì)，在鋁粉的外部形成一層保護(hù)層。常用的方法有鉻酸鹽處理、鉬酸鹽處理、有機(jī)硅改性處理。二氧化硅包覆法的鋁粉漿，是水性汽車涂料中使用相對較多的一類。其優(yōu)點是不會產(chǎn)生氫氣或者氫氣產(chǎn)生量非常小，但其缺點也明顯，價格貴，與涂料中有機(jī)物的相溶性差，鋁粉的閃爍感差，可選擇品種少等。圖表4為二氧化硅包覆的鋁銀漿包覆前后外觀閃爍感的差異。

　　鉬酸鹽包裹的鋁銀漿，其包覆層厚度只有二氧化硅包覆層的五十分之一，不會影響鋁粉的閃爍感，又比完全依靠聚合物鈍化處理的鋁粉在放氣方面性能要優(yōu)越。其缺點是價格貴，可選擇的范圍較窄。

　　汽車涂料制造商通常根據(jù)自身產(chǎn)品的特點，對鋁銀漿鈍化后采用有機(jī)物包裹處理，其優(yōu)點是鋁銀漿的品種選擇豐富多樣，鋁粉的閃爍感幾乎不受影響，缺點是包覆膜與鋁顏料表面結(jié)合力弱，易脫落，穩(wěn)定性能差。圖表5為含磷酸基聚合物對鋁粉的處理示意圖。

　　3.2控制涂料pH值來提高涂料的安全性能

　　鋁粉與水的反應(yīng)活性受涂料的pH值大小的影響，某金屬涂料在常溫下pH值與金涂料放氣量對應(yīng)關(guān)系見圖表6。

　　從圖中可見，當(dāng)體系pH控制在6.9-8.5以下，鋁粉的反應(yīng)活性較低，而高于8.5時，鋁粉的反應(yīng)活性隨著pH值的上升而快速增加，產(chǎn)生的氫氣量對應(yīng)增加。

　　水性涂料一般在在堿性條件下才能穩(wěn)定，因此涂料的pH值最好控制在7.7-8.5之間，此范圍內(nèi)鋁粉、涂料皆能處于穩(wěn)定狀態(tài)，可有效的提高涂料的安全性能。

　　3.3規(guī)范涂料運輸、貯存條件，減低安全隱患

　　水性金屬涂料的搬運和運輸過程中，嚴(yán)禁煙火，避免猛烈碰撞與摩擦。

　　溫度越高，鋁粉的反應(yīng)活性越強(qiáng)，因此水性金屬涂料的運輸和儲存必需使用保溫裝置，溫度最好控制在5-30℃范圍內(nèi)。

　　為質(zhì)量和安全起見，一般水性金屬涂料的儲存期控制在3個月之內(nèi)。

　　加強(qiáng)巡回檢查，發(fā)現(xiàn)有脹桶等異?，F(xiàn)象，盡快進(jìn)行處理，消除安全隱患。

　　4包裝容器安全性能的設(shè)計

　　4.1控制包裝桶強(qiáng)度

　　選用具有一定抗壓能力的包裝桶降低桶內(nèi)氣壓增加產(chǎn)生的安全隱患。對涂料包裝桶進(jìn)行加壓試驗，在密封的包裝桶內(nèi)注入空氣，記錄不同壓力下包裝桶的鼓脹變形情況。圖表7為鋼桶的壓力變形測試。

　　4.2控制涂料的裝填量

　　根據(jù)包裝桶的大小和抗壓能力，測算涂料允許產(chǎn)生氫氣的安全量，選擇合適的涂料的裝填量，來降低涂料儲運中存在的安全隱患。

　　4.3包裝桶設(shè)計安全改進(jìn)

　　在包裝鋼桶桶頂或桶蓋上安裝防水透氣塞，既可密封防水，又可透氣泄壓。防水透氣塞見圖8。

　　5.涂料使用時開桶的安全規(guī)范設(shè)計

　　作業(yè)人員要穿上具備防靜電性能的工作服，安全靴等作業(yè)保護(hù)用品。佩戴無照明燈的安全帽，護(hù)目鏡、面罩或防靜電手套等。

　　作業(yè)姿勢盡可能伸長手臂，使頭部遠(yuǎn)離涂料桶。盡可能使頭部低于涂料桶的上部。

　　開啟有小口的涂料桶時，先緩緩開啟小口，再開啟大口。開啟過程中如有氣體噴出的聲音，停止操作，聲音消失后再繼續(xù)開啟。如果涂料已有脹氣現(xiàn)象，又有塑料內(nèi)襯時，打開蓋子后用小刀將塑料內(nèi)襯劃破讓氣體釋放出來。

　　如果涂料桶沒有開口，使用手動工具（禁止使用電動工具）套筒扳手、鉗子等緩緩松開桶蓋固定環(huán)的固定螺栓。同樣開罐過程中，如果聽到有氣體噴出的聲音，要停止操作，待噴氣聲沒有后再緩緩打開。不要將固定螺栓完全卸下，只將螺栓擰松，使桶蓋固定環(huán)松動。從固定螺栓處，將扁平螺絲刀插入桶蓋和桶體之間，緩慢向上方翹起使石油桶蓋打開一間隙，在螺絲刀和間隙部位上方蓋上軟布，防止內(nèi)容物噴出。確認(rèn)氣體排完后，卸下螺栓，打開桶蓋。

　　如果涂料桶發(fā)生變型，桶蓋固定螺栓無法打開時，在涂料桶上開一小孔。由于涂料桶上部空間充滿氫氣氣體，不能在此開孔，須在涂料桶裝有液體的下部手動鉆頭緩慢開一小孔開孔。

　　整個作業(yè)場所要保持通風(fēng)，排氣通暢。

　　6結(jié)語

　　水性金屬涂料的安全性是水性汽車涂料必須越過的一道坎。本文通過強(qiáng)化涂料安全性能的設(shè)計，包裝容器安全性能的設(shè)計，制定涂料儲存、運輸和使用時的安全規(guī)范，可有效降低和預(yù)防安全事故的發(fā)生。只要加強(qiáng)控制和管理，水性金屬涂料的安全性是可控的，汽車制造商可放心使用。