汽車防腐蠟的研究現狀與展望

蘇建，叢玉鳳，黃瑋，姜傳東

(遼寧石油化工大學 石油化工學院，遼寧 撫順 113001)

近20年，汽車工業在我國得到了飛速的發展，截至2018年底，我國汽車產、銷量分別為2 780.9萬輛和2 808.1萬輛[1-2]，汽車用涂料產量達到 196萬t，占涂料總產量的9.6%。預計到2022年，汽車涂料產量規模有望突破300萬t，不難看出汽車涂料的市場前景可期，汽車防腐蠟的市場前景更是如此[3]。

隨著環境的惡化，汽車腐蝕問題日益嚴重。根據中國汽車技術研究中心公布的信息來看，2016年汽車腐蝕造成的經濟損失達347.3億美元，2019年預計可達435億美元，究其原因，主要還在于腐蝕影響因素比較多，導致行業對汽車腐蝕問題的認識不足。因此，汽車防腐蠟行業的發展成為了一種必然趨勢。

1 汽車防腐蠟

汽車防腐蠟是由石蠟、成膜劑、防銹劑、分散劑等精制而成的流動狀有機物質，主要用于防止汽車鋼板腐蝕，涂布于車身板接、車輛底盤、內腔等部位。石蠟作為一種飽和鏈狀烷烴結構，其穩定性高、耐熱性好、抗腐蝕能力強、成膜后附著力好[4]。施工時應根據不同的環境條件和不同目的確定不同防腐蠟。目前汽車防腐蠟的類型主要有三種：溶劑型防腐蠟、高固分防腐蠟和水基型防腐蠟。

1.1 溶劑型防腐蠟

溶劑型防腐蠟是用脂肪烴類溶劑與各種添加劑調配而成，性能好且生產工藝簡單。張金平等[5]以微粉蠟、改性醇酸樹脂、溶劑型增粘樹脂和200#溶劑油為原料，發明了一種耐高溫型汽車防腐蠟，該種方法工藝簡單、生產過程無需加熱，節約能源，生產出的防腐蠟蠟膜附著力好、防腐性能優良且耐高溫。黃福川等[6]以高活性聚異丁烯、費托蠟、微晶蠟、瀝青、米糠蠟、C5石油樹脂和200#白色溶劑油等原料，研制出了一種汽車底盤防腐蠟，其性能穩定、無結晶析出、蠟膜為彈性硬膜且蠟膜達到一定厚度沒有流體物質滴落、鼓泡、龜裂現象，同時具有優良的粘附力。

溶劑型防腐蠟雖然性能穩定、生產工藝簡單，但產品中含有的有機溶劑會產生大量的揮發性有機物(VOCs)，不僅會對環境造成嚴重污染，也會對人體造成不可逆轉的傷害。

1.2 高固體分防腐蠟

高固分防腐蠟主要是由石蠟、添加劑及礦物油等組成，其固化方式與溶劑型的原理不同。溶劑型防腐蠟的固化主要是靠其中的溶劑油揮發后，黏度增大，形成蠟膜，但是當溫度升高時黏度下降，容易造成蠟膜流淌；而高固分防腐蠟主要靠空氣中的氧氣氧化后成膜，成膜后，耐高溫、性能穩定，并且相比于溶劑型防腐蠟，大大減少了VOCs的排放[7]。高健等[8]以石蠟、微晶蠟、植物油脂、基礎油等原料，發明了一種低VOCs全固體分空腔防腐蠟，不含溶劑，閃點高，操作安全，環境友好。林興國等[9]以蜂蠟、聚乙烯蠟、丙烯酸樹脂和防銹劑為原料，研制出了一種高固分環保型防腐蠟，其生產工藝簡單，降低了汽車生產過程中VOCs的排放及單車消耗，在保護環境的同時，大大提高了經濟效益。

由于高固分防腐蠟是一種新產品，生產成本較高，暫時還未得到廣泛的應用，相信通過技術的革新和進一步成熟，高固分防腐蠟會得到社會的認可。

1.3 水基型防腐蠟

近年來，環境保護已經變得空前的重要，不斷有更加嚴格的法律法規相繼出臺，在這個前提下，人們對使用汽車防腐蠟所引起的危害也日益關注。為促進節能環保，經國務院批準，自2015年2月1日起對涂料征收消費稅，而施工狀態下VOCs含量 ≤420 g/L 的涂料可免征，可見嚴格控制 VOCs 排放對控制新車研發成本有著巨大的作用[10]。因此，水基型防腐蠟取代溶劑型防腐蠟是必不可免的。潘良等[11]以水性樹脂、聚乙烯蠟、水性抗鹽霧助劑等原料，研制出了一種低VOCs快干型水性汽車底盤防銹蠟，該產品各項性能均較優異，其VOCs僅為 67 g/L，蠟膜表干時間為1 h。王曉蕾等[12]通過考察氧化蠟的質量分數、復合乳化劑的質量分數、乳化溫度、攪拌速率、乳化時間及防銹劑類型和用量等參數，以自制氧化蠟、復合乳化劑、T-704防銹劑等為原料制備了性能穩定、防銹效果好的乳化型汽車防銹蠟。

環保型水性汽車防腐蠟是當前汽車防腐蠟行業研發熱點之一。目前，水性汽車防腐蠟在歐洲國家使用較為廣泛，我國也為使用水性汽車防腐蠟做了準備[13]。水基型防腐蠟是以水為溶劑或稀釋介質，相比于有機溶劑來說更能節約成本，減少對能源的消耗，最重要的是較低的VOCs排放也能降低對大氣的污染，保障了施工人員的身體健康。另一方面，水基型防腐蠟生產環境許可要求較低，溶劑型要求嚴格，除了要求防火防爆外，在運輸中潛在危害高，運輸費用高昂，因此水基型防腐蠟占有很大優勢[14]。以水基型防腐蠟替代溶劑型防腐蠟應用于汽車的防腐涂裝上，對我國環保工作和實現經濟的可持續發展有著非常重要的意義。但是水基型防腐蠟也有不足之處，在汽車等領域中的應用仍有許多問題有待解決。

2 水基型汽車防腐蠟的發展

2.1 水基型汽車防腐蠟存在的問題

相對于傳統溶劑型汽車防腐蠟，水基型汽車防腐蠟更節約資源，對環境友好，是未來汽車防腐蠟的發展方向。雖然我國汽車防腐蠟的水性化進展較為緩慢，但隨著整個社會的環保意識的不斷提升，越來越多的企業開始研發水性汽車防腐蠟，但仍存在以下問題：水基型防腐蠟是以水作為溶劑，在涂膜的過程中難免會出現起泡的現象，因此，需要通過配方技術和涂膜技術兩方面來共同解決起泡問題。水基型防腐蠟中的成膜樹脂含有大量的親水基團或親水物質，這些物質勢必會對防腐蠟的耐水性造成嚴重影響。現在的一些水基型防腐蠟中，為了適應不同領域的應用，需加入一些水溶性的助溶劑和助劑，和溶劑型涂料所用的溶劑相比，盡管其用量小，但毒性大，對身體仍會造成不可逆轉的危害。因此，安全和環保型水基防腐蠟乃至水性涂料領域研發生產及發展過程中需要更加注重的問題。

正是因為以上所述的問題阻礙了我國水基型汽車防腐蠟的研發和使用，只有從技術上不斷攻克這些難題，水基型汽車防腐蠟才能得到快速發展。

2.2 水基型防腐蠟的發展

眾所周知，歐美國家特別是歐盟對環保非常的重視，美國、法國及德國等國家相繼制定了一些環保法規來限制VOCs向大氣中釋放。在我國，關于汽車涂料有害物質限量的國家標準GB 24409—2009中明確規定了雙組分交聯水性涂漆的VOCs應<670 g/L[15]，目前出口西方發達國家的工業產品中，有許多已開始改用環保的水性防腐蠟涂裝施工。隨著國外先進水性樹脂產品、防腐技術進入我國防腐蠟市場和國內對水性防腐蠟新產品水平的不斷提高、生產工藝的升級優化，帶動了我國水性防腐蠟的發展和應用，使水性防腐蠟在涂膜性能上已能滿足越來越多的行業的涂裝要求[16-20]。Louis[21]以石蠟、蜂蠟和巴西棕櫚蠟作為基礎原料，向其中加入水性醇類對基礎原料進行改性，使其乳化，制備出了一種水基型防腐蠟。Dunning[22]以水、石蠟(納米級顆粒)、表面活性劑、正辛基三乙氧基硅烷為原料，制備出了水性乳液防腐蠟。劉建宇等[23]以NQ-1型蠟為基礎原料，向其中加入成膜劑、復合防銹劑、乳化劑等助劑，制備出了一種致密性、防腐性好的防腐蠟。王景蕓等[24]以氧化石蠟代替天然石蠟作為原料，通過加入硬脂酸與三乙醇胺復合乳化劑和復合防銹劑，制備出了性能優異的汽車防腐蠟。水性防腐蠟的不斷發展的同時也帶動了水性涂料的不斷革新與進步[25-26]。國內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]。近年來，水性涂料已經在汽車、自行車、電梯等制造業使用[31]。

據WPCIA數據[32]，2017年全球涂料產量 7 144萬t，歐美等發達國家溶劑型涂料產量平均占比不到40%，美國則不到30%，德國僅20%左右，國內溶劑型涂料占比達到52%，水性和粉末涂料占比分別約35%和10%，光固化和無溶劑等環保型涂料占比約3%，環保型涂料合計不足50%。環保部《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》明確提出，到2020年，全國工業涂裝VOCs排放量減少20%以上，重點地區減少30%，全面推進環保性涂料發展已成為不可逆轉的趨勢。

3 展望

我國于2006年頒布了汽車制造業涂裝清潔生產標準(HJ/T 293—2006)，促進了綠色環保水基汽車防腐蠟的開發與應用。綠色環保涂料的發展方向必將是水性化、高固體化和粉末化。為適應環保的要求，國內外都在積極研發和利用“省資源、高效率、低污染、節能源”的涂料品種。未來可在以下幾個方面進行更深入的探討：

(1)針對汽車防腐蠟不同的企業擁有不同的標準，為了更能顯示其權威性，應制定出相應的國家標準。

(2)利用新技術解決水基型防腐蠟氣泡、縮邊、流掛等各種涂膜缺陷，將其中的親水基團或親水物質進行轉化或消除，增加涂層的耐水性。并完善水基型涂料的使用功能，例如防火、防蟲、隔熱保溫等，攻破其在航空航天、建筑、海洋等領域的技術難題。

(3)開發一系列新型的少含或不含揮發性有機物的水性涂料，使排出的VOCs盡可能地降到最低。

(4)增加費托蠟成分在防腐蠟中的占比，利用分割出的窄餾分，加上其硬度大、熔點高的特點，使涂層具有良好的滑爽性和可拋光性，涂層油亮，在水性復膜膠粘劑中能提高膠層與PE、PP等非極性塑膜的親和性。