作者：冯立明、张殿平、王绪建 等编著
出版社：化学工业出版社
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涂装工艺与设备试读：
前言
涂装是目前应用最广泛的表面处理技术，直接影响着汽车等产品的质量。随着我国“十二五”规划的实施，环保型、高性能涂料、先进的涂装技术和高自动化程度的涂装设备将不断涌现，为适应涂装领域新材料、新技术、新设备的快速发展，满足涂装工作者生产、管理、设计的实际需要，我们编写了《涂装工艺与设备》一书。
本书共分10章。第1章由冯立明编写，第2章由魏雪、谢卫敏编写，第3章由冯立明、张殿平编写，第4章由周师岳编写，第5章由王绪建、冯立明编写，第6章由蔡元兴、王绪建编写，第7章由孙华、郭晓斐编写，第8章由冯立明、张殿平、吉学刚编写；第9章由郑培学、冯立明编写，第10章由孙华、袁兴栋编写。全书由冯立明统稿，中国兵器工业集团五三研究所许书道主审。
中国轻骑集团刘伟、杨燕奎，（烟台）东岳通用汽车公司聂振凯等提供了宝贵的技术资料，同时，参阅了国内外同行的相关文献资料，在此深表感谢。
由于编著者水平所限，书中遗漏及不妥之处在所难免，敬请各界读者批评指正，以待提高。编著者2013年4月
第1章 绪论
1.1 涂装及其要素
涂装是将涂料均匀涂布到基体表面，形成连续、致密、均匀涂膜的操作，一般包括前处理、涂着、固化成膜等主要工序。前处理主要包括去除工件表面的油污、锈蚀、形成稳定的转化膜等内容，使涂膜能够与基体结合牢固，并提高膜层的耐蚀性和装饰性。涂着是借助于一定的技术和设备，将涂料均匀地涂布于基体表面，此时的涂膜并没有机械强度和需要的物理、化学性能，只有经过一定的物理、化学过程固化后，才能获得我们所需要的、性能各异的涂层。
涂装是各个环节密切联系、有机串联的整体，涂膜的质量取决于涂装材料（主要是涂料）、涂装技术与设备和涂装管理，三者相互联系，相互影响，通常称之为涂装三要素。
涂料自身的性能以及与其他涂料的配套性是获得优质涂层的基础。选用涂料时，要从涂料的作业性能、涂膜性能要求、经济效益、环境友好性等方面综合考虑，切忌单从涂料价格考虑，忽视涂膜性能。因为随着人工、管理等成本的提高，涂料费用只占整个涂装成本的一小部分，低价位劣质涂料导致涂层的早期返修，会造成更大的经济损失。
涂装技术与设备是保证涂层质量的关键。人们评定涂料的优劣，主要是指漆膜性能的优劣，而漆膜的优劣不仅取决于涂料本身的质量，更大程度上取决于形成漆膜的工艺过程及条件。劣质的涂料自然得不到优质的涂膜，但优质的涂料如果施工和配套不当，也同样得不到优质的涂层。例如，良好的前处理能增强漆膜的附着力和防腐性能，延长涂层使用寿命。反之，则会引起涂层早期脱落、起泡和膜下锈蚀；喷涂技术与设备导致涂层不均匀，将影响涂膜的光泽度、丰满度及色泽；烘干设备和烘干规范选择不当，则会造成涂膜干燥不均、烘不干或过烘干，从而不能发挥涂料的性能。
涂装管理是涂层质量的保证，是确保涂装工艺实施、涂装设备正常发挥作用的必要条件。尤其在机械化、自动化程度高，采用先进技术较多的现代工业涂装中，严格、科学的管理显得更加重要。企业管理水平的高低，已成为企业的象征，成为企业产品质量的代名词，成为企业效益好坏的标志。涂装车间的管理制度主要包括涂装工艺的实施与监督制度、涂装设备的保养与维修制度、车间劳动组织分工、车间人员培训制度、车间环境管理规范、车间安全管理制度、奖惩制度等质量保证体系。涂装现场的整齐、清洁是达到优质涂装的必要条件。大部分涂装车间，如现代化的汽车涂装车间、农用车涂装车间，都采用多品种大量混流的生产方式，现场管理质量关系到涂装质量、成本、安全等方面。
目前，涂装车间通常按精益生产方式及“3S”、“5S”、“6S”现场管理的方法来组织生产和加强现场管理。精益生产方式是介于单件生产和大批量生产之间的生产方式，它是在“多品种小批量”这种市场制约中诞生出来的，被证明是当今汽车生产的最卓越的生产方式。它的核心内容是生产组织中的准时化、自动化以及与之响应的一个流水生产形式，力求零库存、多功能、少人化，把权力和责任同时落实到基层的现场体制。追求不断降低生产成本，提高产品质量，以“零缺陷”作为质量目标，达到更高的经济效益，从而也具有更强的竞争力。
所谓“3S”是指“整理”、“整顿”、“清扫”；“5S”是在“3S”基础上再加上“清洁”和“素养”等现场管理内容。“3S”管理是对现场的各种状态往复不断地、持续地、螺旋式上升地进行整理—整顿—清扫。它们的简要内容如下。
整理：对生产现场把要与不要的物件分开，去掉不必要的东西。
整顿：对生产现场把要的物件定位、定量，把杂乱无章的东西收拾得井然有序。
清扫：像人要天天洗脸一样，把生产现场打扫得干干净净。
清洁：保持现场整洁、无尘埃、无垃圾。
素养：通过全员、全方位的现场管理，提高全员职工的自觉性、责任感、素质、素养，培养职工当家做主的思想。
通过开展“3S”或“5S”现场管理活动，使工作环境变得整洁、舒适，使生产井然有序，设备故障得到有效的预防和控制，产品质量得以保证。同时还能使人际关系变得融洽和睦，使生产者心情舒畅，精力充沛，使现场管理的五大任务（完成生产任务、提高质量、降低产品成本、实现安全生产、建立良好的劳动纪律）都得到实现。
经验告诉我们，要开展“3S”或“5S”的现场管理活动并有成效，必须做到全员参加、全方位开展，有专业人员组织、指导；领导亲自抓，且必须常抓不懈、持之以恒。
涂装环境对涂膜的形成影响极大，已成为影响涂装质量的重要因素。涂装环境包括涂装车间亮度、温度、湿度、尘埃、防火措施等。满足下列条件可认为是汽车工业涂装的良好环境：明亮且亮度均匀，气温在15～30℃范围内，空气的相对湿度为50%～70%，空气清洁无尘，换气适当，且有防火措施。
现代化涂装车间在工艺设计时不仅按温度分区布置，更主要的是按所需的清洁度等级分区布置，并要求清洁区维持微正压，以防止外界含尘空气进入。另外，工作人员带入也是尘埃的重要来源，所以在涂装工作人员进入工作区前，先进行风浴，清洗身上的灰尘，而且不允许穿戴易脱落纤维的服装，尤其在静电涂装区，更应注意。
国外某汽车厂对轿车车身涂装车间各区提出如表1-1所示的含尘粒（粒径小于3μm）量的基准。①表1-1 轿车车身涂装车间各区的含尘粒量的基准① 气温最高不超过35℃，生产时的最低温度不低于15℃，停产时的最低温度12℃。② 调漆间的微正压为+。
为保持喷漆室内的风速和微正压，均设置独立的供排风系统。为排除有害气体的积聚，创造一个安全、卫生的工作环境，涂装车间内必须进行适当的通风，补给新鲜空气。在一般涂装车间，适宜的通风换气量为室内总容积的4～6次/h，调漆间为10～20次/h。另外也可按有机溶剂的毒性换算求得。另外，车间内供排风应平衡，并保证某些工作区为微正压，即供风量大于排风量，所供风应除尘、调温、控湿。
涂装操作人员的素质是涂装质量的重要保证，现代管理必须树立以人为本的管理理念。
人员素质包括人员的天资、职业道德、技术能力和身体素质等。首先应加强思想意识管理。高层管理人员必须牢固树立人的价值永远高于物的价值的观念，珍惜生命，保护人的身体安全；职工必须明确共同价值永远高于个人价值，社会价值永远高于企业价值的道德理念，为社会负责，为企业负责。
其次，加强涂装操作人员技术技能培训。对上岗人员岗前的涂装操作技能、涂装质量、涂装工艺纪律、安全防范等知识进行系统培训并进行考核；对在岗人员，定期进行岗位技能培训，介绍新工艺，新技术，并对生产中经常出现的问题进行总结分析，以指导下一步生产。尤其是涂装车间前处理、电泳、喷涂、检查等重要岗位上涂装操作人员必须定期考核，对考核不合格的必须及时调换，对成绩突出的予以适当奖励，形成勇于进取的良好企业氛围。
工艺纪律管理是指定期或不定期地对工艺文件、涂装工艺执行情况、涂装设备状况和涂装质量进行抽查。一般由工艺部门组织，由专业厂（涂装车间）工艺人员、技术检查人员和生产管理人员参加，检查涂装工艺文件是否齐全，编写质量、更动情况及审批程序是否合法。对每个工位现场对照检查，涂装工艺执行情况以工艺参数合格率来表示。在检查中对发现的问题和返修率高的工序进行技术分析，制定出改进措施，限期解决。如果是操作者的主观原因造成的质量问题，则将检查的结果作为惩罚的依据。
涂装设备的状况是以技术状态、清洁度和完好率来表示的。涂装设备应整洁、完好、运行正常，技术状态良好，不允许带病运转。
涂装质量除在现场用目测或携带仪器进行检查并做好返修外，还应取样送到实验室或有关检测机构按涂层标准进行全面性能检测。
涂料等原材料、涂装技术和涂装管理三要素是相辅相成的关系，忽视哪一方面，都不能获得优质涂层。涂料等化工原料生产技术人员、涂装技术及管理人员、涂装作业人员对这三要素，虽各有侧重，但都应有所了解。涂料配方设计人员也要学习和研究涂料施工知识，针对被涂物的使用环境和涂装工艺条件，设计出作业配套性好、价廉物美的专用涂料，更好地为工业生产服务。涂装技术人员不仅要熟知涂装工艺、有关基础理论、涂装设备的工作原理与结构，也要熟悉和研究各种涂料的性能、规格型号、施工要求、价格和国内外应用实例。只有这样，涂装工艺人员才能设计出先进的、经济效果好的涂装工艺和管理制度。涂装管理和作业人员要了解所用涂料的性能、涂装工艺及涂装设备等方面的知识，以提高技术水平、提高执行工艺的责任性和自觉性。如果一个操作工人只知其然而不知其所以然，盲目操作，就极易产生安全或质量事故，造成资源、能源的浪费。
1.2 涂料的组成
1.2.1 涂料的基本组成及其作用
涂料（coating）是以高分子材料为主体，以颜料等为辅助，以有机溶剂、水或空气为分散介质的多种物质的混合物。高分子材料是形成涂膜、决定涂膜性能的主要物质，对涂料的性能起决定作用，称之为主要成膜物。如果高分子材料为有机物，则该涂料称为有机涂料；若高分子材料为无机物，则称之为无机涂料。颜料等自身没有形成完整涂膜的能力，但能赋予涂层某些特殊的物理、化学或力学性能，称为次要成膜物。为保证涂料的流动性，便于涂料施工、形成均匀的涂膜，必须选用适宜的分散介质。完全以有机溶剂为分散介质的涂料称为溶剂型涂料；完全或主要以水为分散介质的涂料称为水性涂料；不含溶剂，即以空气为分散介质的涂料称为粉末涂料。涂料中所含的可挥发性有机化合物的含量简称VOC（volatile organic compound），该值越高，涂料施工过程中，对环境污染越严重，造成的资源浪费越多，因此VOC值是衡量涂料对环境友好与否的重要指标。
涂料中还有一些用量小、但对涂料性能有重要影响的物质，称为辅助成膜物，如为加快某些涂料的氧化聚合固化速度，常加入催干剂，为使双组分涂料能够固化成膜，需加入固化剂，为防止涂料施工过程中出现“泛白”，常加入防潮剂等。辅助成膜物又称为涂料助剂，它们的共同特点是用量小、作用显著，对涂料某一方面的性能起重要作用。随着对涂料性能要求的提高，涂料助剂的种类不断增多，其作用越显突出。
主要成膜物、次要成膜物和辅助成膜物构成了涂膜，它们在涂料中的比例称为固体分含量。一般来说，固体分含量越高，涂料的利用率、遮盖力等就越高，因此涂料的固体分含量无论对涂料生产厂，还是涂料使用厂都是一项重要指标，必须经常检测。溶剂对主要成膜物起溶解、分散等作用，并能调节涂料的施工性能和储存稳定性，该组分在涂料固化过程中完全挥发，因此又称为挥发分。
1.2.2 涂料的分类及其命名
国际上涂料的分类标准很不一致，有的按用途分，如工业用涂料，船舶用涂料，建筑涂料等。建筑涂料又分为内墙涂料、外墙涂料、混凝土涂料、木材涂料等；工业用涂料包括汽车专用涂料、塑料专用涂料、自行车专用涂料等。也有的按施工方法分，如静电涂料、电泳涂料、自干型涂料、烘干型涂料等。还有的按功能分，如防锈涂料、防火涂料、导电涂料、耐高温涂料等。
这些分类方法都不够全面，不够科学，不够系统。我国综合了各分类方法，制定了以主要成膜物为基础，结合专业用途分类命名的规则。按主要成膜物将涂料分为十八大类，其中第十八类为涂料用辅助材料。涂料分类及代号见表1-2。辅助材料分类及代号见表1-3。表1-2 涂料分类及代号表1-3 辅助材料分类及代号
涂料的名称由颜料（颜色）、主要成膜物、基本名称及用途等组成。
涂料全名=颜料或颜色名称+主要成膜物名称+基本名称。
在对涂料命名时，涂料的颜色位于名称的最前面，若颜料对涂膜性能起显著作用，则可用颜料名称代替颜色名称，如白醇酸磁漆、锌黄酚醛防锈漆等；对于有专业用途及特性的产品，必要时在主要成膜物后面加以说明，如醇酸导电磁漆、白硝基外用磁漆等；涂料名称中的主要成膜物名称应适当简化，如聚氨基甲酸酯树脂可简化成聚氨酯树脂；由两种以上成膜物组成的涂料，应选取起主要作用的一种成膜物命名，必要时也可选取两种成膜物命名，起主要作用的成膜物名称在前，起次要作用的成膜物在后，如橘黄氨基醇酸烘漆。
基本名称仍沿用我国习惯名称。如清漆、磁漆、底漆等，基本名称及其代号见表1-4。表1-4 涂料基本名称及其代号
涂料型号由主要成膜物质代号、基本名称代号和产品序号三部分组成。例如：
基本名称代号由00至99之间的两位数字表示（见表1-4）。其中00～13代表涂料基本品种，14～19代表美术漆，20～29代表轻工用漆，30～39代表绝缘漆，40～49代表船舶漆，50～59代表防腐漆，60～79代表特种漆，80～99代表其他用途漆。涂料产品序号表示同类涂料中，组成、配比或用途不同的系列品种，见表1-5。辅助材料编号由辅助材料代号和序号两部分组成。例如：表1-5 涂料产品序号
1.3 涂料与涂装的作用
（1）保护作用
金属材料或非金属材料，长期曝露于空气中，会受到氧、水分、酸雾、盐雾、各种腐蚀性气体、微生物和紫外线等的侵蚀和破坏。由于涂料能在被涂物表面形成一层连续、致密而均匀的薄膜，与周围介质隔绝，减缓其腐蚀速率，延长使用寿命。
（2）装饰作用
产品质量是内在质量和外观质量的综合。随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，人们对产品外在质量，即美化装饰的要求也逐渐提高，外在质量在整个质量中所占的比重逐渐增大。涂料可赋予各种产品美丽的造型和外观，赋予产品不同的光泽和色彩，甚至可做出立体质感的效果，如锤纹、裂纹、闪光、珠光、多彩和绒面等。改进产品外观质量，起到美化人类生活环境，提高产品使用价值和商品价值的巨大作用。
（3）功能作用
保护与装饰是涂料的基本作用，但随着科学技术的进步，尤其自20世纪下半叶开始，涂料的应用范围日益拓宽，人们期望涂料具有光、电、磁、热等特殊的功能，在特殊的环境中发挥特殊的作用，这类涂料称为功能涂料，涂膜所具有的特殊作用称为功能作用。目前功能涂料已形成涂料领域一个新的门类，研发与生产活跃，新品种不断出现，功能越来越突出，应用领域不断拓宽。如电磁功能涂料中的绝缘涂料、导电涂料、磁性涂料，光学功能涂料中的发光涂料、太阳能选择吸收涂料、红外辐射涂料，热功能涂料中的耐热、隔热、防火、示温等涂料，物理及生物功能涂料中的阻尼涂料、生物防霉涂料等。
1.4 涂料高聚物结构与性能的关系
涂料工业是在高分子科学、粉体科学、胶体与界面化学及化学工程学的基础上发展建立起来的，已逐步形成独自的基础理论和专门技术，其中主要成膜物即涂料高聚物的结构对涂料的性能起决定性作用。
涂料高聚物从来源上可分为天然树脂、人造树脂和合成树脂，目前不同结构的合成树脂是涂料高聚物的主体，人们根据不同的用途需要，选择不同的单体、控制不同的合成条件可获得不同结构的合成树脂。按高聚物主链组成可分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机化合物。碳链聚合物是主链完全由碳原子连接而成的一类高聚物，如PVC、PP、PTFE等（见图1-1）。
杂链聚合物主链中除了碳原子外，还有氧、氮等其他原子，如醇酸树脂（图1-2）、环氧树脂等。图1-1 碳链化合物结构示意图图1-2 醇酸树脂结构示意图
元素有机化合物则是主链中由碳原子以外的其他原子连接而成的一类化合物，如主链以硅原子为主连接而成的高聚物称为有机硅化合物（图1-3），以氟原子为主连接而成的高聚物称为有机氟化合物。按高聚物主链结构可分为直链和支链化合物，依据高分子固体化合物形态又可分为晶体和非晶体（又称为无定形固体），前者所含分子是按一定方向有规律排列，而后者高分子排列没有规则，同一高分子化合物可以兼具晶型和非晶型两种结构。高分子化合物的这些结构特征，直接影响着涂料的性能和用途，熟悉高聚物结构与性能的关系，可以帮助我们从本质上认识涂料的性能，从而准确地选择和使用涂料。图1-3 有机硅高分子结构示意图
高聚物的性能主要指塑性、弹性、力学性能、电绝缘性能和化学稳定性等。
弹性与塑性 弹性是指材料受力后发生形变，在力撤除后恢复原来状态的能力。塑性是指高分子材料再加工成型的能力。弹性与塑性取决于高分子链的结构和分子间力大小。如图1-4所示，当温度较低时，分子的热运动和链节的自由旋转性都很小，高分子化合物呈现如同玻璃状的硬块，称为玻璃态。随着温度提高，高分子链上的链节可以自由旋转，但整个分子链不能自由运动。高分子链节自由运动，使分子链有强烈卷曲倾向的性能称为高分子链的柔顺性，此时在外力作用下可产生较大的可逆性形变，外力去除后又恢复原状，这种状态称为高弹态。当温度继续升高，高分子链得到的能量足以使整个分子链可以自由移动，成为自由流动的黏液，称为黏流态或塑性态。其中由玻璃态向高弹态转变的温度叫玻璃化温度，用T表示，由高弹态向黏g流态转变的温度称为黏流化温度，用T表示。f图1-4 高聚物形态与温度的关系
T高于室温的高聚物称为塑料，T低于室温，T较高的为橡胶；ggfT与T显示材料的耐热、耐寒性，T越高，耐热越好，常温下弹性越gfg低。
T与T的高低由高分子链的结构决定。高分子链间的作用力越大、gf交联密度越高、支链越多，链节和分子间运动越困难，弹性与塑性越差。
作为涂料高聚物希望其T低一些，流动性好，便于施工，但对于g涂层来说，希望具有更高的T与T，赋予涂层更高的硬度和力学性能。gf
这就需要控制涂料高聚物的结构、控制固化反应条件，使涂层经过进一步交联固化后实现性能的改变。
力学性能 高分子化合物的力学性能主要是指机械强度，包括抗拉、抗压、抗冲击、硬度等，与高分子化合物的平均聚合度、结晶度及分子间作用力有关。对同一类物质，一定范围内，聚合度越大，分子间作用力越强，聚合物的力学性能越强；高聚物的结晶度越大，分子排列越整齐，分子间作用力越大，力学性能越好。因此，适当提高涂层聚合物的聚合度，可提高涂层的机械强度，提高涂层的硬度、光泽度，但聚合度过高，也必然导致涂层的韧性下降，脆性增大。
电绝缘性能 高聚物的电绝缘性与其结构密切相关，链节结构对称，且无极性基团的高聚物，如PE、PTFE等可做高频绝缘材料；无极性基团，但链节结构不对称的高聚物，可做中频绝缘材料，如聚苯乙烯；链节结构不对称，且有极性基团的高聚物，做中低频绝缘材料。
化学稳定性 高分子化合物的化学反应包括链的交联和链的裂解，统称为高分子化合物的老化。链的交联是大分子与大分子间进一步反应，产生体型结构，从而使高分子化合物进一步变硬、变脆，弹性和力学性能下降；链的裂解是高分子链断裂，分子量降低，失去原有的力学性能、物理性能和化学性能。一般高分子化合物活性基团较少，且分子链相互缠绕，使分子链上的基团难以反应，化学稳定性较好，耐酸、碱、盐和有机溶剂的性能较强，因此，如果不是在苛刻的条件下，高分子化合物的老化是一个缓慢过程，也正是这种性质，才能对基体起到长效保护作用。
高分子化合物自身的结构和外界条件决定着其老化速率。高分子主链中含酰胺基、酯键时，高聚物耐水、酸、碱等性能弱，易发生水解反应而降低其使用寿命；结构中含双键、苯环、醛基等基团的高聚物易被空气中的氧气氧化，导致颜色加深，力学性能下降；主链中以醚键连接时，在紫外线照射下，容易断链等。因此，根据高聚物的结构，大致可推测涂层的化学稳定性。
溶解性 高分子化合物按照其溶解性和热稳定性可分为热塑性化合物和热固性化合物。前者受热时可熔融、选择适当的溶剂可溶解，后者既不溶也不熔。即使是热塑性高聚物，其溶解过程一般先溶胀再溶解，比较缓慢。溶剂对高分子化合物的溶解性能可根据相似相溶原理、溶度参数规则进行判断。一般，极性大的溶剂对极性大的树脂有较好的溶解作用，极性小的溶剂对极性小的树脂溶解性较好，结构中有苯环的树脂一般溶解于苯类溶剂中。如聚苯乙烯极性较弱，结构中有苯环，因此可溶于甲苯、乙苯等苯类溶剂，聚甲基丙烯酸甲酯（俗称有机玻璃）极性较强，结构中有酯键，可溶解于极性溶剂丙酮、乙酸乙酯等极性溶剂中。
对于混合溶剂，相似相溶原理难以判断，需要根据溶度参数选择。溶度参数是单位体积物质内聚能的方根。如果溶剂的溶度参数与高聚物的溶度参数越接近，就越容易溶解，称为“溶度参数相近原则”。混合溶剂的溶度参数是各种溶剂溶度参数的分数平均值。常见溶剂及高聚物的溶度参数见表1-6。表1-6 常用溶剂及高聚物的溶度参数
1.5 涂料与涂装工业的现状及发展方向
涂料工业在国民经济发展中发挥了重要作用，是人民生产、生活不可或缺的基本物质。作为配套行业，涂料工业虽然不像一些支柱产业那样引人关注，但为支柱产业的发展提供了重要保障。2010年我国石油和化学工业共实现现价工业总产值88797.3亿元，同期涂料工业实现工业总产值2324.59亿元，占石化工业总产值的2.62%。经过几十年特别是改革开放后30多年的发展，我国涂料行业取得了长足进步。
装备与技术水平显著提高。通过引进设备与关键技术并加以消化吸收与创新，涂料、颜料生产设备制造整体水平提高，大大缩短了与国外先进水平的差距。特别是20世纪80、90年代，从美、日、欧洲等引进了重要的工业涂料，如汽车涂料、卷材涂料、船舶涂料、粉末涂料等，其中以汽车涂料引进品种较多，从水性阴极电泳底漆、中间涂层到面漆配套引进；有的是通过与外商合资引进涂料新技术，如日本关西涂料公司在国内有湖南、天津、沈阳、重庆四家合资公司，生产成套的汽车涂料，在国内汽车涂料市场占有较大份额。所有引进的涂料技术不仅原材料基本实现国产化，而且核心技术也为行业内企业所消化吸收，并且都有改进和更新换代，对国内整体工业涂料水平的提高起了较大的推动作用。
环境友好型涂料发展迅速。2009年，全国涂料总量755.44万吨，水性涂料、粉末涂料、光固化涂料、高固体分涂料等环境友好型涂料占总产量的47.9%。环境友好型涂料的发展，符合环保要求，节省了大量有机溶剂。不过整个环境友好型涂料所占比例和欧、美、日（占60%～70%）相比仍有较大差距。环境友好型涂料品种发展也很快，国外有的，国内也有，只是有些最新品种应用范围和用量逊于国外。
工业涂料、特种涂料品种和质量向齐全和高端发展。作为支柱产业的汽车工业用涂料，对耐候性、装饰性要求很高，尤其是中高级轿车，是工业涂料中的代表，国内在引进的基础上配套发展，除奔驰、宝马等高级轿车用涂料，因与汽车制造外商有协议，指定使用国外涂料外，国产汽车涂料能满足各种汽车要求。自改革开放以来，在国家的支持下，业内开展产学研结合，利用新材料、新技术开发了许多新品种，满足国民经济和国防工业发展要求。国家大型工程如以“鸟巢”为代表的奥运场馆、杭州湾大桥所用防腐涂料，通过盐湖和冻土地区和超低温地区的青藏铁路及客车的防护涂料等大部分为国产；卫星、飞船、坦克、军舰、新式战斗机所用涂料也是国产的。实际上，高科技产业、航空航天、海洋开发、国防军工所需要的特种涂料由于某些国家的封锁，靠进口满足不了要求，主要靠自主开发。现在国家正在发展大飞机、大舰船，建设更多的核电站和高速铁路，需要高功能涂料，基本都要立足国内，涂料行业当前的技术水平基本能满足这些发展要求。
涂料科技创新队伍日益壮大。在国家引导及支持下，企业逐步成为科技创新的主体。近几年业内已建成30多家企业的省级涂料涂装工程技术开发中心以及10多个博士后流动工作站和国家级工程技术开发中心。各省市都有大学相关院系开展涂料研究，通过产学研结合的方式积极承担重要的涂料、颜料开发项目，科技成果、发明专利逐年增多，科技创新呈现一派繁荣景象。这是涂料满足国民经济和国防工业发展需要，赶超世界涂料先进水平的技术保证。
积极推动行业环保工作。在中国涂料工业协会的大力宣传、推动下，涂料生产行业积极进行节能减排，完善三废治理设施，推广低污染涂料产品和污染治理新技术，在业内大力宣传和推广低污染涂料（高固体分涂料、辐射固化涂料、水性涂料、粉末涂料等），尤其重视水性涂料的推广。以水性木器涂料为重点，全国木器涂料产量约72万吨，但水性木器涂料不到2%（欧洲水性木器涂料占其木器涂料总量的20%以上），其余为溶剂型涂料，每年消耗有机溶剂50万吨左右，施工后全部排放至空气中，造成大气污染，又浪费了大量资源。
目前涂料行业也存在许多问题。首先，生产力不集中。涂料生产具有投资少、见效快的特点，改革开放以来乡镇企业发展较快，各地中小型涂料厂蜂拥而上。大部分企业盲目追求大而全、小而全，没有形成自己的拳头产品，导致企业经济效益普遍较差，行业整体技术水平不高。企业对市场调研不力导致无序发展、重复引进、重复建设的问题时有发生，企业无法进行扩大再生产和技术改造，很难与相关工业同步发展，更谈不上引导用户的消费需求。因此，很多高、精、尖的涂料应用领域被外资企业所占领。我国已成为世界第一大涂料生产和消费大国，但远不是涂料强国。国内人均消费量、人均劳动生产率、资源利用率以及产品的附加值等方面与欧、美、日等发达国家差距甚大。其次，科研开发投入少。涂料生产涉及溶剂、树脂、有机原料、颜填料、助剂等数百种原料，其中涂料生产所用的一些大宗原料如氯化法金红石型钛白粉、甲醚化氨基树脂、高档颜料及各种专用助剂等长期依赖进口。一些涂料专用原料品种少、质量差，而国外类似产品价格高，这样就严重影响企业的正常生产，也影响了新产品的持续开发和研制。国外对涂料用树脂的研究非常重视，而我国涂料工业基础研究力量弱，往往只局限于配方的研究，对科研开发投入也较少。国内涂料行业存在只重视生产环节而忽视施工应用研究的不良倾向，产品售后技术服务也比较薄弱。与跨国公司相比差距甚大，尤其在汽车涂料、船舶涂料、集装箱涂料等中高端市场领域的竞争力方面，国内企业仍有很长的路要走。以汽车涂料为例，进口品牌在高端领域有很大优势，除品牌优势之外，调色系统和新产品开发能力及速度是国产涂料难以比拟的。每个进口品牌的调色系统均有上万个参考色卡和对应配方，而且汽车厂推出新的颜色时，就能拿到色卡，很快添加到他们的色卡库里，利于调色中心调色。跨国公司具有很强的开发能力，船舶涂料、特种功能涂料也不例外。另外，行业“三废”问题严重。一是生产工艺落后，缺乏有效治污技术，尤其是废气的减排和处理。目前，溶剂型涂料仍占全国涂料总量的52%左右，这些涂料在生产过程中，多数仍采用非密闭体系或部分非密闭的落后工艺，溶剂的损失一般在3%左右，严重的达到5%以上。每年将有15万吨左右的溶剂在溶剂型涂料制造过程中挥发到大气中，造成生产环境和大气污染及资源损失，对这些挥发的溶剂“废气”缺乏有效的治理。有的企业采取活性炭吸附，但活性炭极易被饱和，再生困难，置换频率高，又增加了治理成本，且置换下来被溶剂饱和的活性炭成为“危险固废”，更加大了处理的成本；有的企业有这个装置，主要是用来应付环保部门的检查，无实质作用；也有介绍用低温冷却收集方法，只有规模很大的企业才有能力采用，一般涂料企业无力使用。现在废气多是无组织排放。较为现实的方法是改进落后的生产工艺，推广采用全密闭一体化工艺，这需要大笔投入资金。二是溶剂型涂料比例高。发展低污染涂料逐步取代溶剂型涂料是涂料发展方向，以2009年的涂料产量为基础，溶剂型涂料占52.1%，每降低1.0%，就可减少1万～2万吨的有机溶剂挥发到大气中。要加快低污染涂料发展，必须在技术和经济两方面加大投入，目前这两方面投入都较缺乏。如水性涂料可节省有机溶剂95%以上，但水性树脂质量尚不尽如人意，成为其推广的一个技术瓶颈，这就要进一步加强技术开发去克服。在推广中，政府的经济手段和政策支持非常重要。三是治污管理上的问题。环保执法上存在不少的漏洞，涂料企业数量多，1000t/a以下企业占40%以上，三废基本上是无组织排放，如果环保执法严格，这些小涂料企业不改进三废治理状况，根本不能继续发展，但事实上多数仍然继续生产，三废依然是无组织排放。又如红丹（四氧化三铅）防锈颜料，国家早就明令禁产，2007年又列入国家环保部门的“双高”产品，但有的地方仍在生产与使用，这反映环保执法的缺失。四是标准化工作需进一步加强。同其他行业相似，我国涂料行业标准标龄偏长，较多国家标准在10年以上，与国家提出的满5年标龄即需修订的要求存在差距，随着涂料行业的快速发展和涂料新技术、新品种的不断涌现，旧标准的再修订工作和针对涂料行业新发展制定新标准的任务较重。此外涂料行业标准还存在着重复性与交叉性较大，检测标准重现性较差等问题。行业标准与国际全面接轨尚需努力。根据WTO/TBT规定，美国、德国、英国、日本等工业国家都承诺在国际贸易中采用国际标准作为市场准入的技术依据。目前我国涂料行业标准采用国际标准的采标率和国际标准的转化率与发达国家相比还有很大差距。
行业面临的机遇。随着国民经济又快又好持续发展、人民生活水平提高、高科技产业兴起，涂料行业面临快速发展的形势。美国涂料总产量700万吨左右，3亿人口，年人均消费涂料23kg以上；我国2009年规模以上涂料企业涂料总产量755万吨，加上未统计规模以下的涂料企业的涂料产量，接近800万吨，年人均涂料消费量5kg左右，只相当于美国人均消费量的1/4，可见我国涂料产业发展空间很大。“十二五”期间，大规模的城市基础设施、公路、铁路、港口、机场等投资建设，造船、汽车、石油化工、轻工、重大装备等十大产业升级改造已经或者将为配套的工业涂料和重防腐涂料开拓广大的市场。作为保护涂料以前集中在金属底材的保护，近几年混凝土结构——水电站、码头、桥梁、地坪、污水处理设施等防腐日益受到重视，其市场容量将不亚于钢结构。“十二五”是调结构关键的5年，调结构的重中之重是刺激内需。至2030年我国城镇人口率达到70%，即每年将有3000万人转为城镇户口，还不包括每年至少建1000万套以上的经济适用房和廉租房、危房和棚户区改造等。所以说20年之内建筑涂料必将是涂料行业最大、最重要的市场，这是13亿人口的基本、可持续和刚性需求。从2010年开始，国家将增加1000亿元/a的科技创新投入，加上企业配套资金将达到3000亿元/a以上。其中既有应用基础和原始创新，又有新产品和产业化的支持项目，逐步实现由“中国制造”向“中国创造”的战略性转移。
行业面临的挑战。当前处于国家产业结构调整时期，要从数量的增长转变为质量的提高，又好又快发展，涂料行业正处于发展的大好时机。但涂料行业又面临严重的挑战，面临环保、技术和经济压力。当前我国年产966.3万吨的涂料，使用有机溶剂超过350万吨，这些溶剂在涂料使用后基本都挥发至大气中成为所谓的“VOC”，既污染环境，又浪费了大量资源。350万吨有机溶剂均来自石油化工和煤化工，生产过程又消耗大量能量。由于原油价格暴涨，带动有机溶剂价格飙升，造成企业成本提高，利润大幅下降。节能减排是国家的要求，有关环保法规日趋严格，发展环境友好型涂料品种，节省溶剂，首先替代苯类溶剂是产业发展的首要任务。这在技术上必须加大投入，势必又提高产品成本，增加了企业经营成本和经济困难，是当前涂料产业面临的严峻挑战。
因此，根据国家“十二五”规划，为适应环保要求，应积极开发和利用“节能源、省资源、低污染、高效率”的涂料品种，即所谓的“四E”原则（economy、efficiency、ecology、energy）。具体来说，主要包括水性涂料、粉末涂料、光固化涂料、高固体分涂料等。为适应不同底材、不同行业需要，各国投入大量精力开发多种性能和用途的专用型涂料，如汽车涂料、船舶涂料、塑料专用涂料、木材专用涂料等，努力使涂料生产系列化、专业化。
从涂装来看，主要向着减少污染、节省能耗、提高施工效率、提高涂层装饰性以及涂装设备的通用化、系列化、自动化方向发展。国内外已经出现了大量工艺先进、自动化程度高的大型生产线，尤其在汽车行业发展极为迅速。例如，通用汽车公司在德国的欧宝公司经过10多年的努力，于1992年底从底漆到面漆全部实现了水性化，并采用高涂着效率的自动静电涂装法，使该厂轿车车身涂装的VOC排放2量达到35g/m。德国宝马汽车公司在Dingolfing厂于1997年初建成投产第一条车身粉末罩光线，又于1998年初建成第二条线，日产量可达1000辆。在美国已有多条车身涂装线的中涂采用了粉末涂料，如通用汽车公司在20世纪90年代初，在Shreveport Linden和Moraine等工厂又建了6条皮卡车粉末中涂喷涂线。日本汽车涂装在20世纪80年代为赶超欧美，在提高涂层质量，如外观装饰性、耐久性、耐酸雨性和抗划伤性等方面做了大量工作，而在环保、开发和利用低VOC型涂料方面没有像欧美那样重视，近几年，日本才将环保要求列为汽车涂料需求的首位。
我国至今还是以20世纪80年代传统的阴极电泳底漆+溶剂型中涂+溶剂型面漆（底色漆+罩光清漆）的三涂层体系为主。该工艺成熟，施工方便，但VOC排放量很大。中涂和面漆的厚度约占涂层总厚度的70%以上，其中，溶剂型金属底色漆施工固体分只有15%左右，而溶剂含量占85%，其VOC排放量占整车车身涂装的50%左右，是VOC排放的主要来源。低VOC化也是电泳涂料发展的一个方向，虽然电泳涂料是水性涂料，但原漆中仍然含有一定量的有机溶剂，这些溶剂大部分在槽液循环过程中挥发进入环境大气中。20世纪90年代初期的电泳涂料产品溶剂含量较高，原漆中高达15%左右，槽液中的溶剂含量也长期保持在3%～5%，由于当时汽车产量偏低，更新周期长，还需要经常往槽液中补充挥发掉的溶剂以维持电泳膜厚和涂层质量。90年代中后期的电泳涂料中溶剂含量有所降低，槽液中的溶剂含量基本控制在1.0%～2.5%。如今，槽液溶剂含量达到0.4%～0.8%的阴极电泳涂料也已开发成功。
涂装设备非标化程度很高，给生产厂家的制造、使用厂家的选择、管理带来极大不便。近几年像超滤设备、喷粉室、喷漆室、回收系统、喷枪等设备逐步趋于标准化、系列化，自动喷涂系统，即所谓的喷涂机器人的性能和智能化程度大大提高，并在轿车、卡车等涂装线上得到使用。整个涂装线的技术水平、自动化程度得到大幅度提高。但能够适应汽车形状变化、喷涂均匀的高智能化机器人主要依赖进口。
第2章 涂装前处理工艺与设备
涂装前处理是涂装前对被涂物表面进行的准备工作，是整个涂装工艺的基础。前处理质量高低直接影响整个涂装质量，必须予以重视。
各种材料及其制品在加工、运输、储存过程中，其表面容易产生或黏附异物，如机加工毛刺、氧化皮、油污等，这些表面污物会影响到涂层的致密性以及与基体的结合强度。涂装前处理的主要目的就是将这些物质除去，并进行适当的表面化学转换，提供适合涂装要求的基底，以增加漆膜的附着力，延长漆膜的使用寿命，充分发挥涂层的保护作用与装饰效果。因此，喷涂前处理的内容主要包括以下几个方面：
（1）除氧化皮和铁锈
金属在加工和存放过程中，由于受高温和各种因素的影响，易产生氧化皮和浮锈。以钢铁为例，其氧化皮和浮锈的主要成分是铁的氧化物或水合氧化物，其结构式为FeO、FeO、FeO·xHO等。这2334232些氧化物的电极电位比较高，它们的存在会加速钢铁的电化学腐蚀，同时氧化物的晶格常数比较大，脆性大，直接在锈蚀上涂装，涂膜在受到冲击、挠曲时，易开裂。因此除锈是涂装前处理的重要内容之一。
（2）脱脂
金属在加工和储存过程中，尤其在机加工过程中，易被油污污染。有些工件为防止在储存过程中生锈，还必须涂防锈油或防锈脂加以保护。油污的存在影响涂料在基体上的润湿与结合力。因此涂装前必须将基体上的油污彻底清洗干净。
（3）消除机械污物
机械污物主要指粉尘、焊渣、型砂及在机加工过程中可能产生的毛刺、凹凸不平等缺陷。这些缺陷不清除，将容易出现各种外观缺陷，直接影响到涂层的装饰性与保护性。
（4）转化膜处理
如果涂膜不能牢固地附着在基体上，则涂膜容易出现整片脱落。转化膜处理根据材质不同，通过不同的方式，在基体表面生成一层惰性的、致密的、不导电的连续薄膜，以提高涂层附着力和耐蚀性。目前，主要包括在钢铁、锌合金表面的磷化处理、铝合金表面的氧化处理以及锆盐等无磷转化膜处理工艺。
（5）预涂偶联剂、特种涂料等
为增强涂层的结合力，对大型工件不便入槽磷化处理时可涂装磷化底漆，热塑性粉末涂料预涂底漆以及预涂硅烷偶联剂等。
实践证明，由前处理引起的涂层弊病，大约占整个涂层弊病的50%以上。具体来说，前处理有以下几方面的作用。
（1）通过前处理可提高涂层与基体的结合力
6范德华力F∝1/L，其中L为分子间距离，即分子间作用力与分子间距离的六次方成反比。通过前处理去除基体表面上的附着物，增强涂料在基体表面的润湿性，使得涂膜与基体贴合紧密，分子间距离减小，大大提高涂层的结合力。前处理中形成的转化膜为微观多孔性物质，涂料可以充分渗透到转化膜孔隙中，形成“抛锚效应”，使结合力增强。
（2）增强涂层的抗蚀能力。
涂膜的腐蚀主要是环境中的水、空气渗透到基体表面发生的电化学腐蚀。通过前处理在基体表面形成一层致密的、不导电的涂膜，使腐蚀原电池难以形成，大大减缓涂层腐蚀的速率。一般认为，磷化后涂层的耐蚀性将提高2～3倍，因此磷化处理引起了各个行业和各个企业的高度重视。
（3）提高涂层的装饰性
基材表面的平整度（或粗糙度）影响涂膜对基体的附着力和涂层的光泽。粗糙的表面，形成的膜层厚度不均，涂层暗淡无光，较薄的部位容易出现破坏。粗糙度过大，涂膜与基体间夹杂空气，造成涂层起泡脱落。因此，涂膜前需要对基材表面进行平整处理，像铸铁件，须进行喷砂、打磨处理，使表面具有合适的粗糙度，形成较好的外观。转化膜处理也是降低宏观粗糙度的重要措施，能显著提高涂层装饰性。一般要求粗糙度为4～6。
涂装前处理内容多，处理方式各种各样，在选择前处理工艺时应根据实际情况合理选择。
（1）根据污物形式和污染程度选择
对于冷轧钢板，表面油污多而锈蚀少，因此前处理的重点是脱脂，可进行除油处理而无需除锈；如果钢板表面的油污主要为可发生皂化反应的油脂，选择以强碱为主的脱脂液皂化水解清洗；如果油污的主要形式为矿物油，根据矿物油不能发生皂化反应的特性，则应选择以表面活性剂为主的脱脂液，对油脂进行乳化、分散，使其脱离钢铁表面。
（2）根据工件的使用环境选择
如果工件使用环境恶劣，腐蚀速度会加快，为提高涂层的耐蚀性，可采用清洗、磷化、钝化等前处理工艺；对于在室内使用的工件，可适当降低前处理的要求，简化前处理工艺。
（3）根据涂料特性选择
涂料组成不同，与基体的结合力不同，对前处理的要求也不同。过氯乙烯涂料、有机硅涂料等在钢铁等基体上的附着力差，必须进行严格的前处理，尤其是除油要彻底，否则涂层容易整张脱落。而环氧树脂底漆、聚氨酯底漆等对钢铁等基体的结合力强，因而对前处理的要求较低，甚至可在带轻锈的基体上涂装。
（4）根据工件材质选择
目前被涂装的工程材料主要包括钢铁、有色金属、工程塑料等。材质不同，前处理的内容和要求也不相同。金属材料的前处理更大程度上是为了提高涂层的耐蚀性，材质不同，工艺有差异，如钢铁材料的脱脂可采用强碱性脱脂液，有色金属不耐碱腐蚀，宜采用中性或弱碱性脱脂液；钢铁一般进行磷化处理或其他无磷转化膜处理，而铝合金、镁合金等通常进行氧化处理；塑料进行化学处理更多是为了提高涂膜的附着力，常进行紫外光粗化处理或溶剂浸蚀处理，与金属前处理工艺差异很大。
2.1 脱脂工艺与设备
钢铁工件在加工、储存以及运输和使用过程中，接触到的切削液、润滑油、防锈油或防锈脂等物质，都是表面沾染油污的主要来源。金属材料表面黏附的各种油污，根据性质可分为皂化油与非皂化油。皂化油为动植物油，主要存在于拉延油、抛光膏等产品中，在结构上为酯结构，在加热和碱性条件下可发生皂化反应，生成可溶物并溶解在水中；非皂化油为矿物油，如凡士林、润滑油、石蜡等，为机械润滑油，结构大多为长链饱和烃类有机化合物，化学性质稳定，不发生皂化反应，但能溶于某些溶剂，能被表面活性剂乳化、分散，将油污从表面去除。
因此，脱脂时可根据工件材质、油污性质，选择不同的脱脂处理工艺。例如汽车生产中通常用热水和热碱液喷浸结合的方法清洗工件，通过脱脂剂中的碱性物质对油污皂化及表面活性剂的浸润、分散、乳化及增溶作用达到去除油污的目的。脱脂质量的好坏主要取决于以下四个方面。①脱脂温度。一般来说，温度越高，油污的皂化等化学反应加速，使得脱脂效果越好，但是，不同的脱脂剂有其适宜的温度范围，温度过高会使某些表面活性剂从脱脂剂中析出附着在工件表面，影响表面质量，如磷化膜发花不均。大规模涂装线脱脂温度通常为40～50℃。②脱脂时间。在高速流水作业线中，在不影响生产的前提下，必须保证足够的脱脂时间，通常喷射方式的脱脂时间为1～3min，浸渍方式脱脂时间通常为3～5min，具体时间可视油污的种类和多少而定。③机械作用。借助压力喷射和搅拌等机械作用提高脱脂清洗效果是非常有效的。喷射迫使脱脂液与工件表面良好接触，使脱脂剂渗透和破坏油膜，防止油污再附着到被清洗表面上。在中、低温脱脂中，机械作用尤为重要。④脱脂剂。脱脂剂的种类和组成对脱脂效果有很大的影响。在实际使用中，必须要根据被清洗物的材质（钢板、镀锌板、铝材等）、油污状态、处理方式及后续处理的匹配性等方面来选择脱脂剂，并根据使用要求提高脱脂剂浓度至工艺范围。
除油效果的好坏，可用多种方法判断，如目视法、擦拭法、水浸润法、荧光染料法、喷雾器法、放射性同位素法、接触角法、残留油分质量法等，其中最常用且较简便的方法是观察水膜中断法，即工件经过彻底水洗后，观察水是否能在表面完全润湿。如果除油彻底，水洗后表面应能形成连续的水膜，否则除油不彻底。
2.1.1 有机溶剂脱脂工艺与设备
有机溶剂脱脂是利用溶剂对油污的溶解作用除去皂化油和非皂化油，适用于去除工件复杂特殊部位上的高黏度油污。采用的脱脂剂要求对油污溶解力强，不易燃、毒性小、便于操作、挥发较慢且价格低廉，而事实上很难达到上述的全部要求。在实际生产中经常采用的有机溶剂各有其特点，如芳烃溶剂，主要有甲苯、二甲苯等，溶解性强，＃但对人体危害大，挥发性高。石油溶剂如200溶剂汽油等，价格便宜，毒性小，对常见油污有较强的溶解力，但挥发快、易燃、易爆。卤代烃类溶剂，如二氯乙烷、三氯乙烯等，去油能力强、不燃烧，应用较多，但毒性大。常用有机溶剂的性能见表2-1。表2-1 常用有机溶剂的性质
当单一的有机溶剂除油效果不佳时，可在配方中加入适量乳化剂，如皂类、硅酸钠、石油磺酸钠、OP型非离子表面活性剂等，形成乳化除油体系，利用有机溶剂对油污的溶解作用和乳化剂的乳化分散作用，两者协同可取得更好的除油效果，同时也降低了使用有机溶剂除油的成本及易燃危险性。
有机溶剂脱脂一般采用擦洗、浸洗、蒸气洗等方式。①人工擦拭工艺劳动强度大，生产效率低，工作环境差，但可以在常温下进行，且不受工件形状影响。该工艺主要用于批量小或不能用其他方法处理的工件，如大工件户外作业或无其他条件的企业。②浸洗法是将工件浸泡在有机溶剂中，并伴随加热、搅拌等辅助手段，利用溶剂的溶解、渗透作用去除油污。这种方法适合表面结构复杂的小工件除油。清洗过程中，为了保证清洗的效率应根据油污的情况更换浸槽里的溶液。③三氯乙烯是最常用的蒸气清洗剂，即所谓的气相法除油用溶剂之一。该法一般在封闭型的“脱脂机”中进行，其装置如图2-1所示。该装置分三部分：底部为带加热装置的三氯乙烯的液相区，中部是蒸气区并挂有被处理的工件，上部是装有冷凝管的自由区。加热三氯乙烯至沸点（87℃）而气化，当碰到冷的工件时，冷凝成液滴溶解工件上的油污滴下，以达到去油的目的。当工件与蒸气的温度达到平衡时，蒸气不再冷凝，去油过程结束。从被清洗工件上除去的油污的沸点，通常比溶剂的沸点高得多，因此，即使在溶剂含有大量油污的情况下，其蒸气仍然是纯溶剂的蒸气。重复使用溶剂，仍可得到良好的清洗效果，达到很高的清洁程度。但是蒸气法除油对环境和设备要求较高，如三氯乙烯化学性质不稳定，在受到光、热、水汽和潮湿空气影响时，会分解出有害的光气和有腐蚀性的氯化氢，使用时应注意避光和工人的安全。图2-1 封闭型脱脂机1—自由区；2—冷凝管；3—工件；4—蒸气区；5—沸腾溶剂；6—加热管
采用溶剂去油的优点是不受油污种类、工件材质、形状限制，除油效率高，可在室温下进行，节省能源。如果在封闭型脱脂机中进行，则溶剂损失小，空气污染小。但是使用有机溶剂脱脂时，在溶剂挥发后，往往工件表面还剩一层薄油膜，对于要求清洁度很高的表面，还须采用其他工艺进一步处理。同时，该工艺容易造成资源浪费，存在安全隐患，因此除非在不得已的情况下，尽量不要采用。
2.1.2 碱液加表面活性剂脱脂工艺与设备
碱液脱脂是利用碱的皂化作用、无机表面活性剂的乳化作用等去除工件表面的油污。碱液除油适用于钢铁等不与碱液发生化学反应而溶解的金属。
常用到的碱有NaOH、NaCO、硅酸盐、磷酸盐等。NaOH为强23碱，可与酸性污垢和动植物油反应，具有很好的除油效果，但只能用于黑色金属，对有色金属的腐蚀作用大，不能用于铝、锌等金属表面的清洗。NaCO水解显碱性，是中等强度的碱，易润湿金属，对硬23水有软化作用，但皂化力弱，水洗性差，可用于黑色金属和有色金属的除油。常用的硅酸盐为硅酸钠（NaSiO），+3HO—→232-HSiO（胶体）+2OH，水解后碱性略低于NaOH，远强于44NaCO ，具有较强的皂化作用，同时水解生成稳定的胶体，对污物23分散性好，并在金属表面形成薄膜，因此对金属具有缓蚀保护作用。硅酸盐是碱液清洗中去污力强、作用全面的物质，广泛用于有色金属和黑色金属清洗，但 HSiO易沉于金属表面，不易清洗，影响到以44后的磷化质量。磷酸盐有NaPO、焦磷酸钠、三聚磷酸钠等，其作34用机理类似于硅酸盐，但含磷废水难处理，排放到环境中易产生水质的富营养化，危及水生动物的生命，所以目前因为环保问题在清洗液使用中受到限制。硅酸盐、磷酸盐也是无机表面活性剂，对油污具有乳化等作用，因此也可去除非皂化类油污。
值得注意的是，碱液的浓度不宜过高，因为碱的浓度过高，皂类的溶解度和乳化液的稳定性会下降，对有色金属易产生腐蚀。碱性过强，对磷化膜质量影响较大，尤其对常（低）温磷化影响更大。因为高温强碱对钢铁表面有侵蚀和钝化作用，能中和钢铁表面的许多晶格点，形成氧化膜和氢氧化物，导致成膜时晶核的生长速度小于晶粒长大的速度，从而在数目不多的活性点上晶粒长得粗大，降低磷化质量和涂层的防护性能。而且脱脂液碱性强，清洗效果不佳。所以对常（低）温磷化应选用中低温弱碱性脱脂剂。
碱液去油成本低、无毒、不燃不爆、生产效率高，去油彻底，操作简单，仍是除油的主要方法。但碱液去油一般需加热至45℃以上，能耗大而且不适于常低温磷化要求。为此，实际应用中常与表面活性剂等复配形成复合碱性清洗剂。
表面活性剂的乳化、分散作用可以显著降低油污与金属之间的界面张力，通过渗透、润湿、乳化、分散、增溶等多种作用而除油，获得良好的去油去污效果。脱脂常用的表面活性剂有阴离子型和非离子型。阴离子型表面活性剂的除油机理是利用它在金属表面的吸附形成双电层，增加金属界面的电势，有利于油污脱离金属表面，而又不易被油污再污染。脱脂用阴离子型表面活性剂主要有羧酸盐和磺酸盐等，其活性大小除受无机盐助剂的影响较大外，还与其亲油基的结构和链有关。烷基磺酸盐的活性随亲油基烷基碳数目增加而增大，一般选用C～C，当烷基碳链长度超过C时水溶性较差，低于C时表面12141412活性下降，去污能力低。烷基苯磺酸盐直链（LAS）的活性优于支链（ABS），易在金属表面吸附，增加对金属表面的润湿性能。当阴离子型表面活性剂的亲水基和亲油基的种类相同时，分子量小的表面活性剂具有更高的润湿和渗透性。因此直链烷基苯磺酸盐成为脱脂剂的重要组分之一，具有稳定性高、水溶性好、洗净性能强、生物降解性高、价格便宜等优点。常用的有十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。阴离子型表面活性剂CMC浓度高，去污力强，但稳定性受溶液介质和水质影响。在酸性介质中，阴离子将转化为中性分子，在水中溶解性降低；当水的硬度高时，易生成难溶性物质，使其表面活性降低，而且阴离子型表面活性剂脱脂温度一般较高。
非离子型表面活性剂是分子链一端含有极性基，另一端含有非极性链的一类化合物，主要是聚氧乙烯化合物，如聚氧乙烯脂肪醇醚（平平加系列）、烷基酚聚氧乙烯醚（OP系列）、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚醚等。非离子型表面活性剂在很多性能方面超过阴离子型表面活性剂，应用非常广泛。由于其亲水基团在水溶液中不发生离解，呈中性分子，所以稳定性高，不易受强电解质、无机盐、酸碱影响。
在选择非离子型表面活性剂时，HLB值是一项重要的参数，几种常用表面活性剂的去污力列于表2-2。
由表2-2看出，当选择HLB值在13～15的非离子型表面活性剂作为水基金属脱脂剂时，去污能力最强，又因为这种乳化剂属于O/W型（水包油），使乳化时油相粒子漂浮在溶液表面，这就是常用的“浮油型”水基金属脱脂剂，该类脱脂剂使用寿命长。非离子型表面活性剂CMC较低，在水中溶解度小。因此使用时要选择浊点高的非离子型表面活性剂，以提高增溶性能、脱脂效果和稳定性。表2-2 几种表面活性剂的去污力注：去污力是指浓度为0.25%，65℃下摆洗32号机械油的能力。
实际使用时，通常选用多种非离子型和阴离子型表面活性剂复
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