在汽車工業(yè)中，色彩具有很重要的意義。根據(jù)客戶調(diào)查，很多人――或者所有家庭――根據(jù)車的色彩和外觀來作出最后決定。
黑色仍然十分流行。2001年，黑色在德國市場的占有率是19%，美國是11%，在日本是8%。
圖一： 巴斯夫色彩趨勢
炭黑是制造各種不同黑色涂料的主要顏料。制造時需要的其他顏料是特效顏料、銀色顏料和灰色金屬閃光顏料，這些可用來與黑顏料混合。這種混合色彩正逐漸流行起來。
當我們提到黑色顏料在汽車工業(yè)的應(yīng)用，主要是討論面涂。其實，當我們看到整輛車時，炭黑還有其他有趣的應(yīng)用。
汽車涂料的涂層結(jié)構(gòu)
電泳涂裝
讓我們從最復(fù)雜的涂料系統(tǒng)開始：電泳涂裝，或者叫做電沉積涂裝（E-coat）。
1960年左右，電泳涂裝技術(shù)開始進入在線使用。福特汽車是第一個使用的汽車公司。那時稱為陰極電沉積涂裝。幾年之后，一項改進技術(shù)，陽極涂裝，獲得了認可，從那時開始，徹底取代了陰極工藝。
一般來說，電沉積涂料，是水溶性特種樹脂，顏料，填料和添加劑組成的。當整個車身浸入溶液后，通入直流電。所以，分散的固體成分就遷移到作為陽極或者陰極的車身上。
陽極工藝的成功是很明顯的：更高的固含量，更低的溶劑成分，抗腐蝕能力高兩到三倍，很好的粘合力，很好的抗石擊性能，很好的流平性，很好的抗紫外能力，還有環(huán)保方面的因素。
開始，幾乎所有的陽極涂裝都只有一種顏色――黑色，首選的顏料就是炭黑。
對于黑色陽極涂裝，并不是所有的炭黑都能得到需要的效果。一個重要的因素就是黑顏料的純度，因為電泳溶液對于雜質(zhì)十分敏感，而顏料和填料的可溶性部分，很可能帶來雜質(zhì)。
另一個關(guān)鍵的挑選因素，就是水溶部分的電導(dǎo)率，最高上限是1000μS。
下一步就是找到最好的黑顏料，要求分散性好，長期穩(wěn)定，遮蓋力強。
現(xiàn)在色彩趨勢已經(jīng)轉(zhuǎn)向淺色或者深灰。對于灰色涂料，可合并使用鈦白粉和炭黑顏料，這樣可以得到很好的穩(wěn)定性。
總而言之，對于這種應(yīng)用，我們需要一個高純、顆粒尺寸中等的炭黑，同時要很好的著色力。實際上，最常用的質(zhì)量，來自于爐法工藝。對于陽極工藝，如果需要很好的黑度，幾十年以來，最常用的工藝就是使用25nm的煤氣炭黑顆粒，一層涂裝。
中涂
汽車涂料的第二層，通常稱為中涂，或者叫打磨封閉底漆，也有叫做填料涂層的。
在底涂和面涂之間的涂層，主要是為了很好的遮蓋、填補、和流平電泳涂裝的粗糙表面，提高面涂的外觀。對粘合力和面涂的抗石擊能力也有幫助。還有，中涂降低了昂貴底涂的開支。把各個因素綜合起來，我們可以把中涂看作功能性涂層。
今天，幾乎所有的中涂都是水性樹脂，除了克萊斯勒的部分中涂，還有著名的Smart Car品牌汽車也是例外，他們使用了粉末涂裝。
顏料選擇方面，汽車制造商大大改變了他們的哲學(xué)。過去，絕大多數(shù)打磨封閉底漆都是中性色，比如灰色，使用黑色顏料作為著色顏料。黑顏料的著色力很強，分散方便，沒有浮色或者發(fā)花的傾向，穩(wěn)定性很好。這些顏料使用了燈黑工藝，顆粒尺寸大約是100nm，或者使用爐黑工藝，顆粒尺寸大約50nm左右。由于經(jīng)過了細微的后處理，所以很容易分散，也很穩(wěn)定。
今天，中涂使用了很多色彩，以便對應(yīng)不同的底涂色彩。使用這種方法，可以降低底涂的涂層厚度。這意味著降低了底涂用量，降低了汽車制造商的成本。
汽車工業(yè)已經(jīng)開始以下爭論：如何能降低涂料涂層的數(shù)量，而不降低涂料的性能和耐久性。有些汽車制造商開始使用預(yù)涂裝金屬材料，這是用卷材涂裝工藝制造的。其他公司則試圖使用二次電沉積涂裝。如果使用高導(dǎo)電性的炭黑涂料，那么第一層涂層是導(dǎo)電的，二次涂裝就有可能進行。所有的汽車制造商都認為，減少涂層能降低涂裝成本，但是如何實現(xiàn)就是一個問題。
面涂
在中涂上面，是最終的涂層，面涂。最終的涂層能改變用戶的視覺效果。這一層的質(zhì)量決定了長期耐久性，這也受到不同氣候條件的影響。對于面涂，技術(shù)和遮蓋力方面的要求非常高，并且還在不斷提高。最好的例子就是最近幾個月，針對透明涂層抗刮擦性能的討論。
色彩設(shè)計現(xiàn)在扮演著十分重要的角色。正如我開始所說，色彩銷售汽車。汽車制造商不是唯一花費大量人力觀察色彩趨勢的人，涂料制造商也在研究、優(yōu)化和開發(fā)色彩，以便適合目前各個國家流行的口味。
圖二
炭黑
黑色流行，對應(yīng)著一個顏料的壓倒性成功：炭黑。
由于汽車制造商的不同，以及生產(chǎn)國家的不同，他們使用了不同的技術(shù)。絕大多數(shù)汽車制造商使用所說底涂/透明涂層概念。就是指使用一層面涂，單一色彩。這在比較便宜的小汽車和卡車修理業(yè)中，十分流行。
當我們討論到炭黑作為底涂或者中涂，技術(shù)要求就是關(guān)鍵。至于面涂和上底漆，色彩就是首先討論的問題。
色彩必須越黑越好。但是有一個參數(shù)不是那么明顯，自從炭黑流行以來，整整50年沒有測量：就是底色，或者叫色相。
我們都在學(xué)校里學(xué)過，我們看到黑色是因為所有的陽光都被吸收了，沒有反射光。同時，我們知道，很小的顆粒能反射少量的光。在物理學(xué)上，正如Mie和Raylight先生發(fā)現(xiàn)的那樣，波長和顆粒尺寸有關(guān)系。對于黑顏料，這意味著炭黑顆粒在最終涂層中的顆粒分布，決定了那一部分波長的光線，會被反射得更好更快。相應(yīng)的，黑色涂料就會顯示出藍或者棕色相。
以上論述的重要結(jié)論是什么呢？
1、我們可以說，炭黑的顆粒越小，就越黑
2、最終涂層中的顆粒越小，就越穩(wěn)定，藍色相就越好
3、如果我們使用更大的顆粒，也就是大于20-25nm的顆粒，我們將得到更少的黑色，而得到棕色相
4、如果我們使用了合適的微細顆粒，我們將得到最佳的黑色，但是同時會有棕色相。同時還會有微絮凝，這意味著炭黑不夠穩(wěn)定。我們意識到這種微絮凝僅僅影響色彩，但是不會降低遮蓋力，也不影響光澤。
圖三：炭黑顏料在涂層中，主要顆粒尺寸13nm（德固賽，顏料黑FW 200）
什么是最好的黑顏料？
五十多年以前，一家德國炭黑制造商，開發(fā)了高質(zhì)量的炭黑顏料，使用的工藝稱為德固賽氣黑工藝。使用這種工藝，該公司基本上滿足了汽車涂料工業(yè)的需求。13nm的顆粒尺寸，足夠制造出最好的黑色，并能保證很好的涂料穩(wěn)定性。這類產(chǎn)品需要后處理。
后處理就是后氧化工藝，羧基、羥基、醌基等基團，被增加到了炭黑上面。這些揮發(fā)性成分（900度以上）的增加，炭黑顏料更容易分散，穩(wěn)定性更好。而且，其他性能要求，比如耐候性、兩年之后的光澤下降程度，“佛羅里達氣候試驗”、耐化學(xué)品性能，等等都得到了滿足。
名列第二的炭黑制造工藝，就是所說的爐黑工藝。以前，這種工藝主要是制造大批量制造的顏料，用于橡膠、印刷油墨和塑料工業(yè)。到1960年代，卡博特和哥倫比亞化學(xué)推出了微細顆粒的爐黑工藝。經(jīng)過表面處理，應(yīng)用性能大大提高，成為氣黑工藝的競爭對手。隨后，樹脂體系該表了，汽車工業(yè)的涂料施工工藝也變化了。越來越多的汽車制造商從單涂層轉(zhuǎn)移到雙涂層工藝，不僅是金屬閃光涂料，還包括uni-coat品牌涂料。而且，根據(jù)越來越嚴格的環(huán)保法規(guī)，歐洲和北美向水性涂料猛烈轉(zhuǎn)型，現(xiàn)在日本也跟上來了。
透明上底漆是現(xiàn)在使用的體系。直接進行濕―濕涂裝，然后一起固化（兩涂一干），這樣一來，光學(xué)和應(yīng)用性能都在動態(tài)變化。上底漆含有顏料，透明涂層主要負責(zé)好的流平性和康紫外性能。上底漆的基材是上文所述的醋酸丁酯纖維-聚酯-密胺體系，水性體系中，則是水性丙烯酸-聚氨酯-乳液體系。透明涂層是雙組分丙烯酸或者聚氨酯。目前的趨勢是粉末透明涂裝，將來可能是粉末紫外涂裝。同時輔以紫外和刮擦性能優(yōu)化工藝。
如上文所述，新的上底漆樹脂中，以前炭黑制造商的目標是找到最好的黑顏料，色彩一致，意味著深黑色，并且是藍色相。氣黑在水性體系中，具有很好的潤濕性能呢。由于顆粒更小，沒有經(jīng)過后處理，所以不用浪費時間重新開發(fā)，就能完全達到汽車涂料制造商的色彩要求。
其他公司則開發(fā)出復(fù)雜的爐黑表面處理工藝，能比較容易地分散，穩(wěn)定性較好，在水性體系上底漆體系中表現(xiàn)良好。
圖四：（卡博特，涂料工業(yè)，1998年8月）
對于水性涂料，我們還需要重視另一類重要的產(chǎn)品：潤濕劑。對于溶劑型涂料，潤濕性能主要是依靠樹脂本身的性能，只需要較少的潤濕劑，來優(yōu)化色彩特性。水性體系中，必須使用潤濕劑?？梢哉f，炭黑表面的潤濕性越好，表現(xiàn)出的黑色和藍色相就越好。
現(xiàn)在我們得到的顏料黑，顆粒尺寸很小，有的經(jīng)過后處理，有的沒有，有的表面進行了改性，或者進行了傳統(tǒng)的氧化工藝，這基本能夠滿足涂料行業(yè)的要求。最終的購買決定，取決于費效比。
在汽車修理行業(yè)，炭黑制造商面臨的挑戰(zhàn)是很明顯的。
使用的樹脂類型各不相同：
醇酸，丙烯酸-密胺，熱塑性丙烯酸，硝基纖維素，醋酸丁酯纖維（CAB），丙烯酸酯以及空氣干燥醇酸樹脂。所有這些樹脂，都能制造出相同的色彩。提到炭黑時，往往是深黑體系，如上所述，相同的微細顆粒產(chǎn)品可以用于面涂或者上底漆。
對于著色系統(tǒng)，顏料黑有很高的著色強度，不容易浮色和發(fā)花，穩(wěn)定性好。至于顆粒尺寸，則屬于較大的顏料黑顆粒。有一種最古老，但是仍然流行的顏料，是燈黑工藝制造的燈黑101，由德固賽制造。所有的黑顏料制造商都能提供50nm左右的產(chǎn)品，有些是輕微氧化的，具有很好的分散性，吸油性低，所以能夠制造很高顏料黑含量的著色產(chǎn)品。
對于汽車工業(yè)來說，可以分包生產(chǎn)的產(chǎn)品，非常多：組件部件、塑料件、內(nèi)外飾件、輪子、反射鏡、軸、發(fā)動機鑄造等等。汽車行業(yè)1999年的全球產(chǎn)值是3.5億歐元。在本文中，只涉及塑料涂裝方面的特殊應(yīng)用。塑料部件可以進行外部涂裝，然后再汽車柱組裝廠或者生產(chǎn)線上，進行組裝。
塑料是非傳導(dǎo)性材料，和生產(chǎn)線的標準工藝不同，很難用靜電噴涂的工藝進行涂裝。為了使表面導(dǎo)電，我們必須使用一層導(dǎo)電底漆。最容易的辦法，就是如上文所述，使用導(dǎo)電的黑色顏料。這種顏料具有極高的表面積，無定形的形態(tài)，容易聚集成長鏈。我們所討論的，具有這種結(jié)構(gòu)的黑顏料，就是炭黑。炭黑不容易分散，比起一般的顏料來，使用的濃度要大一些。所有的炭黑制造商都銷售這種產(chǎn)品，其BET表面積大約是1000平方米，具有很好的DBP吸收性。按照固體樹脂計算，炭黑顏料的濃度大約為5--10%，這樣就能產(chǎn)生足夠的導(dǎo)電能力。
現(xiàn)在，主要的三家制造商，卡博特、哥倫比亞和德固賽，提供了多種黑顏料。選擇使用合適的黑顏料，可以解決特定的涂料問題。
（轉(zhuǎn)載）
