近幾年來環境保護問題成為全人類最關注的話題之一，我國也出臺了相關環保政策來控制有機揮發物的排放。2014年《乘用車生產企業準入條件及審查要求》明確規定汽車行業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定時限內進行改裝使用水性涂料。2015年2月開始在涂料行業針對在施工狀態下VOC高于420克/升的涂料產品征收消費稅，對涂料施工環節征收排污費的政策也即將出臺，水性涂料的應用將得到快速發展。目前汽車用涂料水性化率已達75%。
當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生反應釋放出氫氣，因此在制備和使用水性金屬漆時，必須采取適當的處理措施，預防涂料質量事故和安全事故的發生。
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生發應。傳統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生反應，釋放出氫氣。其反應方程如下：
2Al+3H20 Al2O3+3H2 (1)
2Al+6H20 2Al(OH)3+3H2 (2)
1.1鋁粉變化對涂料質量的影響
鋁粉與水反應后，鋁粉表面顏色會發黑變暗，最終影響涂膜效果，達不到客戶的要求，導致質量事故的發生，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生成氫氣，會導致容器中的壓力增加而“脹桶”，嚴重的可導致爆炸事故。在使用時，工人在打開油漆桶同時，如果桶內壓力過高，過高的壓力可導致涂料從包裝桶中涌出，甚至出現“沖蓋”現象，造成對操作工的人身傷害。
國內多家汽車生產廠都曾經出現過水性涂料出現“脹桶”，開桶時出現“沖蓋”現象，幸未沒有發生人身安全傷亡事故。
2、金水性屬涂料安全穩定性的測定與評價
水性金屬涂料的安全穩定性與金屬鋁粉反應的程度相關，可通過測定涂料在儲存中氫氣的釋放量來評定其安全穩定性。
在涂料配方確定后，需進行放氣量的評價。放氣實驗合格后，方可進行生產和應用。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，來考察鋁粉的穩定性。以5天為一個循環，取出后冷卻至標準溫度，之后將容器蓋輕輕開啟，稱量此時的質量，與剛放入烘箱時的重量進行對比。三次循環后，差值越大，則說明鋁粉釋放氣體量越大，涂料體系安全穩定性效果越差。
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：當玻璃瓶中金屬涂料中的鋁粉和水發生反應放出氫氣時，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、上空氣室會出現一個壓力差。這個壓力差會驅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℃恒溫的環境中，收集3-7天氣體的發生量，放氣量越小，產品安全穩定性越高。
3、水性金屬涂料安全性能設計方案
3.1通過鋁粉表面處理提高涂料的安全性
通過對鋁粉進行處理，降低與水的反應活性，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層，最終阻止鋁和水發生反應。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)電解質阻蝕劑。包履法是指用物理、化學方法對粒子表面進行處理，有目的的改變粒子表面的物理化學性質，在鋁粉的外部形成一層保護層。常用的方法有鉻酸鹽處理、鉬酸鹽處理、有機硅改性處理。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。其優點是不會產生氫氣或者氫氣產生量非常小，但其缺點也明顯，價格貴，與涂料中有機物的相溶性差，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自身產品的特點，對鋁銀漿鈍化后采用有機物包裹處理，其優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合力弱，易脫落，穩定性能差。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關系見圖表6。
從圖中可見，當體系pH控制在6.9-8.5以下，鋁粉的反應活性較低，而高于8.5時，鋁粉的反應活性隨著pH值的上升而快速增加，產生的氫氣量對應增加。
水性涂料一般在在堿性條件下才能穩定，因此涂料的pH值最好控制在7.7-8.5之間，此范圍內鋁粉、涂料皆能處于穩定狀態，可有效的提高涂料的安全性能。
3.3規范涂料運輸、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，嚴禁煙火，避免猛烈碰撞與摩擦。
溫度越高，鋁粉的反應活性越強，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。
為質量和安全起見，一般水性金屬涂料的儲存期控制在3個月之內。
加強巡回檢查，發現有脹桶等異?，F象，盡快進行處理，消除安全隱患。
4、包裝容器安全性能的設計
4.1控制包裝桶強度
選用具有一定抗壓能力的包裝桶降低桶內氣壓增加產生的安全隱患。對涂料包裝桶進行加壓試驗，在密封的包裝桶內注入空氣，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
根據包裝桶的大小和抗壓能力，測算涂料允許產生氫氣的安全量，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包裝桶設計安全改進
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范設計
作業人員要穿上具備防靜電性能的工作服，安全靴等作業保護用品。佩戴無照明燈的安全帽，護目鏡、面罩或防靜電手套等。
作業姿勢盡可能伸長手臂，使頭部遠離涂料桶。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，聲音消失后再繼續開啟。如果涂料已有脹氣現象，又有塑料內襯時，打開蓋子后用小刀將塑料內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，防止內容物噴出。確認氣體排完后，卸下螺栓，打開桶蓋。
如果涂料桶發生變型，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。
整個作業場所要保持通風，排氣通暢。
6、結語
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。本文通過強化涂料安全性能的設計，包裝容器安全性能的設計，制定涂料儲存、運輸和使用時的安全規范，可有效降低和預防安全事故的發生。只要加強控制和管理，水性金屬涂料的安全性是可控的，汽車制造商可放心使用。