和軍強(qiáng)*，田云，曹英

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

【涂裝】

汽車涂裝高固含和水性工藝的社會(huì)責(zé)任相關(guān)項(xiàng)探討

和軍強(qiáng)*，田云，曹英

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

從揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)排放、碳排放、三廢治理、安全、職業(yè)衛(wèi)生等社會(huì)責(zé)任角度對(duì)汽車涂裝新發(fā)展的高固含工藝和已經(jīng)比較成熟的水性工藝進(jìn)行了對(duì)比分析。

汽車涂裝；水性漆；高固體分；揮發(fā)性有機(jī)化合物；碳排放；三廢處理；安全；職業(yè)衛(wèi)生

Abstract:The newly developed high-solid-content process was compared with the relatively mature water-based process from the viewpoint of social responsibility such as VOC (volatile organic compound) emission, carbon emission, waste treatment, safety and occupational health.

Keywords:automobile painting; water-based paint; high solid content; volatile organic compound; carbon emission; waste treatment; safety; occupational health

First-author’s address:Chery Automobile Co., Ltd., Wuhu 241009, China

隨著環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，近年來水性漆在汽車涂裝中的應(yīng)用比例不斷提高，并發(fā)展出多種緊湊型涂裝工藝，大幅降低了VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)的排放。但是由于在施工窗口上難以突破，水性漆工藝仍具有較大的施工難度和能耗問題，而且它在環(huán)境方面的缺點(diǎn)也逐步被重視，因此傳承了溶劑型涂料良好施工性能的高固含涂料成為了研究重點(diǎn)，且已陸續(xù)應(yīng)用于全球多條汽車流水線。相比水性工藝，高固含工藝在設(shè)備投入和單車成本上有一定的優(yōu)勢(shì)。以下拋開那些看似單純對(duì)企業(yè)有利的因素，從社會(huì)責(zé)任方面對(duì)高固含工藝與水性工藝進(jìn)行比較。

1 單車VOC排放

普通溶劑型涂裝工藝的色漆施工固含量平均在20% ～ 30%之間，加上用量較多，其單車VOC產(chǎn)生量在整個(gè)涂裝工序中占了近一半。隨著固含量升高，色漆用量減少。如圖 1所示，當(dāng)溶劑型金屬漆施工固含量達(dá)到45%左右時(shí)，單車VOC與水性漆基本相當(dāng)。

圖1 不同固體分的溶劑型和水性金屬色漆的VOC排放對(duì)比Figure 1 Comparison between VOC emissions of solvent-based and water-based metallic paints with different solid contents

如果考慮高固含施工中減少機(jī)器人油漆吐出量所帶來的上漆率提升，而水性漆多為外加電且內(nèi)表面更難加電的情況(見圖2)，這一平衡點(diǎn)更低。

圖2 溶劑型漆和水性漆在人工噴涂和機(jī)器人噴涂?jī)蓚€(gè)方面的上漆率差異Figure 2 Difference between solvent-based and water-based paints in transfer efficiency when being sprayed by man and by robot, respectively

表1列出了兩家涂料公司的高固含漆與普通溶劑型漆在同一生產(chǎn)線、同一車型上，按同一外觀標(biāo)準(zhǔn)，采用機(jī)器人噴涂車身外表面的消耗情況。

表1 高固含與普通溶劑型色漆用機(jī)器人噴涂某車型外表面的消耗量比較Table 1 Comparison between the consumptions of high-solid-content and ordinary pigmented paints when being spayed for the exterior surface of a model of car

可見采用高固含涂料相比普通溶劑型涂料，環(huán)境有害物減少了50% ～ 70%，而水性漆正好用水替代了普通溶劑型涂料中60%左右的溶劑(見圖3)，即減少約 60%的環(huán)境有害物。實(shí)際上水性漆施工固含比低固溶劑型漆略高10%左右，但由于加電差異，利用率比溶劑型漆低約10%，此部分差異基本相互抵消。

圖3 普通溶劑型涂料和水性漆在施工狀態(tài)下的成分對(duì)比Figure 3 Comparison between the compositions of ordinary solvent-based and water-based paints being ready for spraying

水性漆在清洗溶劑的VOC含量上具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。目前主流汽車流水線上溶劑型涂料清洗劑的VOC含量接近100%，水性漆清洗劑的VOC含量則低于3%。一般采用手臂內(nèi)換色的溶劑型漆機(jī)器人外表面噴涂系統(tǒng)，色漆機(jī)器人外噴單車要消耗100 mL(不換色清洗，可間隔采用)至1000 mL(換色清洗)的清洗溶劑，平均一臺(tái)車需兩三百毫升的清洗溶劑。當(dāng)然，目前機(jī)器人工序的清洗溶劑都有自動(dòng)回收系統(tǒng)，大部分自動(dòng)清洗溶劑都沒有從汽車工廠排放出去?？傮w而言，在色漆機(jī)器人段(包含該部分的清洗溶劑回收)，高固含涂料與水性涂料的單位施工面積環(huán)境有害物產(chǎn)生量基本相當(dāng)。

普通溶劑型、高固含型和水性這3種涂料都可采用3C2B(三涂二烘)、3C1B(三涂一烘)、免中涂、單涂層工藝。以傳統(tǒng)的3C2B工藝來說，無論是水性漆還是高固含涂料，清漆均為溶劑型涂料，在VOC上沒有差別。而水性中涂的施工固含量已經(jīng)接近50%，溶劑含量低于10%，高固含中涂在此基礎(chǔ)上提升的比例不大，因此水性漆在中涂 VOC排放上有一定優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，管理不善會(huì)造成清洗溶劑用量增多，回收率降低，從而明顯增加高固含工藝的VOC排放。表2對(duì)比了國內(nèi)幾條采用機(jī)器人噴涂外表面，人工噴涂?jī)?nèi)表面的汽車涂裝生產(chǎn)線采用不同生產(chǎn)工藝時(shí)的 VOC排放量。雖然從整體上來說都達(dá)到了2016年11月公布實(shí)施的《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》中VOC的控制指標(biāo)，但是在工序相同時(shí)，相對(duì)于水性漆，高固含涂料的VOC排放略高，如果均采用機(jī)器人靜電噴涂?jī)?nèi)外表面，高固含工藝則可能表現(xiàn)更好。

表2 采用不同涂裝工藝的生產(chǎn)線上VOC排放量的對(duì)比Table 2 Comparison between VOC emissions in production lines based on different coating processes (單位：g/m2)

雖然都含有有機(jī)溶劑，但普通溶劑型涂料主要采用酯類、二甲苯等溶劑，高固含涂料主要采用不溶于水的大分子醇、醚、芳烴類物質(zhì)和微量二甲苯，而水性漆主要采用溶于水的大分子醇、醚類物質(zhì)。就材料本身而言，普通溶劑型漆中的二甲苯等物質(zhì)的致癌性較高。近年水性漆普及性較高的日本發(fā)現(xiàn)水性漆中部分成膜助劑也具有一定的毒害性，擬列入“可能會(huì)導(dǎo)致身體狀態(tài)不佳的化學(xué)物質(zhì)室內(nèi)空氣濃度限制名單”。

2 單車碳排放

高固含涂料和普通溶劑型漆的施工窗口基本相當(dāng)，而水性漆因?yàn)樾枰A(yù)烘干水分(見圖 4)以及具有更嚴(yán)格的施工窗口(見圖 5)，所以動(dòng)能消耗較大，碳排放也就較多。福特公司有案例顯示，在其他條件基本相同的情況下，高固含工藝的二氧化碳排放比傳統(tǒng)水性工藝少34%。

圖4 水性涂料和溶劑型涂料在涂裝過程的不同工序中的濕膜固體分Figure 4 Solid contents of wet films obtained from water-based and solvent-based paints at different stages during the whole coating process

圖5 水性漆和高固含涂料施工窗口的差異Figure 5 Comparison between construction windows of water-based and high-solid-content paints

3 廢氣的后處理

2016年底出臺(tái)的《汽車整車制造建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件審批原則》和《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》均要求或推薦采用溶劑型涂料時(shí)對(duì)廢氣進(jìn)行凈化，這對(duì)采用水性漆的涂裝線較為有利。有部分地區(qū)的政府已經(jīng)將高固含漆和水性漆均定義為含有有機(jī)溶劑的環(huán)保涂料，允許采用比普通溶劑型漆噴涂段凈化率低一些的廢氣凈化措施。只是目前北京、廣州等地區(qū)新建的涂裝車間由于采用“全機(jī)器人車身內(nèi)外噴涂 + 循環(huán)風(fēng)節(jié)能技術(shù)”后水性漆的排放濃度也超標(biāo)，以及為了應(yīng)對(duì)未來更加嚴(yán)格的法規(guī)，現(xiàn)仍多采用全部廢氣凈化處理的措施(如圖6所示)。未來隨著環(huán)保法規(guī)制度的完善，水性漆噴漆廢氣凈化處理的優(yōu)待條件也將逐步消失，取而代之的必將是對(duì)排放指標(biāo)更加嚴(yán)格的考核。

圖6 某新建工廠噴漆廢氣凈化處理設(shè)施的鳥瞰圖Figure 6 Bird’s-eye view of waste gas purification facility for paint spraying in a newly built plant

4 廢水、廢渣、廢溶劑的后處理

水性漆的核心優(yōu)勢(shì)是與水相溶(見圖 7)，這在后處理方面卻形成了一些對(duì)應(yīng)的劣勢(shì)。一方面，前述上漆率的問題可能導(dǎo)致廢物的產(chǎn)生量更大；另一方面，由于過噴漆霧難以從水中分離出來，以及受表面活性劑的影響，噴涂循環(huán)水中的有機(jī)物含量高、泡沫多、氣味大，循環(huán)水和污水難以處理，在監(jiān)管不到位的情況下會(huì)進(jìn)入飲用水，造成很大的公害。隨著干式噴漆漆霧分離技術(shù)的不斷成熟，水性漆的后處理難題有望得到解決。

圖7 溶劑型色漆和水性色漆與水的相容性對(duì)比Figure 7 Comparison between compatibility of solvent-basedand water-based pigmented paints with water

同理，水性清洗溶劑中的溶劑也難以分離，目前需花費(fèi)較多的危廢處理費(fèi)來專門處理，而從溶劑型涂料的清洗溶劑中較易提煉出可以二次利用的產(chǎn)品，因此在部分地區(qū)可將其作為商品賣給有處理資質(zhì)的單位。建議國家法規(guī)支持這一做法，以促進(jìn)溶劑的回收。

5 安全問題

盡管本身不易燃燒的特性使水性漆的燃爆安全性高于高固含涂料，但其并未受到國家相關(guān)生產(chǎn)安全法規(guī)的優(yōu)待。這是考慮到其仍有溶劑揮發(fā)，且部分水性漆的溶劑含量較高，國內(nèi)也發(fā)生過水性漆噴漆室著火的事故。另外，附著在設(shè)備上的水性漆漆渣在較為干燥的情況下也易燃燒，采用循環(huán)風(fēng)技術(shù)之后，水性噴漆室的VOC濃度增大。

其實(shí)，水性漆揮發(fā)物的燃點(diǎn)較高，且與空氣中的水分相溶，理論上閃爆的風(fēng)險(xiǎn)較小。FM(第三方全球產(chǎn)品認(rèn)證機(jī)構(gòu))、CE(歐盟強(qiáng)制產(chǎn)品認(rèn)證)、ATEX(歐盟關(guān)于“潛在爆炸環(huán)境用的設(shè)備及保護(hù)系統(tǒng)”的指令)等規(guī)定靜電槍防爆最小能量為：溶劑型涂料≤0.24 mJ，水性涂料≤0.36 mJ。這也說明在全新風(fēng)作業(yè)時(shí)，水性漆的燃爆安全性要高于溶劑型涂料。目前國內(nèi)對(duì)水性漆和溶劑型漆的施工安全消防的要求一樣，如GB 12367–2006《涂裝作業(yè)安全規(guī)程 靜電噴漆工藝安全》、GB 14773–2007《涂裝作業(yè)安全規(guī)程靜電噴槍及其輔助裝置安全技術(shù)條件》規(guī)定：在涂裝作業(yè)區(qū)內(nèi)，靜電噴槍無論是在運(yùn)行或不運(yùn)行狀態(tài)，其放電時(shí)產(chǎn)生的點(diǎn)火能量均應(yīng)為安全點(diǎn)火能量，靜電噴漆槍應(yīng)小于0.24 mJ。國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局即將發(fā)布的《涂裝工程安全設(shè)計(jì)規(guī)范》等文件也未對(duì)水性漆和溶劑型涂料的消防安全設(shè)計(jì)區(qū)別對(duì)待。這方面還要有關(guān)部門進(jìn)一步驗(yàn)證、鑒定，推動(dòng)法規(guī)合理完善。

6 職業(yè)衛(wèi)生

以往經(jīng)常認(rèn)為溶劑型涂料需要加強(qiáng)人員的防護(hù)工作，而水性漆因?yàn)閾]發(fā)物味道較小，所以在防護(hù)上容易被忽視。最近幾年，因?yàn)檎J(rèn)識(shí)到水性漆較強(qiáng)的滲透性以及漆霧顆粒的危害性，行業(yè)開始關(guān)注水性漆的防護(hù)，目前水性和高固含涂料防護(hù)方面的法規(guī)相當(dāng)。德國工商業(yè)聯(lián)合會(huì)頒布的BGR 231《噴漆工作的勞動(dòng)保護(hù)措施要求》[1]根據(jù)油漆施工環(huán)境對(duì)人員防護(hù)有相應(yīng)的要求(如圖8所示)。

7 制備和施工設(shè)備投入的環(huán)保性

因?yàn)樗云岬母g、蒸發(fā)潛熱等特性與溶劑型漆區(qū)別很大，所以對(duì)鋁粉包裹，制備工藝和設(shè)備(見圖9)，涂料運(yùn)輸，施工工藝和設(shè)備(見圖10)的要求更高，這方面的投入對(duì)環(huán)保性來說是十分不利的。

8 結(jié)語

圖8 BGR 231附件2──噴漆過程中技術(shù)通風(fēng)和呼吸保護(hù)罩的選擇流程圖Figure 8 Annex 2 of BGR 231—Flowchart for selecting technical ventilation and respiratory protective devices when paint spraying

圖9 某公司對(duì)水性漆供應(yīng)商制造差異的重點(diǎn)質(zhì)量審核項(xiàng)Figure 9 Main items of quality audit stipulated by a company for the differences in water-based paint manufacturing of a supplier

圖10 某公司涂料施工過程中水性漆設(shè)備的額外注意事項(xiàng)Figure 10 Items that need extra attention stipulated by a company for the devices in construction of water-based paint

以往水性漆與傳統(tǒng)溶劑型漆相比有兩大優(yōu)點(diǎn)──VOC大幅降低和燃燒安全性，但隨著高固技術(shù)和循環(huán)風(fēng)技術(shù)的成熟應(yīng)用，這兩大優(yōu)勢(shì)在一定程度上被削弱。目前還有幾項(xiàng)水性漆的缺點(diǎn)沒有很好地被解決，如需要預(yù)烘烤，油漆從生產(chǎn)到施工要求高，腐蝕金屬導(dǎo)致設(shè)備投資增加，導(dǎo)電導(dǎo)致噴涂設(shè)備復(fù)雜及上漆率低。但因?yàn)樗云岬氖褂昧看蟠蟾哂诟吖毯苛?，所以在單車成本上相比高固的劣?shì)在逐步減小。隨著水性技術(shù)和涂裝設(shè)備的不斷發(fā)展，部分不利因素在一定程度上得到改善，如循環(huán)風(fēng)同時(shí)對(duì)噴漆室溫控有利，智能電動(dòng)泵減輕了輸漆系統(tǒng)的負(fù)荷和剪切，配方的優(yōu)化減輕了表面張力問題，等等。

總之，水性工藝與高固含工藝在節(jié)能環(huán)保更多緯度的比較上，各有優(yōu)劣。汽車水性涂料經(jīng)過全球30多年的政策力推和發(fā)展，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。高固含工藝被成熟應(yīng)用在汽車流水線上尚不足10年，部分產(chǎn)品距離新的高固標(biāo)準(zhǔn)還有一些差異，目前正在持續(xù)優(yōu)化，且在開發(fā)各類適應(yīng)用戶需求的高固含工藝。另外，在溶劑型涂料的清洗方面，也開發(fā)出了一些豁免溶劑或非VOC溶劑。高固含溶劑型涂料工藝技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了汽車水性漆也向高固化方向研發(fā)。高固含涂料與水性漆相輔相成，根據(jù)不同需求偕同前進(jìn)，通過競(jìng)爭(zhēng)才能促使社會(huì)發(fā)展，提升環(huán)保水平。

[1]Berufsgenossenschaften.Schutzma?nahmenkonzept für Spritzlackierarbeiten—Lackaerosole: BGR 231 [S/OL].[S.l.]: Carl Heymanns Verlag, 2006 (2009–10–28)[2017–05–11]http://publikationen.dguv.de/dguv/pdf/10002/bgr231.pdf.

[ 編輯：溫靖邦 ]

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Discussion on some social responsibility issues of high-solid-content and water-based coating processes in automobile manufacturing

HE Jun-qiang*, TIAN Yun, CAO Ying

TQ639; X788

B

1004 – 227X (2017) 18 – 0981 – 07

2017–05–11

2017–07–24

和軍強(qiáng)（1979–），男，陜西人，本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，全國涂裝信息中心汽車涂裝技術(shù)委員會(huì)委員，中國涂裝產(chǎn)業(yè)專家?guī)旄呒?jí)專家，中國表面工程協(xié)會(huì)行業(yè)專家，江蘇省環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)評(píng)審專家，SURCAR國際涂裝研討會(huì)組委會(huì)成員。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) hejunqiang@mychery.com。

10.19289/j.1004-227x.2017.18.006