盛宏志

（奇瑞捷豹路虎汽車公司，江蘇 常熟 215513）

前言

汽車高固含技術(shù)并不是一個(gè)新名詞，但真正具有穩(wěn)定的施工高固含技術(shù)問(wèn)世尚不足十年。經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，新的高固含技術(shù)在VOC排放上接近水性漆的水平，在碳排放和施工要求上又具備原來(lái)普通溶劑型涂料的優(yōu)勢(shì)，是節(jié)能環(huán)保涂料技術(shù)方面的新選擇。為了適應(yīng)部分原有生產(chǎn)線的環(huán)保改造需求，我們?cè)诟Ｌ?C1B高固含技術(shù)的基礎(chǔ)上，陸續(xù)開發(fā)應(yīng)用了一些新的高固含工藝技術(shù)，如3C2B色漆清漆高固含、3C2B色漆高固含等，并在研討配套2K清漆和免中涂的高固含技術(shù)。本文重點(diǎn)從汽車高固含技術(shù)和水性漆的比較、汽車高固含工藝技術(shù)的最新發(fā)展、國(guó)家政策對(duì)高固含技術(shù)態(tài)度的變化等方面進(jìn)行闡述，使得行業(yè)能夠?qū)ζ嚫吖毯夹g(shù)的進(jìn)一步研討推廣。

1　汽車高固含技術(shù)和水性漆的比較

1.1　VOC排放量的比較

3C2B中低固含溶劑型涂料中色漆施工固含平均在20%-30%之間，其單車VOC產(chǎn)生量占整個(gè)涂裝工序近一半。

表1　某傳統(tǒng)溶劑型3C2B汽車涂裝生產(chǎn)線VOC分布情況

色漆涂料隨著固含升高、用量減少，按施工固含反算，當(dāng)施工固含在50%左右的時(shí)候，單車VOC和水性漆基本相當(dāng)。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)高固含施工中油漆吐出量減少會(huì)使得上漆率提升 10%左右、水性漆由于加電困難油漆利用率會(huì)降低 10%左右。

下表是兩家國(guó)際品牌涂料公司在我公司高固含色漆機(jī)器人實(shí)際噴涂的結(jié)果：

表2　高固含和中低固溶劑色漆機(jī)器人外表面單車噴涂比較

從上表可以看出，采用高固色漆，相比普通溶劑涂料浪費(fèi)（即環(huán)境有害物）減少了50-70%，而水性漆，大約也是將普通溶劑涂料中60%左右的溶劑用水替代（圖1），即同樣內(nèi)加電的情況下減少約60%的環(huán)境有害物。

圖1　普通溶劑涂料和水性漆施工狀態(tài)成分對(duì)比

除了色漆涂料，中涂、清洗溶劑等對(duì)高固含和水性漆生產(chǎn)線VOC排放的比較結(jié)果也有影響。下表是國(guó)內(nèi)幾條外表面采用機(jī)器人，內(nèi)表面采用人工噴涂的汽車涂裝生產(chǎn)線VOC對(duì)比。

表3　不同工藝的生產(chǎn)線VOC排放量對(duì)比數(shù)據(jù)

整體來(lái)說(shuō)，在采用同樣工序和機(jī)器人外噴、人工內(nèi)噴的情況下，高固含相對(duì)水性漆VOC排放略高，如果內(nèi)外噴均采用機(jī)器人靜電噴涂，高固則可能具有VOC排放的優(yōu)勢(shì)。

1.2　單車碳排放

高固含和普通溶劑漆施工窗口基本相當(dāng)，而水性漆因?yàn)樗诸A(yù)烘干需求（圖2）和較為嚴(yán)格的施工窗口（圖3），動(dòng)能消耗較大，相應(yīng)地碳排放也較多，福特公司有案例顯示其它條件基本相同的情況下，高固含工藝比同工序水性工藝二氧化碳排放可以減少34%。

圖2　水性漆必須借助預(yù)烘干才能達(dá)到濕膜固體分要求

圖3　水性漆和高固含的施工窗差異

1.3　廢水廢渣廢溶劑后處理的影響

水性漆的核心優(yōu)勢(shì)是與水相融，這同時(shí)在后處理方面，也形成了一些對(duì)應(yīng)的劣勢(shì)（圖4）。一方面前述上漆率的差異導(dǎo)致水性漆廢物同比產(chǎn)生量更大，另一方面因?yàn)檫^(guò)噴漆霧難以從水中分離出來(lái)，以及表面活性劑的影響，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)形成很大的公害。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。

同理，水性清洗溶劑其中的溶劑也難以分離，目前均需花費(fèi)較高的危費(fèi)處理費(fèi)用，而溶解涂料的清洗溶劑較為容易提煉出可以二次利用的產(chǎn)品，因此在部分地區(qū)溶劑型涂料的清洗溶劑可以作為商品賣給有處理資質(zhì)的單位，建議法規(guī)支持清洗溶劑的回收利用。

圖4　因?yàn)闃渲町惡捅砻婊钚詣┑纫蛩?，水性漆完全分散溶解在水?/p>

2　幾種高固含工藝的比較

2.1　環(huán)保法規(guī)對(duì)應(yīng)情況

3C2B工藝中，僅僅色漆采用高固含，加上普通溶劑漆中涂原漆固含60%和清漆原漆固含50%左右的行業(yè)普遍情況，多數(shù)涂裝線就可以達(dá)到2016年11月1日頒布實(shí)施《 涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》VOC部分三級(jí)指標(biāo)（表4）。

表4　《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》VOC部分

在此基礎(chǔ)上若尋求更好地控制VOC排放、提升經(jīng)濟(jì)性或外觀性能，除了研究提升有效物料利用率、減少無(wú)效物料的使用外，可以根據(jù)情況選擇方案采用清漆切換高固、緊湊高固、配套2K的高固、免中涂高固等技術(shù)，根據(jù)中國(guó)涂料工業(yè)協(xié)會(huì)涂料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)牽頭制定的《汽車用高固含體分溶劑型涂料》T/CNCIA 01001－2016（表5），參考表3數(shù)據(jù)，可以對(duì)應(yīng)達(dá)到表4中VOC部分二級(jí)或一級(jí)指標(biāo)。

表5　《汽車用高固含體分溶劑型涂料》施工固含部分

2.2　改造和運(yùn)行成本

原有乘用車溶劑型涂裝生產(chǎn)線，多采用3C2B方式，有的受原有工藝和布局的限制難以改造為3C1B工藝，如沒(méi)有PVC烘干、中涂和面漆的位置難以相連等等，這需要根據(jù)生產(chǎn)線的情況具體分析?？傮w而言，不改變?cè)?C2B布局的改造成本和風(fēng)險(xiǎn)最低，改造為3C1B的難度要根據(jù)具體情況，但投資肯定更高，而清漆系統(tǒng)改造為2K清漆，也是一筆不小的投資。

在運(yùn)行成本上，3C2B溶劑漆的中涂具有較大價(jià)格優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段3C2B色漆高固含還是最為經(jīng)濟(jì)的方案。隨著3C1B高固含工藝的不斷普及、高固含清漆和2K清漆的大量應(yīng)用，加上緊湊工藝在效和能耗上的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)3C1B高固含和3C1B高固含+2K清漆的運(yùn)行成本有可能達(dá)到甚至低于3C2B高固含工藝 。

現(xiàn)階段由 3C2B傳統(tǒng)溶劑涂裝工藝改造為各類高固含工藝的比較如表6：

表6　五種高固含涂裝工藝改造比較（在3C2B溶劑涂裝工藝基礎(chǔ)上）

當(dāng)然，如果考慮改造水性漆，目前行業(yè)已經(jīng)有多個(gè)實(shí)際案例，這樣的改造投資往往上億、需要兩三個(gè)月停產(chǎn)改造和一段時(shí)期的爬坡、運(yùn)行成本也會(huì)明顯提升，其改造和運(yùn)行代價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高固含方案。

2.3　外觀性能比較

隨著這幾年的研究開發(fā)，我們也逐步積累了一些各類高固工藝的外觀數(shù)據(jù)（參見(jiàn)表7），這些數(shù)據(jù)和我們構(gòu)想的方向基本相同，即3C2B高固含工藝外觀較好，在緊湊的3C1B高固含中最好配套2K清漆。

因?yàn)樘嵘庥^的需要，尤其高性價(jià)比的萬(wàn)華國(guó)產(chǎn)異氰酸酯2K清漆固化劑的成熟，最近幾年2K清漆的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)迅速普及。當(dāng)然，一些高固體系色漆和2K清漆的配套性研究，也會(huì)是一個(gè)長(zhǎng)期的新難題。

圖5　立邦高固含汽車漆技術(shù)的原理

圖6　普通清漆、2K清漆、高固清漆外觀性能差異示意

外觀和性能的差異，除了配套性和涂層厚度等，主要差異取決于清漆。各家同類清漆產(chǎn)品的開發(fā)機(jī)理不盡相同，如立邦高固含采用低分子量丙烯樹脂+ 低粘度聚酯樹脂+高NV氨基樹脂（見(jiàn)圖5），PPG高固含采用聚酯+丙烯酸體系，艾仕德高固含采用硅氧烷+丙烯酸體系，但總體來(lái)說(shuō)，高固含清漆相比普通單組分清漆，VOC上有一定優(yōu)勢(shì)，施工性能相當(dāng)或略好，在外觀和性能上有所提升；2K清漆和高固含清漆 VOC基本相當(dāng)，在車輛使用中更關(guān)注的目視外觀、耐磨性、耐溶劑等方面表現(xiàn)更好，參考部分油漆材料供應(yīng)商和主機(jī)廠的資料繪制的三種產(chǎn)品大致差異示意見(jiàn)圖6。

3　高固含調(diào)試的要點(diǎn)

汽車高固含作為一個(gè)新技術(shù)，尤其在替代原有普通溶劑漆時(shí)，需要注意一些技術(shù)方面的差異。

高固含表干性能與中低固體分油漆不同，低固體分色漆在濕碰濕工藝時(shí)，需要表干，而高體分油漆不會(huì)表干。為了增加對(duì)流掛的控制，油漆必選表現(xiàn)為在剪切力作用下的假塑性，在高剪切力下粘度降低，以及剪切力屈服點(diǎn)，即在某一剪切力之下表現(xiàn)為高的剪切力，為了能使油漆具備剪切變稀以及剪切壓力的屈服點(diǎn)，高分子微膠的加入使得高固體分色漆具備了這樣的性能。這種表現(xiàn)有一點(diǎn)類似水性涂料，因此水性涂料的一些缺點(diǎn)在高固涂料上也會(huì)有不同程度的反映，如容易因表面張力問(wèn)題導(dǎo)致縮孔。另外，高固含改造多直接配套原有材料，高固含清漆跟原有中涂接觸可能產(chǎn)生抽縮等不良反應(yīng)，跟原有PVC膠條接觸可能產(chǎn)生油漆開裂或發(fā)粘的情況。

因此，采用高固含涂料，需要按照施工要求核查設(shè)備是否需要改造，在實(shí)驗(yàn)室和調(diào)試中要研究驗(yàn)證配套關(guān)系。高檔的溶劑型汽車涂裝線施工條件較好，基本可以滿足高固含涂料施工的要求（參見(jiàn)表8），只不過(guò)原有溶劑型涂料經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐在實(shí)際應(yīng)用中可能要求十分寬泛，比如溫濕度、壓縮空氣含油量大幅突破產(chǎn)品技術(shù)要求也能施工，高固含涂料目前還達(dá)不到。在原有的PVC膠配套上，要注意塑化劑等遷移材料的控制，和阻隔遷移材料的適當(dāng)添加。

4　總結(jié)

在高固含工藝成功實(shí)踐應(yīng)用的基數(shù)上，經(jīng)過(guò)努力推動(dòng)，高固含在汽車涂裝法規(guī)上逐漸被認(rèn)可，新頒布的《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》已經(jīng)體現(xiàn)了對(duì)汽車高固含涂裝工藝技術(shù)的支撐。2016年12月26日環(huán)境保護(hù)部辦公廳印發(fā)執(zhí)行的《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》提出：大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)新建、擴(kuò)建汽車項(xiàng)目，改建項(xiàng)目水性、高固含份、粉末、紫外光固化涂料等低揮發(fā)性有機(jī)物含量涂料的使用比例達(dá)到 50%以上。這是建設(shè)項(xiàng)目環(huán)評(píng)法規(guī)中首次明確支持在改擴(kuò)建中采用高固含含工藝。在更加嚴(yán)格的發(fā)達(dá)地區(qū)地方政策方面，也有對(duì)汽車涂裝高固含工藝十分支持的，如《浙江省揮發(fā)性有機(jī)物深化治理與減排工作方案（2017-2020）》（征求意見(jiàn)稿），將高固含定義為和水性漆一樣“含有VOC的非溶劑型涂料”，作為汽車制造業(yè)首要推薦的環(huán)保涂料升級(jí)方案。隨著法規(guī)的支持和技術(shù)的完善，汽車高固含涂裝技術(shù)必將和水性漆技術(shù)相互競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)，共同承擔(dān)起汽車涂裝行業(yè)節(jié)能減排的重任。