李黎明 曹霽鶇 李干濤

【摘 要】隨著環(huán)保意識(shí)的日益提升，國(guó)家和地方陸續(xù)對(duì)VOCs排放提出更加嚴(yán)苛的要求，以此引導(dǎo)企業(yè)優(yōu)化工藝、減少VOCs排放。本文立足于汽車(chē)涂裝車(chē)間，針對(duì)目前國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用的3大涂裝工藝：溶劑型傳統(tǒng)工藝、水性傳統(tǒng)工藝以及緊湊型工藝，在減少工藝改造和投資成本的前提下，提出降低VOCs的產(chǎn)品升級(jí)方案。

【關(guān)鍵詞】汽車(chē)環(huán)保;涂裝工藝;實(shí)踐

1 汽車(chē)涂料VOC排放所面臨法律法規(guī)的挑戰(zhàn)

中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展起步于1998年。至2019年，中國(guó)汽車(chē)年產(chǎn)量已達(dá)2570萬(wàn)輛，巨全球第一。汽車(chē)行業(yè)作為現(xiàn)代化社會(huì)的標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)，其快速發(fā)展過(guò)程中伴隨的環(huán)境污染尤其是大氣污染受到社會(huì)各階層的廣泛關(guān)注。近幾年，國(guó)家和地方對(duì)涂裝車(chē)間大氣污染排放提出更為嚴(yán)格的要求，不僅規(guī)定了單位涂裝面積污染物排放限值，同時(shí)也對(duì)涂料VOCs含量提出了新的要求。

2 傳統(tǒng)溶劑型工藝降低VOCs方案

傳統(tǒng)溶劑型工藝在產(chǎn)品性能、材料成本、管理成本、設(shè)備投資和能源成本等方面都極具競(jìng)爭(zhēng)力，2003年之前所建工廠基本采用此工藝。

若將傳統(tǒng)溶劑型工藝向水性工藝升級(jí)，改造成本和難度較大。設(shè)備改造方面：（1）水性涂料潛熱大、揮發(fā)慢，為使水性金屬漆漆膜濕度<10%（噴涂清漆前的要求），必須新增兩個(gè)閃干段來(lái)保證中涂和色漆層充分脫水，需優(yōu)先考慮是否有足夠空間安裝閃干段;（2）水性涂料施工窗口窄，為獲得優(yōu)質(zhì)的漆膜，需嚴(yán)格控制噴涂環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度，并長(zhǎng)期保持在最佳范圍內(nèi)——溫度（25±2）℃，相對(duì)濕度（65±5）%。因此必須新增控溫控濕設(shè)備;（3）水性漆的貯漆容器、輸漆管路、相關(guān)部件須采用不銹鋼材質(zhì)，并需化學(xué)鈍化處理，工藝更改需重新采購(gòu)、更換;（4）溶劑型金屬漆與水性金屬漆導(dǎo)電性存在較大差異，現(xiàn)有靜電噴涂設(shè)備無(wú)法滿(mǎn)足水性金屬漆靜電涂裝需求，設(shè)備須相應(yīng)改造。制造成本方面：水性涂料的閃干/烘烤段將大幅增加能耗。綜上所述，傳統(tǒng)溶劑工藝若向傳統(tǒng)水性工藝改造，材料成本、設(shè)備投資以及能耗等方面挑戰(zhàn)較大，且能耗增加問(wèn)題尤為突出。如將傳統(tǒng)溶劑型工藝改造為3C1B工藝，也需考慮原生產(chǎn)線是否有PVC烘干、中涂和面漆噴涂工藝位置可否直接相連等問(wèn)題。上述兩種改造方案均存在一定的設(shè)備投入及對(duì)生產(chǎn)的潛在影響。相對(duì)而言，傳統(tǒng)溶劑型工藝向高固體分溶劑型涂料（以下簡(jiǎn)稱(chēng)高固）轉(zhuǎn)型更易實(shí)現(xiàn)。高固在施工要求上與傳統(tǒng)中低固溶劑型涂裝工藝一致，基本無(wú)需改造。但高固提高10%～25%的固體分，可從源頭上有效減少VOCs排放，最高可降低60%左右。

溶劑型（中低固）產(chǎn)品在向高固轉(zhuǎn)型時(shí)，需要關(guān)注的幾點(diǎn)：

（1）提升環(huán)境穩(wěn)定性

高固產(chǎn)品因樹(shù)脂含量高，對(duì)溫度變化更敏感。因此產(chǎn)品轉(zhuǎn)換前建議先評(píng)估車(chē)間的溫控條件，盡可能降低不同季節(jié)下車(chē)間溫度和相對(duì)濕度波動(dòng)。如投資受限，車(chē)間溫、濕度控制提升大，施工時(shí)需密切關(guān)注并調(diào)整涂料施工黏度，以降低漆膜缺陷產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）調(diào)整機(jī)器人噴涂參數(shù)

高固的霧化難度加大，即使霧化口噴出的漆滴大小一致，也沒(méi)有傳統(tǒng)涂料細(xì)膩。為了達(dá)到相同的顏色效果，高固涂料需提升旋杯轉(zhuǎn)速，同時(shí)高固采用更多極性分子的溶劑以提高溶解分散能力，因此高固電阻率更低，靜電報(bào)警閥值需相應(yīng)下調(diào)。最后，高固涂料固含高，為了達(dá)到與傳統(tǒng)涂料相同的涂層膜厚，可依據(jù)固含比例下調(diào)噴涂流量，亦可降低涂料耗量。

高固色漆在前期調(diào)試期間，在PVC膠條配套性上出現(xiàn)的問(wèn)題：

（1）細(xì)密封膠條邊緣區(qū)域出現(xiàn)麻點(diǎn)。

該整車(chē)廠內(nèi)表面采用手工噴涂，出現(xiàn)麻點(diǎn)區(qū)域，處于夾縫邊緣，加上鉸鏈遮擋，無(wú)法達(dá)到正常噴涂膜厚的要求，只有5μm左右。分析原因：色漆漆膜較薄的情況下，由于表面潤(rùn)濕不良，在烘烤后表現(xiàn)為麻點(diǎn)。因此在涂料中增加表面張力助劑，并提升問(wèn)題區(qū)域的噴涂膜厚，問(wèn)題得到解決。

（2）密封膠條油漆開(kāi)裂

開(kāi)裂部位集中于尾燈區(qū)域的密封膠上，僅油漆開(kāi)裂，膠條自身完整，對(duì)密封性能無(wú)影響。原因分析：在烘烤過(guò)程中，濕膜與密封膠的熱脹冷縮系數(shù)差異較大，加上漆膜中溶劑揮發(fā)速度較快，收縮速度快，造成開(kāi)裂。通過(guò)調(diào)整產(chǎn)品溶劑體系，降低揮發(fā)速率，同時(shí)優(yōu)化烘房升溫段的升溫速度，問(wèn)題得以成功解決。

傳統(tǒng)溶劑工藝將低固涂料直接向高固涂料轉(zhuǎn)換，無(wú)需進(jìn)行設(shè)備改造，在桔皮等級(jí)相同條件下，VOC排放可下降30%。因此傳統(tǒng)溶劑型工藝想要降低VOC，如不考慮油改水的升級(jí)要求，直接向高固產(chǎn)品切換是最省時(shí)省力的改造方案之一。

3 傳統(tǒng)水性涂料降低VOC

2006年國(guó)家環(huán)?？偩诸C布的《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē)制造業(yè)（涂裝）》大大推動(dòng)了水性漆的應(yīng)用進(jìn)程。在緊湊型工藝普及前，新建涂裝線基本采用傳統(tǒng)水性工藝。傳統(tǒng)水性工藝最大的挑戰(zhàn)來(lái)自于能耗。若能向緊湊型工藝轉(zhuǎn)型，材料、能耗降低效果均較為顯著。但受PVC烘烤需求以及工藝布局所限，改造難度大，在資金投入大的同時(shí)，還要考慮停產(chǎn)改造對(duì)生產(chǎn)的影響。目前有一種新型技術(shù)，以PPG的XP Basecoat為代表，可在電泳和打膠工藝后直接進(jìn)行色漆噴涂及后續(xù)工藝，取消中涂噴涂，中涂烘烤以及中涂打磨工段。新工藝無(wú)需設(shè)備改造，直接達(dá)到緊湊型工藝的效果，可幫助降低施工成本30%左右。

中涂在傳統(tǒng)工藝體系中發(fā)揮著填充、抗石擊、吸收紫外線等重要功能。如取消中涂層，紫外線照射會(huì)導(dǎo)致電泳層粉化，因此尋找合適的紫外光吸收劑對(duì)新材料開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。新技術(shù)在色漆配方中部分引入中涂（B1）的配方設(shè)計(jì)，降低紫外線透射率，以確保涂層達(dá)到相關(guān)性能要求。

目前該技術(shù)已成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的主要是黑和白（包括素色白和珍珠白）兩色，其他顏色，如紅、銀、藍(lán)等暫無(wú)商業(yè)化案例。在近幾年，黑白兩色幾乎占到市場(chǎng)50%以上色漆份額。傳統(tǒng)水性工藝向該工藝轉(zhuǎn)化時(shí)，可安排黑白兩色集中生產(chǎn)，選擇性關(guān)閉中涂噴涂，烘烤，以及打磨工藝。該技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)水性工藝會(huì)略敏感，調(diào)試過(guò)程中車(chē)身內(nèi)表面易出現(xiàn)針孔缺陷，但通過(guò)噴涂參數(shù)優(yōu)化以及油漆助劑調(diào)整可得到有效解決。

4 水性緊湊型工藝

水性緊湊型工藝其產(chǎn)品VOCs含量與傳統(tǒng)水性工藝屬于同一水平，基本保持在300～520g/L范圍內(nèi)，但其在節(jié)能降耗方面存在顯著優(yōu)勢(shì)，已成為新建項(xiàng)目的首選，水性緊湊型工藝的最大難點(diǎn)在于工藝緊湊（涂層濕碰濕），閃干脫水率速率慢，烘烤過(guò)程涂層易出現(xiàn)針孔，因此，須從材料和工藝這兩方面同時(shí)著手優(yōu)化以徹底解決該問(wèn)題：（1）油漆材料部分：添加溶劑，控制涂料黏度以提升漆膜表干效果;（2）工藝部分：提升霧化效果，控制膜厚處于要求中位值，同時(shí)加大噴幅以使膜厚均勻。

5結(jié)語(yǔ)

降低涂料VOCs含量通常是向水性或高固兩個(gè)技術(shù)路線發(fā)展。無(wú)論溶劑型涂料還是水性涂料向高固技術(shù)上發(fā)展均是最快捷的方法，高固技術(shù)可以在原設(shè)備上直接投放使用，無(wú)需大的設(shè)備改造和投資，施工參數(shù)調(diào)整后即可達(dá)到同等的質(zhì)量和外觀水平。減少成本投資和節(jié)能減排是涂裝行業(yè)永恒的課題，相信未來(lái)將會(huì)有越來(lái)越多新技術(shù)陸續(xù)出臺(tái)。

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（作者單位：上汽通用汽車(chē)有限公司武漢分公司）