谈绿色涂装促进汽车涂料涂装绿化创新转型升级

王锡春

摘要:文章在阐述绿色涂装理念和汽车涂装清洁生产法规现状的基础上,推荐了在十三·五期间应创新开发采用绿色汽车涂料的品种,探讨做强我国汽车涂料·涂装行业的途径。谈绿色涂装促进汽车涂料·涂装绿化创新,转型升级。

我国改革开放30年,以经济建设为核心建成工业大国,成为全球第二大经济体,成为世界第一的汽车和涂料产销大国(2014年我国汽车产销量双超2300万辆,连续6年全球第一,汽车保有量达2亿多辆,汽车涂料耗用量超过100万吨),可是都大而不强。 

我国汽车涂料·涂装不强主要表现在三个方面: 

核心技术(产品)不掌握在手中,产品和企业的竞争能力弱,而同样靠引进技术、资金发展起来的兄弟行业(如高铁、电信、家电和核能等)通过消化吸收引进技术,再创新,不仅掌握了核心技术,结合国情再创新,占领了国内市场,还走出国门,成为发达国家同行的竞争对手; 

汽车涂装的能耗和污染物(VOC、CO2、废水和废弃物等)排放量远高于国际当前平均水平。多数汽车车身涂装线的涂装公害严重,能耗和水耗大,资源利用率低,VOC排放量在100g/m2以上,每台车身的涂装能耗和CO2排放量、耗水和废水排放量是国际水平的2~3倍,甚至更多。如果再不治理,再不升级、再不采用绿色汽车涂料和涂装工艺技术,则会严重影响人类的生存环境和国民经济的持续发展。 

车用涂料市场85%左右被洋品牌占有,部分高端涂料还靠进口。 

本文就执行涂装清洁生产法规促进汽车涂料·涂装绿化创新,加速转型升级,做强汽车涂料·涂装行业作一些论述,供同行和读者参考。 

增强清洁生产观念,确立“绿色涂装”理念 

 2003年我国就颁布了《清洁生产促进法》,可是清洁生产的观念不强,10年来GDP上去了,工业发达地区的雾霾天数增多了,京津地区2014年未达到国家标准的天数已达全年天数的57%。为了碧水蓝天,节能减排,可持续性发展等时代和社会要求,必须加强宣讲,增强清洁生产观念和确立“绿色涂装”理念。现将清洁生产和“绿色涂装”的含义介绍如下。 

清洁生产的定义 

环境规划署(UNEP1996):“清洁生产是一种创新思想,该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中,以提高生产效率,并减少对人类及环境的风险。 

对于生产过程而言,要求节约原材料和能源,淘汰有毒材料,削减所有废弃物的数量和毒性。” 

我国清洁生产促进法(2003):“清洁生产是指不断采取改进设计,使用清洁的能源和原料,采用先进的工艺技术与设备,改善管理,综合利用的措施,从源头削减污染,提高资源利用效率,减少或避免生产、服务和产品使用过程中的污染物的产生和排放,以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。” 

绿色涂装理念 

“绿色涂装”理念就是涂装公害少(VOC、CO2、颗粒物、污水及废弃物等排放少),能源和资源利用率高,且优质高产低成本,符合清洁生产标准。为此必须对原涂装工艺流程的每道工序、每台涂装设备进一步考察,检验和优化,杜绝涂装工艺过程中浪费,消除无效的作业和超值功能,使能源和材料尽可能得到最佳利用。也就是说用同样数量的原材料和能源,能加工出更多更优质的产品,创造出更高的产值,且排污更少,来增强产品和企业的竞争力。 

在新建或改造涂装线时应根据国家的法规和原有的节能环保水平,个性化地制定规划,依靠技术进步实现涂装清洁生产标准。

绿色涂装车间的具体生态和经济目标:可归纳为以下10个更少、2个高效、1个更低。 

10个更少 

·更少的能耗,电、燃气等能源输入更少。 

·更少的CO2排放量。它随能耗的减少而减少。 

·更少的材料消耗(涂料、化学物质及辅助材料等的消耗)。 

·更少的有机溶剂耗用量。 

·更少的VOC、臭气味排放量。 

·更少的耗水量。 

·更少的废水排放量。 

·更少的废弃物。 

·更少的颗粒物排放和噪音。 

·更少地使用(或禁用)重金属等有害物质。 

汽车制造业追求顶级的质量和成本(要求不断地降低单车成本)势必要求涂装绿化同时实现2个更高和1个更低。 

2个更高 

更高的涂装质量和更高的产能(生产能力)。 

1个更低 

成本更低(投资性价比更高,运行成本更低)。 

向绿色涂装转型升级,实现上述目标的核心是提高效率,应始终追求高效率,绿色涂装车间在所有领域都讲求高效率,创建以下6个方面的高效涂装工艺体系是当今汽车涂装发展的主流趋势。 

6个高效涂装工艺体系 

·工艺效率(Process efficiency),向简化工艺,合并工序等高效紧凑型工艺的方向发展。 

·能源利用率(Energy efficiency)。 

·材料利用率(Material efficiency)。 

·排放效率(果)(Emission efficiency),尽量减少VOC、CO2、污水等的排放量。 

·空间利用率(Space efficiency)。几乎在涂装车间的所有领域都坚持节省空间(或充分利用空间)的理念。尤其喷漆室和烘干室的空间,低成本效益真实可见。 

·经济(成本)效益(Cost efficiency)。提高投资效益,降低运行成本。  

国内汽车涂装清洁生产法规现状 

国家环保总局于2006年8月15日发布HJ/T293—2006《清洁环保生产标准-汽车制造业(涂装)》,2006年12月1日开始实施,标准的指标要求摘录于表1中。 

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近年来,国内部分地区发布或正在制定汽车涂装VOC排放标准,摘录归纳于表2中。

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个人认为国家和地方标准都存在VOC排放指标过多(按涂层多少和车型分级不科学),指标不全,标准的可操作性差。 

近年来我国宏观经济发展进入“新常态”阶段,国家已将涂料涂装行业纳入雾霾产生源之一,要颁布强制性的涂装清洁生产标准,正在酝酿涂料的VOC含量和涂装VOC排放超标收税,国家发改委、环境保护部、工业和信息化部已经委托中国表面工程协会涂装分会起草编制《涂装行业清洁生产评价指标体系》,并要求在2015年上半年完成。按国家“清洁生产促进法”和“绿色涂装”理念以及国内涂装清洁生产的现状,笔者认为编制“评价指标体系”是为涂装行业立法,制定强制性的“涂装行业的环保法”,向涂装分会《涂装行业清洁生产评价指标体系》起草小组建议和推荐VOC、CO2能耗;控制涂装全过程的VOC、CO2、废水等的总排放量,能耗和水耗总量,计算单位涂装面积(或每套被涂物)的各指标的排放量(或耗用量),作为标准的评价指标(参见表3,图1)。 

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在生产现场测定VOC排放浓度及其组成因工况不同很难实现,从源头抓起,采用总量控制法(如VOC控制涂料耗用量中VOC含有量、工艺用有机溶剂耗用量和加热减量等),提高标准的可操作性,有利于监控考评。另外有害物质(如苯系溶剂、重金属等)从源头(涂料)就控制,涂料配方设计时就应消除。 

在3月的两会上李克强总理作政府工作报告说“环境污染是民生之患,民心之痛,要铁腕治理”。习近平主席强调“对破坏生态环境的行为,不能手软,不能下不为例”。使我们更觉得为涂装行业制定防止涂装公害法(环保法)的必要性,咱们应该积极响应。希望新编制的“涂装行业清洁生产评价指标体系”不要成为HT/T293-2006《清洁生产标准-汽车制造(涂装)》的翻版。应使其可行性、可操作性好,应是强制性法规,能覆盖涂装行业。 

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国内汽车涂装清洁生产的现状:近年来引进建成的几个轿车车身涂装车间达到欧洲先进的绿色涂装车间(Eco+paintshop)水平(见表4)。例如2013年7月10日投产的华晨宝马公司(BBA)铁西涂装车间达到可持续的能耗环保先进指标(参见表5,图2)。可是发展不平衡,国内大多数车身涂装线还是采用有机溶剂型涂料和4C4B老工艺,VOC排放量100g/m2以上,每台车身涂装CO2排放量200~300kg/台(日本先进水平100kg/台),耗水总量超过1000L/台。 

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第一代是以油性漆、硝基喷漆和醇酸树脂涂料为主体的汽车涂料适应较原始的作坊式生产向流水式涂装生产线工业化之需要。 

第二代是采用高档合成树脂(例如氨基树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂和环氧树脂等)为基的优质合成树脂汽车涂料,以适应涂装质量(外观装饰性、防蚀性、耐候性)和延长汽车车身使用寿命之需要。例如开发采用阴极电泳涂料及其涂装技术成倍提高汽车车身的防蚀性,使车身使用寿命延长到10年以上。 

第三代是绿色汽车涂料。开发采用低VOC,节能型涂料(如水性涂料、高固体份涂料、粉末涂料),以适应环保、节能减排,可持续发展等当今时代和社会的需求。在欧美,基本上完成了这一次的汽车涂料·涂装的更新换代,实现了绿色涂装。国内近几年才开始转型升级,已采用绿色涂料·涂装工艺的涂装线估计约占20~30%。 

如在2020年前,实现汽车涂装绿化,十三·五期间应规划绿色创新,宜开发采用6个绿色汽车涂料及涂装工艺技术。

6个绿色汽车涂料及涂装工艺技术 

·涂装前处理方面,开发采用新一代无磷环保薄膜型转化膜处理工艺(如硅烷处理、锆盐处理货两者复合型前处理工艺)替代传统的三元锌系磷化处理工艺。塑料件涂装前采用干冰雪清洗新工艺替代现用的脱脂、水洗、烘干、冷却工艺。 

·阴极电泳(CED)涂料应结合实际进行个性化开发新产品,改进老产品,具体品种参见表6)。 

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·开发采用新型可再生的液态消声材料LASD(Light Applied Sound Deadness)替代现用沥青热熔片和PVC涂料。 

·在绿化中涂、面漆涂装工艺过程中为了节能减排、降低涂装成本,开发采用现已成为汽车车身的典型涂装工艺的紧凑型工艺(3C1B和免中涂工艺),与“三湿”喷涂工艺配套开发采用以下两个系统的汽车涂料。 

A、高固体份(HS)有机溶剂型中涂、底色漆和罩光清漆。 

B、水性中涂、底色漆(BC1、BC2和适用于免中涂工艺的功能性底色漆)和溶剂型罩光清漆(1K或者2K)。 

HS系列中涂、面漆适用于喷涂有机溶剂型涂料的老涂装线的改造,新建涂装线宜采用水性涂料,更利于降低VOC的排放量。 

·开发采用低温烘干型OEM汽车涂料。这不仅降低烘干能耗,更主要是适应车身轻量化和塑料件涂装之需要。如为车身轻量化开发120℃和80℃涂装工艺(即80℃固化型中涂、底色漆和罩光漆,它们的技术性能参数与140℃涂装工艺完全相同,且成本不高)。 

·开发、改进汽车修补用涂料。如修补用中涂、底色漆也实现水性化;室温自干型低VOC清漆,喷涂后在一小时之内室温下完成抛光,其高固体含量,修补外观性好。 

坚持走涂料·涂装一体化之路 

在市场经济条件下,产品和企业的竞争力强,才能生存下去。市场竞争力来源于创新、产品的不断改进和优良的售前售后服务。大的跨国涂料公司为确保涂料品牌,始终紧跟汽车工业的需求和汽车涂装技术的进步,创新开发新产品和改进老产品,把涂层作为公司的最终“产品”,涂料作为“半成品”,制造业的原料,做好售前售后服务,指导用户用好涂料,获得优质涂层,作为企业的责任,义务和最终目标(因为涂料是汽车厂的原材料,只有通过涂装才能实现其全部价值)。因此都设置强大的研发技术中心,应用试验基地和强有力技术服务团队。坚持涂料的改进和创新一定要能够为客户、给最终端消费者带来价值,满足其需求。 

在计划经济体制下成长起来的骨干国营汽车涂料厂,在向市场经济转轨过程中克服不了旧观念(仍将涂料当成自己企业的最终产品),不重视售后服务,加上创新开发能力弱,而被淘汰出局。经验教训了我们,要做强汽车涂料·涂装行业,必须坚持走涂料·涂装一体化之路。 

当初的工业涂装,工艺以及设备简陋(可理解为一把刷子、一个漆桶就可以涂装),涂装方法以刷、喷、浸为主,涂膜固化基本是自干、中、低温烘干(涂一道漆、烘一次)。涂料与涂装的关系不够密切也影响不大。随工业的发展,产量的提高,涂层的质量要求提高、环保、节能减排、可持续发展等社会需求的提高,现代涂料与涂装的关系已不可分割,成为相互依存,相互促进的关系。很多绿色涂装工艺技术靠涂料·涂装联合攻关创新开发而实现。现代涂装技术含量高(自动化程度高,力求高效率),如电泳涂装法、粉末涂装法、自动静电涂装法、双组份喷涂等都需要专用涂料或者具有相应施工特性的涂料来配套。又如“三湿”喷涂工艺、金属色和珠光色面漆喷涂工艺、UV固化工艺、涂膜烘干(固化)低温化、环保型涂料(水性涂料、高固体份涂料、粉末涂料)的涂装等高效新工艺均需涂料与涂装联合开发实现。有的涂料厂已将用户(涂装工作者)当作为现用涂料产品优化和新产品开发的合创者(或联合开发攻关的合作伙伴)。 

涂料公司与涂装客户之间不仅仅是服务与被服务的关系,还应该是互通信息情报,相互提要求的共同体。在涂装过程和涂层使用中发现的问题,反馈信息成为涂料厂迅速调整优化产品和开发新产品的源泉。笔者的经验认为:涂料厂的技术部门(人员)如果不熟悉涂装工艺和涂层功能以及使用环境,不熟悉、不了解国家的法规和客户的要求(专业发展的动态),则将设计不好涂料的配方,很难进行涂料产品的优化调整,很难开发出适销对路的、优质价廉的、性价比高、具有竞争力的新产品;同样,客户的涂装部门的工程师不熟悉或不了解涂装材料的特性、国家法规和国内外专业发展的动态,则将难选用涂料,制定不出可靠、先进、高效的涂装工艺(难选定最佳的工艺参数),或只能按老工艺翻版设计。 

例如:VOC已是大气污染物中最主要污染物(雾霾源)之一,估算2014年我国涂料·涂装行业的VOC的排放量约600~800万吨/年。要降低涂料·涂装行业VOC排放,必须从源头抓起,走涂料·涂装一体化之路,形成从用途管控,配方设计、毒性替代、使用监管等VOC减排一体化战略。 

参考文献 

杨渊德,涂料涂装行业VOC减排浅析[I].中国涂料,2014.8:2~4 

王锡春,李文刚;再谈绿色涂装-汽车绿色涂装与涂料的发展趋势[I].中国涂料,2014.8.9.10连载 

Chen Weihua(华晨宝马汽车有限公司).Outlook BBA TIEXI Paintshop.Sucar(2014.4上海)交流会资料 

作者简介: 

王锡春:男,在一汽从事汽车涂装技术工作60年,研究员级高工,曾任油漆实验室主任,工艺研究所副所长、一汽涂装技术中心总工程师、中国汽车工程学会涂装技术分会名誉主任。 

李文刚:男,毕业于吉林工业大学车辆化工专业,高级工程师,在一汽技术中心从事汽车涂装技术工作17年。 


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