汽车涂料涂装的环保和降成本技术.doc

汽车涂料、涂装的环保和降成本技术 王锡春 中国第一汽车集团公司 进入21世纪以来，汽车用涂料和涂装领域的世界性的重要课题是适应时代要求：环境保护、节能省资源和在高质量的基础上降低涂装成本。从防止大气污染观点，要求削减VOC（挥发性有机化合物）排出量；从防止地球温暖化观点，要求削减CO2排出量；从防止水污染和克服全球缺水状况观点，要求节省用水量，提高水的循环利用率，实现零排放；同时为持续发展，必须提高资源利用率；为了实现清洁生产和随着国内外汽车市场竞争越来越激烈，利润空间大幅度变小，必须在保证高质量的基础上优化工艺降低成本。 轿车车身的三涂层涂装体系（3C3B）：漆前磷化处理阴极电泳底漆溶剂型中涂溶剂型面漆（和后期的底色漆+罩光清漆的面漆涂装工艺变成4C3B涂装体系），已有30年的历史。为实现上述环保、节能省资源、降成本的时代要求，汽车涂装又一次进入了更新换代，革命性地大变革时代；依靠技术进步，更新观念，对现4C3B工艺开始动“大手术”的创新局面已经到来。国外的经验是汽车厂、涂装材料公司和涂装设备及涂装机具公司紧密协作，联合攻关，立题分工负责。还有，日本的特点是环保（削减VOC和CO2排出量）和经济性（减少投资和降低运行成本）统筹考虑。日本在节能省资源和降低涂装成本等方面的技术经济指标处于世界领先水平。 我国轿车车身的涂装工艺现今还是以阴极电泳底漆与溶剂型中涂和面漆配套为主的三涂层涂装工艺。2004年以来，丰田、通用、本田和奔驰在华合资厂新建的车身涂装线投产就用了水性底色漆，近来新建线的开始采用水性中涂和水性底色漆，这将拉动我国汽车涂料及涂装水性化。 最近几年，我国汽车产销量呈现跳跃式发展，2006年汽车产量突破700万辆，已成为全球第三大汽车生产国，如果不重视汽车涂装过程中的三废排放，对环保和人们生活环境的破坏后果将不可设想。国家应加速严格的环保法规制定，颁布与国际接轨的严格的法规，企业应自主治理和限制三废排放。 本文借鉴国外的经验，尤其是气候条件和汽车生产状况与我国相仿的日本的环保与经济统筹考虑和尽可能利用原有的涂装设备的经验，介绍汽车涂装的环保和降成本技术，以扩展国人的思路。 涂装前表面处理的环保和降成本技术进展 现今车身阴极电泳涂装前普遍采用三阳离子（Zn-Ni-Mn）型的磷化处理工艺，近年来为贯彻清洁生产标准，又开发很多新的处理药剂和技术，如无磷无氮生物分解型脱脂剂、新的液态表调剂、低温低渣磷化处理剂、无亚硝酸的有机促进剂、无铬钝化和无钝化技术、清洗水循环再生技术（超滤、纳米过滤和RO技术）及封闭清洗“O”排放技术等，使传统的磷化预处理工艺在节能、节水、减少废水和废渣排出量等方面有较大的技术进步。可是，受锌盐磷化处理剂的本质所限，下列问题难以解决。 排放含有对环境有害物质（Ni、Mn、P等）的废水； 生成锌盐磷化膜时产生的磷化渣，需作为废弃物处理； 需要表面调整工序，表调工序自动排水，需作污水处理。 为适应更高的环保和节能省资源的时代要求和简化工艺降低成本的需求，国外开发成功不用磷酸盐的涂装前表面处理技术，给传统的磷化处理技术带来革命性的变革。有关报导介绍如下： 丰田汽车公司介绍的无磷酸盐前处理（Phosphate Free Pretreatment）技术：转化膜是非结晶质的氧化锆（ZrO2），膜重100mg/m2、膜厚40nm；在工艺上，取消了表调工序，缩短了成膜处理时间（120S90S）；由此可缩短设备长度和工艺时间；在环保方面：沉渣减少90%以上，消除了P、Ni、Mn；F离子减少到原磷化处理工艺的70%）涂料，节能、外观装饰性极优的环保型涂料之一。紫外线（UV）固化和热固化可并用，无UV固化的内表面和阴影部分也具有足够的涂膜性能，它的固化工艺如下： 自动静电或手工喷涂晾干室温下5min加热(升温到110 10min，使溶剂蒸发)照射UV工序加热在140下保温1012min并有低温烘干(90)的潜力，现有设备可利用，烘干室长度可缩短，改造费用少。 UV和热双固化清漆，已用于摩托车汽油箱罩光涂装。摩托车汽油箱在涂装、固化过程中旋转，使油箱各部位照射的UV光均一，无阴影，并防止涂装产生垂流、涂装不均，流痕等缺陷。与热固化型罩光涂装线比较，单位被涂物（油箱）的加工成本（含涂料成本）可降低50%以上。 基于上述介绍：极好的涂膜外观（镜面那样平滑，鲜映性PGD=1.0）；涂膜的抗划伤性和耐酸雨性突出；节能、降低VOC排量，对环保有利；又能较大幅度地降低涂装成本；现有设备的改造投资费用又最少等等。双固化型罩光涂料将是具有极强竞争力的汽车用高固体分环保型涂料，值得汽车涂装界给予关注。 节能、减少CO2排出量技术的进展 根据日本大气社资料介绍：年生产24万台规模的轿车车身涂装设备，电消耗量60007000kw，热量消耗量年平均8000090000MJ/h。换算成CO2排出量一条线全年排出4万多吨(169.6kg、CO2/台)。其中喷漆室、烘干室（含冷却室）为耗能（CO2排出量）的主要设备，在电力方面分别占42%和6.8%，在热能方面分别占49.7%和27.3%，两者的CO2排出量占CO2总排出量的64.8%。因此，喷漆室和烘干室成为涂装线节能，减少CO2排出量的主要革新对象。 在烘干方面的节能、减少CO2排出量的技术进步趋向。 现今典型的轿车车身涂装工艺是涂装电泳底漆、中涂、面漆（底色漆和罩光清漆），一般都是涂一道漆后烘干一次，冷却一次（4C3B），且处理温度都在140左右。节能、减少CO2排出量的措施有以下几方面： 改进所用涂料的干燥性能（低温化、快速化、自干替代烘干）。 在开发适应“湿碰湿”工艺的成套汽车用涂料，取消或合并烘干工序。 选用或开发创新涂膜的固化方法及节能型干燥设备，如UV和热双固化法及设备。 已获得实际应用的“湿碰湿”工艺，有取消中涂烘干工序的中涂、底色漆、罩光三涂层“湿碰湿”一起烘干的3C1B中涂、面漆涂装工艺；以及电泳底漆与中涂一起烘干的2C1B“湿碰湿”工艺。 电泳底漆和中涂的两涂层“湿碰湿”工艺虽可提高面漆涂装设计的自由度，但必须要在150以上烘干，如果不能充分控制电泳底漆/中涂的界面，可能会造成防锈性、耐黄变性和耐崩裂性等下降。还有抗石击车底涂料等辅助材料的涂装，需从工程面上统筹解决。 近年来国外公司在开发自干型（空气干燥）无PVC的车底涂料、焊缝密封胶替代现用的PVC系列的车底涂料和焊缝密封胶。日本丰田公司正在开发湿气固化（Moisture Cure）聚氨酯系列车底涂料，是一种橡胶型弹性变形材料，不含PVC、重金属和溶剂，是自干型不需烘干室。在车身涂装合格后涂布。它具有耐崩裂性和防声阻尼功能。 喷漆室节能，削减CO2排出量的技术动态 涂装设备的CO2排出量平均169.6 / kg-CO2 /台，其中喷漆室的CO2排出量就占46.3%(78.6kg-CO2 /台)。 削减喷漆室CO2排出量的技术措施有： 加热和冷却能源的选择。如加热源用天然气，CO2排出量少，要比液化石油气（丁烷）CO2排出量减少8%以上。 降低喷漆室的风量。喷漆室CO2排出量随喷漆室供风量比例增减，所以减低喷漆室风量是削减CO2排出量的首要措施。 缩短喷漆室工艺长度、削减喷漆室宽度、降低喷漆室风速是减少喷漆室供排风量的三要素。在涂装工艺设计、涂装机选择和气流控制技术方面应充分探讨以上要素。 控制空调温度（供气温湿度设定值和CO2排出量的关系） 不随气象条件变化保持全年恒温恒湿，喷漆室的耗能和CO2排出量最大，随季节分别设定温湿度值范围，则能大幅度地削减CO2排出量。如果按水性涂料的特性（水的蒸发度与饱和度依存关系），将全年管理温度的范围扩大，则效果更大。这与水性涂料的喷涂施工窗口有关，需开发采用温度范围大的水性涂料。 在设备上改进，选用节能型配套件和热能、动能回收装置。如设计低压损洗净器和空调装置，选用高效率的电动机、风机和照明器具，全热交换器和排风循环利用等。 在运行时加强维护管理。如休息时间段的喷漆室停止运行或降低风量，不要照明区域息灯；灵活应用变频技术等。 我的小结 *上述工业涂装的环保、降成本技术大都是国外已生产应用的成熟技术。 *近十年来，汽车用水性涂料的施工性能有了很大提高和改进；可预测在今后的十年中，将赶上有机溶剂型汽车用涂料的水平。 *全面革新汽车车身涂装工艺，丰田涂装的2010年目标已不是梦想，定能实现：涂装成本降低50%、VOC排出量削减87%，追求目标达10g/m2；CO2排出量削减52%等。 *第三大汽车生产国当务之急是在环保、降成本方面迎头赶上。