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把开展VOCs污染预防治理专门的学业归入了关键防

来源:http://www.qd-haiyu.com 作者:澳门金莎娱乐网站-官方首页 时间:2019-11-25 16:02

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2014年我国涂料总产量达到1649.18万吨。如此巨大的产量背后隐藏着的是不小的环境污染和能源消耗,且如此基数的涂料产品在涂装过程中还会向大气排放数百万吨VOC。降低生产及涂装过程给环境和能源带来的压力,应成为涂料行业“十三五”的一项重点工作。

核心提示:近年来,我国大气环境受雾霾影响日益加重,引起国家有关部门的高度关注。以国务院办公厅转发环保部等部门关于《推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见的通知》(国办发〔2010〕33号)为标志,从国家层面正式将VOCs污染防治工作提上了日程

汽车产业作为现代化社会的标志性产业,随着中国经济的高速发展,已经成为国民经济中的支柱产业。然而,其对环境产生的负面影响也进一步凸显。现代汽车工业分为四大工艺环节:零件冲压工艺、车身焊装工艺、车身涂装工艺和总成装配工艺。车身涂装是污染排放最高的环节,汽车生产过程中,有80%以上的VOCs排放来自于涂装环节。

目前,我国低污染涂料增速远低于全国涂料总产量的增速,近年来仅水性建筑涂料的占比增速可观,整个低污染涂料占比仍为负增长。

一、涂料行业VOCs防治现状

2013年以前,国内汽车行业普遍使用低固体分溶剂型涂料。随着国内环保意识的日益提升及政府更为严格的环保要求,国内涂装专业提出了绿色涂装的概念,即涂装生产线的节能、降耗、减排。绿色涂装中,所选用的涂料、涂装工艺的环保特性起决定性作用。为了降低污染,汽车涂料逐步更新为环保型产品,包括粉末涂料、水性涂料以及高固体分涂料。高固体分涂装工艺在老线便于改造的突出优势已逐步显现,在可预见的未来其发展将会达到一个全新的高度。

低碳环保、节能减排工作的推进离不开涂料技术的发展。“十三五”期间,应鼓励和支持水性涂料、高固体分涂料、无溶剂型涂料、光固化涂料、辐射固化、功能新型外墙外保温涂料等环境友好、资源节约型涂料,以及单线产能3万吨/年及以上的产品及生产线。在各类涂料研发、生产、应用过程中,现阶段遇到了很多问题,需要在“十三五”期间得到解决。比如,水性木器涂料干燥成膜过程中的结合水不易排出,最终导致木材吸水出现爆筋等现象。后期水性木器涂料干燥应推广冷红外干燥、微波干燥等技术,促进结合水的排出。

近年来,我国大气环境受雾霾影响日益加重,引起国家有关部门的高度关注。以国务院办公厅转发环保部等部门关于《推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见的通知》(国办发〔2010〕33号)为标志,从国家层面正式将VOCs污染防治工作提上了日程;2012年9月国务院批复实施的《重点区域大气污染防治“十二五”规划》,将VOCs和二氧化硫、氮氧化物、工业烟粉尘一起列为了三区十群的防控重点,把开展VOCs污染防治工作纳入了重点防治任务;2015年2月1日起将涂料纳入消费税征收范畴,对施工状态下VOCs含量低于420g/L的涂料免征消费税。

1.环保涂料的发展

澳门金莎娱乐网站,我国汽车涂料技 术已达到甚至超越国际先进水平,但已投产的主要为中低固体分溶剂型涂料生产线,若全部改为水性生产线,不论是资金投入还是让生产线停产停销都不实际。后期 可同步进行生产线升级与生产线建设,一方面在涂料使用率、漆雾回收技术领域加大投入,将中低固体分涂料生产线改进成高固体分涂料生产线,另一方面在不影响 生产的同

目前,在我国涂料总产量中,溶剂型涂料占49%左右,其余为水性、粉末、光固化等环境友好型涂料。与发达国家相比,我国溶剂型涂料比例大(美国溶剂型涂料占30%左右,日本是35%~40%,德国是20%),产生的VOCs比例偏高,国内大多数涂料缺少VOCs限值标准,已有标准与发达国家相比较为宽松。

作为汽车行业成熟的产品,传统中低固体分3C2B溶剂涂料具有很好的装饰性、使用性能和很宽的施工窗口。但其诟病之处在于VOCs排放高,对大气污染严重;且生产线长,设备多,占地面积大。为克服VOCs污染问题,逐渐研究出了新一代的环保涂料——水性涂料、粉末涂料以及高固体分涂料;并且为了减少生产线投资,降低生产过程中的能源消耗,衍生出了紧凑型工艺如3C1B、水性B1B2等。在颜色多、换色频繁的车身涂装过程中,粉末涂料由于其自身特点的限制而应用较少。目前常用的环保型涂料为水性涂料及高固体分涂料。

时,平行建设水性涂装线,让水性涂装线阶段性逐步取代溶剂型涂装线。

改革开放以来36年(1978-2014年),环境友好型涂料占比每年约增加1.2%,“十三五”期间,我国环境友好型涂料占比增速力争增加1倍,到2020年环境友好型涂料占比从目前51%争取达到57%。

1.1水性涂料及溶剂型涂料的VOCs排放对比

船舶涂料涂施工以喷涂为主,少量预涂采用刷涂工艺。由于船体体积巨大,一般会采用分段涂装工艺,最后合拢,可实现80%~95%油漆的完全密闭式喷图施工。但是整船合拢后的涂装作业基本都是完全露天,以此必须通过对涂料VOC含量和稀释剂用量的控制实现减排。

二、各细分领域的VOCs防治规划

相比于传统溶剂型3C2B涂装工艺,新一代环保涂料在VOCs排放方面均有明显降低。水性涂料的VOCs排放优势最大,最高降幅可达80%以上;高固体分溶剂型涂料也能较大程度地减少有机溶剂的排放,最高降幅可达60%以上。采用两种工艺均可达到目前国内环保法规要求的VOCs限值,有效减轻大气污染。

钢结构涂料与涂装目前存在露天涂装导致VOC无组织排放、防腐涂料以溶剂型为主导致VOC含量及稀释剂比例高、钢材需定期进行涂装维护等问题,导致钢结构涂本身以及涂装过程会产生大量VOC排放。“十三五”期间防腐涂料涂装应尽量采用低VOC涂料,推广环保施工方式,并提高涂层防腐质量,减少涂装的维护次数。

1.汽车涂料与涂装

1.2工艺对比

总 体而言,涂料行业必须通过技术升级促进产业升级,由高污染、高耗能逐步向低碳环保方向发展,加大绿色环保型涂料技术研发的投入,对暂不能淘汰的涂装生产线 进行改进升级,实现VOC有组织排放,并对涂料的涂装工艺进行改进,增加涂料使用率,降低漆雾浪费以及VOC的排放量。

针对配套产品升级任务及旧线改造问题,做以下规划建议:

目前常见于国内OEM制造商的涂装工艺因使用涂料类别不同相差较大。对于水性涂料而言,由于水的潜热大挥发慢,在烘烤成膜前需要增加强制闪干段,以保证涂层充分脱水。以3C2B为例,水性涂料将比溶剂型涂料多出两个强制闪干段,增加了生产线的占地面积、厂房及设备投入,并大幅度增加了能源的消耗。见图1工艺对比图:

淘汰一批、限制一批、鼓励一批。逐步淘汰高VOCs低固体分溶剂型汽车原厂漆,限制高VOCs低固体分汽车修补漆应用,鼓励水性、高固体分等替代型环境友好型涂料应用新建汽车线必须为低VOCs涂料涂装线。

图1工艺对比图

改建。针对已预留使用水性涂料的涂装线,应按期完成旧线改造,并根据实际情况,做好末端治理,达到VOCs减排与节能降耗并行目的;对未预留水性线的3C2B涂装线,应做好逐步改建规划,一方面可考虑改建为高固体分溶剂型3C1B工艺,降低改建费用,达到节能减排目的;另一方面酌情建造更环保的水性涂装线。

另外,水性涂料施工窗口窄,导致对施工环境要求高,需要稳定的温度和湿度控制:温度℃,湿度65%±5%。现场需要添加额外的空调制冷等设备保证应用环境。

配套产品建议。乘用车企业,底漆全部采用阴极电泳,中涂和底色漆全部水性化;货车、箱式货车企业底漆全部采用阴极电泳漆,中涂实现水性化或采用高固体分、UV光固化等环境友好型涂料。

除VOCs对大气的污染需严格控制外,能耗也是生产过程中需重点控制的因素之一。为了降低能耗,逐步衍生出了紧凑型工艺,减少一道中涂烘干工序。同时,将部分涂层厚度调整降低,也在一定程度上降低了VOCs的排放。由于水性涂料传统3C2B涂装工艺能耗高,在设计时更多考虑VOCs排放和紧凑型工艺,且水性涂料对设备的要求区别很大,不适宜在传统溶剂型涂装线上进行改造。

涂装工艺改进。禁止使用涂料利用率低于60%的涂装工艺,推广机器人自动喷涂。

唯一例外的是高固体分溶剂型涂料,其自身与传统涂料体系一致,均为溶剂型涂料,施工与传统中低固溶剂型涂装工艺一致,基本无需改造。高固体分涂料提升了固体分含量,可以从源头上有效降低VOCs的产生及排放。对于有环保要求进行涂装线改造的企业来说,高固体分涂料涂装是一个可以达到降低VOCs目标、省时省力、节省投资的非常好的选择。

VOCs总去除率达到90%以上(非重点区域为80%以上)。

2.高固体分涂料及其特性

2.船舶涂料与涂装

根据市场上出现的高固体分产品定义为:较传统涂料施工固体分更高的涂料体系,一般高出10%——25%的质量固体分。本文选取美国某知名涂料企业高固体分金属漆产品,对比传统溶剂型汽车涂料如表1:

2014年全国船舶涂料供应量约为25000万L,约合32.5万吨,全年VOCs排放约为20万吨。鉴于船舶涂装特殊性及功能性要求,削减VOCs排放最直接有效的手段就是从源头降低涂料VOCs含量。

表1施工固体分比对注:此处为质量固体分。

源头控制。底漆固含量从72%提高到80%,VOCs降低17.7%,施工同等膜厚,涂料用量可减少11%,总VOCs的排放减少26%;无溶剂产品基本不含VOCs;固含量相近的水性产品相比溶剂型产品,VOCs的含量可以减少超过80%。该控制技术面临两方面问题:一方面,需要花费时间研发新的配方,克服技术壁垒,通过相关测试;另一方面,涂料的成本一般会增加。

在传统汽车涂装各工序溶剂挥发量中,电泳漆占1%,中涂漆占16%,底色漆占52%,罩光漆占13%、喷蜡占13%、其它占5%。高固体分底色漆的施工固体分可提高2倍以上,其在降低VOCs排放方面的贡献不容小觑。

完善环境友好产品配套体系。部分水性船舶涂料、高固体分溶剂型船舶涂料、粉末涂料等相关产品已经进入应用试验阶段,但配套产品缺失制约了体系产品应用发展,因此,产品开发的同时,应对配套产品开发给予更多关注。

高固体分涂料的核心问题是设法降低传统成膜物质的相对分子质量,降低黏度,提高溶解性,在成膜过程中靠有效的交联反应,保证完美的涂层质量达到热固性溶剂型涂料的水平或更高。因此成膜树脂必须具有合适相对分子质量及分布,这对涂料供应商的技术及成本控制能力都是巨大的挑战。另外,高固体分涂料体系必须辅之以溶解力强的溶剂,用更少的溶剂高效地降低黏度。

水性涂料产品技术突破:提升水性涂料性能,例如水性防腐底涂使用的水性环氧底漆,在水性底涂可靠性不足时,可考虑在水性中涂和面涂上多做技术攻关,弥补底涂性能不足。

2.1高雾化能量

限制高VOCs低固体分溶剂型船舶涂料生产应用,VOCs超过500g/L或者稀释后VOCs含量超过600g/L涂料应予以限制生产或逐步淘汰。

高固体分涂料施工时固体分较传统涂料高出10-20%,这种特性带来的不利影响是:高固体分涂料雾化难,而且即便从雾化口喷出的漆滴大小一样,到达被涂件表面时传统中低固涂料因溶剂挥发颗粒变得更细腻。而喷涂高固体分涂料时需要更高的能量促使漆滴充分雾化,才能保证最终漆膜的外观。这种特性对含有效果颜料的产品的定向效果具有较大的影响。如下图中部分,雾化不佳导致了效果颜料堆积,颜色难以调整;图中部分左侧表示充分雾化,喷涂时漆滴达到要求才可满足右侧的涂着效果。现场使用经验表明,高固涂料施工时旋杯转速一般在50K转/分钟以上。

3.钢结构涂料与涂装

图2涂料雾化效果图

钢结构涂装目前以人工喷涂方式为主,大型钢构件以高压无气喷涂为主要施工方式,小型构件以空气喷涂为主要施工方式。

2.2电阻率

涂装生产线在车间内或露天施工方式均有,不管是何种施工方式,目前VOCs均是无组织排放。

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