汽車涂料、涂裝的環(huán)保和降成本技術

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1、汽車涂料、涂裝的環(huán)保和降成本技術 王錫春 中國第一汽車集團公司 進入21世紀以來，汽車用涂料和涂裝領域的世界性的重要課題是適應時代要求：環(huán)境保護、節(jié)能省資源和在高質(zhì)量的基礎上降低涂裝成本。從防止大氣污染觀點，要求削減VOC（揮發(fā)性有機化合物）排出量；從防止地球溫暖化觀點，要求削減CO2排出量；從防止水污染和克服全球缺水狀況觀點，要求節(jié)省用水量，提高水的循環(huán)利用率，實現(xiàn)零排放；同時為持續(xù)發(fā)展，必須提高資源利用率；為了實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和隨著國內(nèi)外汽車市場競爭越來越激烈，利潤空間大幅度變小，必須在保證高質(zhì)量的基礎上優(yōu)化工藝降低成本。 轎車車身的三涂層涂裝體系（3C3B）：漆前磷化處理陰極電泳底漆溶劑型中

2、涂溶劑型面漆（和后期的底色漆+罩光清漆的面漆涂裝工藝變成4C3B涂裝體系），已有30年的歷史。為實現(xiàn)上述環(huán)保、節(jié)能省資源、降成本的時代要求，汽車涂裝又一次進入了更新?lián)Q代，革命性地大變革時代；依靠技術進步，更新觀念，對現(xiàn)4C3B工藝開始動“大手術”的創(chuàng)新局面已經(jīng)到來。國外的經(jīng)驗是汽車廠、涂裝材料公司和涂裝設備及涂裝機具公司緊密協(xié)作，聯(lián)合攻關，立題分工負責。還有，日本的特點是環(huán)保（削減VOC和CO2排出量）和經(jīng)濟性（減少投資和降低運行成本）統(tǒng)籌考慮。日本在節(jié)能省資源和降低涂裝成本等方面的技術經(jīng)濟指標處于世界領先水平。 我國轎車車身的涂裝工藝現(xiàn)今還是以陰極電泳底漆與溶劑型中涂和面漆配套為主的三涂層涂

3、裝工藝。2004年以來，豐田、通用、本田和奔馳在華合資廠新建的車身涂裝線投產(chǎn)就用了水性底色漆，近來新建線的開始采用水性中涂和水性底色漆，這將拉動我國汽車涂料及涂裝水性化。 最近幾年，我國汽車產(chǎn)銷量呈現(xiàn)跳躍式發(fā)展，2006年汽車產(chǎn)量突破700萬輛，已成為全球第三大汽車生產(chǎn)國，如果不重視汽車涂裝過程中的三廢排放，對環(huán)保和人們生活環(huán)境的破壞后果將不可設想。國家應加速嚴格的環(huán)保法規(guī)制定，頒布與國際接軌的嚴格的法規(guī)，企業(yè)應自主治理和限制三廢排放。 本文借鑒國外的經(jīng)驗，尤其是氣候條件和汽車生產(chǎn)狀況與我國相仿的日本的環(huán)保與經(jīng)濟統(tǒng)籌考慮和盡可能利用原有的涂裝設備的經(jīng)驗，介紹汽車涂裝的環(huán)保和降成本技術，以擴展國

4、人的思路。 涂裝前表面處理的環(huán)保和降成本技術進展 現(xiàn)今車身陰極電泳涂裝前普遍采用三陽離子（Zn-Ni-Mn）型的磷化處理工藝，近年來為貫徹清潔生產(chǎn)標準，又開發(fā)很多新的處理藥劑和技術，如無磷無氮生物分解型脫脂劑、新的液態(tài)表調(diào)劑、低溫低渣磷化處理劑、無亞硝酸的有機促進劑、無鉻鈍化和無鈍化技術、清洗水循環(huán)再生技術（超濾、納米過濾和RO技術）及封閉清洗“O”排放技術等，使傳統(tǒng)的磷化預處理工藝在節(jié)能、節(jié)水、減少廢水和廢渣排出量等方面有較大的技術進步?？墒牵茕\鹽磷化處理劑的本質(zhì)所限，下列問題難以解決。 排放含有對環(huán)境有害物質(zhì)（Ni、Mn、P等）的廢水； 生成鋅鹽磷化膜時產(chǎn)生的磷化渣，需作為廢棄物處理；

5、需要表面調(diào)整工序，表調(diào)工序自動排水，需作污水處理。 為適應更高的環(huán)保和節(jié)能省資源的時代要求和簡化工藝降低成本的需求，國外開發(fā)成功不用磷酸鹽的涂裝前表面處理技術，給傳統(tǒng)的磷化處理技術帶來革命性的變革。有關報導介紹如下： 豐田汽車公司介紹的無磷酸鹽前處理（Phosphate Free Pretreatment）技術：轉(zhuǎn)化膜是非結(jié)晶質(zhì)的氧化鋯（ZrO2），膜重100mg/m2、膜厚40nm；在工藝上，取消了表調(diào)工序，縮短了成膜處理時間（120S90S）；由此可縮短設備長度和工藝時間；在環(huán)保方面：沉渣減少90%以上，消除了P、Ni、Mn；F離子減少到原磷化處理工藝的70%）涂料，節(jié)能、外觀裝飾性極優(yōu)的

6、環(huán)保型涂料之一。紫外線（UV）固化和熱固化可并用，無UV固化的內(nèi)表面和陰影部分也具有足夠的涂膜性能，它的固化工藝如下： 自動靜電或手工噴涂晾干室溫下5min加熱(升溫到110 10min，使溶劑蒸發(fā))照射UV工序加熱在140下保溫1012min并有低溫烘干(90)的潛力，現(xiàn)有設備可利用，烘干室長度可縮短，改造費用少。 UV和熱雙固化清漆，已用于摩托車汽油箱罩光涂裝。摩托車汽油箱在涂裝、固化過程中旋轉(zhuǎn)，使油箱各部位照射的UV光均一，無陰影，并防止涂裝產(chǎn)生垂流、涂裝不均，流痕等缺陷。與熱固化型罩光涂裝線比較，單位被涂物（油箱）的加工成本（含涂料成本）可降低50%以上。 基于上述介紹：極好的涂膜外觀

7、（鏡面那樣平滑，鮮映性PGD=1.0）；涂膜的抗劃傷性和耐酸雨性突出；節(jié)能、降低VOC排量，對環(huán)保有利；又能較大幅度地降低涂裝成本；現(xiàn)有設備的改造投資費用又最少等等。雙固化型罩光涂料將是具有極強競爭力的汽車用高固體分環(huán)保型涂料，值得汽車涂裝界給予關注。 節(jié)能、減少CO2排出量技術的進展 根據(jù)日本大氣社資料介紹：年生產(chǎn)24萬臺規(guī)模的轎車車身涂裝設備，電消耗量60007000kw，熱量消耗量年平均8000090000MJ/h。換算成CO2排出量一條線全年排出4萬多噸(169.6kg、CO2/臺)。其中噴漆室、烘干室（含冷卻室）為耗能（CO2排出量）的主要設備，在電力方面分別占42%和6.8%，在熱

8、能方面分別占49.7%和27.3%，兩者的CO2排出量占CO2總排出量的64.8%。因此，噴漆室和烘干室成為涂裝線節(jié)能，減少CO2排出量的主要革新對象。 在烘干方面的節(jié)能、減少CO2排出量的技術進步趨向。 現(xiàn)今典型的轎車車身涂裝工藝是涂裝電泳底漆、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，冷卻一次（4C3B），且處理溫度都在140左右。節(jié)能、減少CO2排出量的措施有以下幾方面： 改進所用涂料的干燥性能（低溫化、快速化、自干替代烘干）。 在開發(fā)適應“濕碰濕”工藝的成套汽車用涂料，取消或合并烘干工序。 選用或開發(fā)創(chuàng)新涂膜的固化方法及節(jié)能型干燥設備，如UV和熱雙固化法及設備。 已獲

9、得實際應用的“濕碰濕”工藝，有取消中涂烘干工序的中涂、底色漆、罩光三涂層“濕碰濕”一起烘干的3C1B中涂、面漆涂裝工藝；以及電泳底漆與中涂一起烘干的2C1B“濕碰濕”工藝。 電泳底漆和中涂的兩涂層“濕碰濕”工藝雖可提高面漆涂裝設計的自由度，但必須要在150以上烘干，如果不能充分控制電泳底漆/中涂的界面，可能會造成防銹性、耐黃變性和耐崩裂性等下降。還有抗石擊車底涂料等輔助材料的涂裝，需從工程面上統(tǒng)籌解決。 近年來國外公司在開發(fā)自干型（空氣干燥）無PVC的車底涂料、焊縫密封膠替代現(xiàn)用的PVC系列的車底涂料和焊縫密封膠。日本豐田公司正在開發(fā)濕氣固化（Moisture Cure）聚氨酯系列車底涂料，是

10、一種橡膠型彈性變形材料，不含PVC、重金屬和溶劑，是自干型不需烘干室。在車身涂裝合格后涂布。它具有耐崩裂性和防聲阻尼功能。 噴漆室節(jié)能，削減CO2排出量的技術動態(tài) 涂裝設備的CO2排出量平均169.6 / kg-CO2 /臺，其中噴漆室的CO2排出量就占46.3%(78.6kg-CO2 /臺)。 削減噴漆室CO2排出量的技術措施有： 加熱和冷卻能源的選擇。如加熱源用天然氣，CO2排出量少，要比液化石油氣（丁烷）CO2排出量減少8%以上。 降低噴漆室的風量。噴漆室CO2排出量隨噴漆室供風量比例增減，所以減低噴漆室風量是削減CO2排出量的首要措施。 縮短噴漆室工藝長度、削減噴漆室寬度、降低噴漆室風

11、速是減少噴漆室供排風量的三要素。在涂裝工藝設計、涂裝機選擇和氣流控制技術方面應充分探討以上要素。 控制空調(diào)溫度（供氣溫濕度設定值和CO2排出量的關系） 不隨氣象條件變化保持全年恒溫恒濕，噴漆室的耗能和CO2排出量最大，隨季節(jié)分別設定溫濕度值范圍，則能大幅度地削減CO2排出量。如果按水性涂料的特性（水的蒸發(fā)度與飽和度依存關系），將全年管理溫度的范圍擴大，則效果更大。這與水性涂料的噴涂施工窗口有關，需開發(fā)采用溫度范圍大的水性涂料。 在設備上改進，選用節(jié)能型配套件和熱能、動能回收裝置。如設計低壓損洗凈器和空調(diào)裝置，選用高效率的電動機、風機和照明器具，全熱交換器和排風循環(huán)利用等。 在運行時加強維護管理。如休息時間段的噴漆室停止運行或降低風量，不要照明區(qū)域息燈；靈活應用變頻技術等。 我的小結(jié) *上述工業(yè)涂裝的環(huán)保、降成本技術大都是國外已生產(chǎn)應用的成熟技術。 *近十年來，汽車用水性涂料的施工性能有了很大提高和改進；可預測在今后的十年中，將趕上有機溶劑型汽車用涂料的水平。 *全面革新汽車車身涂裝工藝，豐田涂裝的2010年目標已不是夢想，定能實現(xiàn)：涂裝成本降低50%、VOC排出量削減87%，追求目標達10g/m2；CO2排出量削減52%等。 *第三大汽車生產(chǎn)國當務之急是在環(huán)保、降成本方面迎頭趕上。