0   引言

近年來我國大氣環(huán)境污染問題日益凸顯，已嚴(yán)重影響正常的生產(chǎn)和生活秩序，危害人民身心健康，工業(yè)涂裝工序VOC排放作為大氣污染治理的重點(diǎn)領(lǐng)域，監(jiān)管力度和頻次不斷加強(qiáng)，涂料涂裝綠色轉(zhuǎn)型升級是必然趨勢。

1   水性工業(yè)涂料特性簡述

水性工業(yè)涂料由水溶性樹脂、功能填料、裝飾顏料、助劑、水及雙組份固化劑等組成。近年來水性工業(yè)涂料保持著快速的發(fā)展勢頭，已成為綠色環(huán)保的主旋律和代名詞。水性工業(yè)涂料在整個生產(chǎn)和施工過程中使用水作為溶劑，性能特點(diǎn)突出，主要體現(xiàn)在以下幾方面：1）漆膜性能達(dá)到同檔次溶劑型油漆技術(shù)指標(biāo)；2）其VOC含量極少，健康環(huán)保特性顯著；3）施工過程直接用水稀釋涂料、清洗工具，施工方便、安全；4）生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存、施工全過程全周期，不然不爆，安全性能突出；5）漆渣不屬于危險(xiǎn)固廢范圍，固廢處理簡化。

2  水性工業(yè)涂料涂層體系及技術(shù)指標(biāo)的確定

2.1  基本原則

軌道車輛油漆涂裝既要滿足基本防護(hù)性能，同時還要具備優(yōu)異的裝飾效果。我們在機(jī)車車輛上試驗(yàn)及應(yīng)用水性工業(yè)涂料遵循以下基本原則：1）漆膜性能不低于溶劑型油漆；2）突出水性涂料的安全環(huán)保性能；3）強(qiáng)調(diào)配套性能及施工性能。在原有溶劑型油漆施工條件下進(jìn)行水性涂料涂裝，水性與溶劑油漆交叉配套施工性能良好；4）使用既有噴漆設(shè)備實(shí)現(xiàn)VOC達(dá)標(biāo)排放。以現(xiàn)有設(shè)備、工具的適用性為前提，最大限度減少噴漆室、烘干室等設(shè)備的改造。

2.2  配套體系

經(jīng)過對水性涂料產(chǎn)品的性能分析及符合涂層技術(shù)指標(biāo)的試驗(yàn)檢測，確定底漆、中涂漆、面漆、清漆及底面合一漆等采用相應(yīng)的水性工業(yè)涂料，膩?zhàn)尤圆捎迷踊摇C(jī)車及零部件用水性涂料基本配套體系包括：1）水性環(huán)氧底漆（雙組分）；2）原子灰膩?zhàn)樱p組分）；3）水性丙烯酸聚氨酯中涂漆（雙組分）；4）水性丙烯酸聚氨酯面漆（雙組分）；5）水性環(huán)氧底面合一漆（雙組分）；6）水性丙烯酸聚氨酯清漆（雙組分）

2.3  性能指標(biāo)

軌道車輛用水性工業(yè)涂料性能指標(biāo)參照Q/CR 227-2014《鐵路機(jī)車車輛用防銹底漆》、Q/CR 236-2014《鐵路機(jī)車車輛用面漆》及Q/CR546.1-2016《動車組用涂料與涂裝 第一部分：車體外表面用涂料及涂層體系》執(zhí)行，其中水性環(huán)氧底漆膜層主要性能要求見表1，水性丙烯酸聚氨酯面漆膜層主要性能要求見表2。

水性工業(yè)涂料中揮發(fā)性有機(jī)物等含量限值參照HJ 2537—2014《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求 水性涂料》中防腐涂料類相關(guān)條款執(zhí)行，揮發(fā)性有機(jī)物及其它有害物質(zhì)限值見表3，另外烷基酚聚氧乙烯醚等6種物質(zhì)禁止添加。

3  水性工業(yè)涂料涂裝應(yīng)用技術(shù)說明

中車北京二七機(jī)車公司地處北京核心區(qū)域，是大氣環(huán)境綜合治理的重點(diǎn)企業(yè)，我們從2010年即著手水性工業(yè)涂料的技術(shù)調(diào)研、論證、試驗(yàn)工作，利用既有噴漆烘干設(shè)備、噴涂工具，針對不同產(chǎn)品、不同基材、不同表面處理方法及狀態(tài)，在不同的溫濕度條件下，重點(diǎn)對水性工業(yè)涂料的性能指標(biāo)、施工性能、配套性能及涂裝效果進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用性試驗(yàn)、驗(yàn)證及評價(jià)。通過對多個國家內(nèi)外著名品牌水性涂料產(chǎn)品進(jìn)行性能、業(yè)績、性價(jià)比等多方面綜合比較，我們優(yōu)選民族品牌的華豹水性工業(yè)涂料進(jìn)行工藝試驗(yàn)、典型工件試驗(yàn)、車輛產(chǎn)品試驗(yàn)。

3.1  工件表面狀態(tài)及處理方式

在軌道車輛、工程機(jī)械等裝備制造行業(yè)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，油漆涂裝范圍涉及板材、加工件、焊接件、結(jié)構(gòu)件、零部件、機(jī)組及整車。工件材質(zhì)多種多樣，包括熱軋鋼板及型鋼、冷軋薄鋼板、鍛鑄件、不銹鋼、鋁合金、玻璃鋼等。工件表面狀態(tài)也千差萬別，如氧化皮、銹蝕、油污、切削液、焊接防濺劑、舊漆膜及灰塵雜質(zhì)等。為保證油漆涂層的附著力及穩(wěn)定性，需要針對不同工件結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及表面狀態(tài)進(jìn)行針對性處理并到達(dá)一定的清潔度、粗糙度，采取的處理方法及要求見表4。

水性涂料施工過程中，工件涂裝前表面處理方法和質(zhì)量要求和溶劑型油漆是相同的，工件進(jìn)行常規(guī)表面處理后噴涂水性工業(yè)涂料，涂膜狀態(tài)及附著力良好。客觀地說水性涂料對表面清潔度更敏感，如果偶然情況下出現(xiàn)清潔度不達(dá)標(biāo)而噴漆的情況，溶劑型油漆隱患會長時間存在，水性涂膜會在短時間內(nèi)表現(xiàn)出來，為及時處理提供了可能性，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制，避免影響的擴(kuò)大化，在一定條件下水性涂料更起到了表面清潔度檢查的作用。

3.2  環(huán)境溫濕度對水性涂料施工的影響

施工溫度和相對濕度是涂料正常施工、成膜的重要環(huán)境條件。水性涂料可以噴涂的溫度范圍10～35℃，相對濕度20％～85％，理想的噴涂溫度范圍18～30℃，相對濕度30％～70％。在實(shí)際噴涂時根據(jù)具體涂料類型及施工要求，通過合理選擇噴涂方式及噴槍型號，調(diào)整工藝參數(shù)，可進(jìn)一步擴(kuò)大可正常施工的溫濕度窗口范圍。例如通過調(diào)整涂料粘度、涂料流量及噴涂速度、空氣壓力及流量、涂膜厚度、重涂間隔及表干時間等，以提高水性涂料對施工環(huán)境的適應(yīng)性，達(dá)到理想的涂裝效果。

水性涂料的干燥同樣受溫度、濕度、氣流的影響，溫度高、濕度小、空氣流速快，涂層干燥快。水性涂料可以自然干燥，也可以加熱干燥，加熱烘干前應(yīng)進(jìn)行充分的表干或逐步升溫干燥，可避免表面干燥過快導(dǎo)致涂層缺陷。

3.3  多樣性配套應(yīng)用

水性工業(yè)涂料基本配套體系的確定還應(yīng)考慮水性涂料與溶劑油漆的配套性能，這主要基于以下情況：首先水性涂料應(yīng)用初期，不可避免存在與溶劑油漆同時使用并逐步向水性涂料過渡階段；其次軌道車輛運(yùn)用期間及檢修過程中，涂層修補(bǔ)及再次涂裝時也存在水性涂料與溶劑油漆間彼此涂覆的可能性。

中車北京二七機(jī)車公司應(yīng)用水性工業(yè)涂料過程中，經(jīng)過一段時間的交叉使用，庫存溶劑油漆得到最大限度的利用，實(shí)現(xiàn)無縫隙銜接轉(zhuǎn)型。通過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，水性工業(yè)涂料配套體系是穩(wěn)定的、良好的。

3.4  噴涂工具及噴涂方式

軌道車輛涂裝主要采用高壓無氣噴涂、高壓混氣噴涂及空氣噴涂等，涉及到自動噴涂和人工噴涂方式。其中高壓噴涂主要用于底漆、底面合一等厚涂層施工，中間涂層漆、面漆等的一般采用空氣噴涂。

水性工業(yè)涂料的工藝過程、施工方式、參數(shù)控制與溶劑型油漆相似，用于溶劑油漆的噴涂工具完全適用于水性工業(yè)涂料，在溶劑油漆和水性涂料交替使用過程中，只要注意將噴漆槍（泵）及管路中的殘留油漆涂料及溶劑清洗干凈，再更換為水性涂料即可。

3.5  噴漆室及涂裝生產(chǎn)線

軌道車輛普遍采用干式噴漆室或噴漆烘干室，室內(nèi)送排風(fēng)為上送下吸。干式噴漆室的特點(diǎn)是在室體下部底部采用過濾棉吸附漆霧，有機(jī)廢氣通常采用活性炭吸附等方式處理，噴漆室運(yùn)行及維護(hù)過程中沒有水的消耗及廢水排放，軌道車輛行業(yè)典型干式噴漆烘干室主要技術(shù)參數(shù)見表5。噴漆室、烘干室一般采用獨(dú)立布局，通過軌道及遷車臺與膩?zhàn)娱g、準(zhǔn)備臺位等其它功能臺位連接為間歇式的柔性生產(chǎn)線。噴漆室及生產(chǎn)線形式適合軌道車輛多產(chǎn)品、不同工藝流程、不同生產(chǎn)周期的靈活應(yīng)用，為水性工業(yè)涂料施工工藝過程及參數(shù)的必要調(diào)整提供了可行性。

4  環(huán)保要求及措施

近年來，國家和各省市對噴漆廢氣的排放越來越嚴(yán)格，以北京為例，2015年9月1日開始實(shí)施DB11/1226-2015《工業(yè)涂裝工序大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》地方標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)為全文強(qiáng)制執(zhí)行，規(guī)定2017年1月1日起現(xiàn)有污染源和新建污染源全部執(zhí)行更加嚴(yán)格的第Ⅱ時段排放限值，大氣污染物排放濃度限值見表6。本標(biāo)準(zhǔn)同時規(guī)定采用非原位再生處理工藝的噴漆室，每萬m?/h設(shè)計(jì)風(fēng)量的吸附劑使用量不應(yīng)小于1m，吸附劑更換周期不應(yīng)長于2個月。

DB11/1226-2015《工業(yè)涂裝工序大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施后，利用原有噴漆室繼續(xù)噴涂溶劑型油漆很難滿足環(huán)保排放要求。無論是通過增加活性炭填充量，還是改用分子篩濃縮及催化氧化燃燒等技術(shù)，改造難度和裝置建造投入都是巨大的，而且后期日常運(yùn)轉(zhuǎn)能耗及維護(hù)費(fèi)用很高。

水性工業(yè)涂料VOC含量很低，中車北京二七機(jī)車公司2016年在原有噴漆室條件下全面實(shí)現(xiàn)水性涂裝后，經(jīng)過多次例行環(huán)保監(jiān)測及臨時抽查數(shù)據(jù)均大大低于限值。實(shí)際生產(chǎn)施工表明用原有噴漆室噴涂水性工業(yè)涂料，漆霧粉塵通過底層過濾棉處理后就可以達(dá)標(biāo)排放。

5   綜合成本分析

生產(chǎn)過程中的油漆涂裝成本主要包括人工、油漆材料及輔料、設(shè)備及工裝工具、能源消耗等直接費(fèi)用，全面客觀的成本構(gòu)成還應(yīng)該從產(chǎn)品的全生命周期及環(huán)境影響、社會效益等多維度考慮，下面對水性工業(yè)涂料與溶劑油漆的綜合應(yīng)用成本進(jìn)行簡單分析比較。

5.1 材料費(fèi)用

油漆材料主要包括油漆涂料及配套稀釋劑等。水性涂料價(jià)格一般要高于同等性能的溶劑油漆價(jià)格，不同型號不同品牌差異較大，總體上國外及合資品牌明顯高于民族品牌，隨著市場占有率及產(chǎn)量的提高，水性工業(yè)涂料價(jià)格呈現(xiàn)逐漸下降趨勢。溶劑油漆在粘度調(diào)整及施工后工具清洗時需要消耗有機(jī)溶劑，而水性涂料直接采用純凈水或自來水，這方面水性涂料具有明顯價(jià)格優(yōu)勢。

5.2  設(shè)備費(fèi)用

在現(xiàn)有環(huán)保排放要求下繼續(xù)使用溶劑油漆，無論是新建噴漆室還是利用原有噴漆室，都必須在有機(jī)廢氣凈化處理上進(jìn)行更大投入，動輒幾百萬。原有噴漆室一般能滿足水性涂料施工并能夠達(dá)標(biāo)排放，不同氣候區(qū)域可根據(jù)需要加裝濕度調(diào)控裝置。

5.3  運(yùn)行費(fèi)用

針對有機(jī)廢氣處理裝置，采用非原位再生處理工藝的噴漆室、烘干室，活性炭等吸附劑填充量大，定期更換的材料、人工及廢材料處置等費(fèi)用高、工作量大、時間長。具有再生處理功能的吸附劑處理裝置及催化氧化燃燒處理裝置，運(yùn)轉(zhuǎn)能耗及維護(hù)費(fèi)用也是很高的。

5.4  排污稅費(fèi)

2015年6月我國發(fā)布《揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)辦法》，北京、上海、江蘇等十多個省市已經(jīng)陸續(xù)開征VOC排污費(fèi)。其中北京市2015年10月1日開始對石油化工、汽車制造等5大行業(yè)試點(diǎn)，VOC排污費(fèi)基本收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)20元/Kg，超標(biāo)排放40元/Kg。

2018年1月1日《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)稅法》施行，開始對大氣污染物、水污染物、固體廢物和噪聲征收環(huán)境保護(hù)稅，其中苯、甲苯、二甲苯等列入水污染物和大氣污染物征收范圍。

5.5  固廢處理費(fèi)

溶劑油漆產(chǎn)生的固體廢物危險(xiǎn)廢物，須嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行儲存、運(yùn)輸及無害化處理，2016年6月環(huán)保部等聯(lián)合發(fā)布新一版《國家危害廢物名錄》，將水性涂料生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生的固廢不再列為危險(xiǎn)廢物，相關(guān)細(xì)則頒布實(shí)施后水性涂料固廢處理簡單，降低了水性涂料的應(yīng)用成本。

5.6  安全生產(chǎn)溶劑

油漆是典型的易燃易爆品，在油漆生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸、涂裝施工過程中涉及的人員、工裝工具、設(shè)備設(shè)施、庫房廠房等須進(jìn)行防爆配置、建造、運(yùn)行，一旦發(fā)生不可預(yù)測的安全事故，后果和損失不可估量。水性涂料不燃不爆，生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)極低，在相關(guān)法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范指導(dǎo)下，將大大降低水性涂料的安全施工成本。

5.7  其他成本

溶劑油漆對直接操作人員、間接接觸人員健康的危害及對環(huán)境的影響毋庸置疑，企業(yè)和國家需要大量投入進(jìn)行勞動防護(hù)、監(jiān)測、治療、治理等。

6  應(yīng)用效果  

水性涂料與粉末 涂料、UV涂料、高固體份涂料等都是綠色環(huán)保涂料的發(fā)展方向，可根據(jù)涂料性能及涂裝產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、防護(hù)功能、工藝過程等合理選擇應(yīng)用。其中水性工業(yè)涂料的配套體系、工藝過程、施工方式與溶劑油漆相同，對原有噴漆設(shè)備的適應(yīng)性強(qiáng)，在軌道交通行業(yè)是傳統(tǒng)油漆最直接、最有效的替代產(chǎn)品。

2016年7月1日開始，中車北京二七機(jī)車公司全部產(chǎn)品、全涂層體系實(shí)現(xiàn)了水性化涂裝，徹底解決了VOC污染及涂裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)安全隱患問題。華豹品牌水性工業(yè)涂料應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車、工程機(jī)械、礦山車輛及出口機(jī)車等全系列新造和檢修產(chǎn)品，配套體系、施工性能、漆膜性能滿足防護(hù)裝飾要求。

涂料的綜合應(yīng)用成本構(gòu)成因素較多，從不同主體、不同階段、不同范圍、不同角度測算結(jié)果有所不同，綜合考慮使用水性涂料的直接成本不會明顯提高，但安全環(huán)保特性突出，社會效益和環(huán)境效益顯著。

7  結(jié)語

涂料涂裝正處于綠色轉(zhuǎn)型期，以水性工業(yè)涂料為代表的環(huán)保涂料，技術(shù)不斷進(jìn)步，性能不斷提高，施工技術(shù)不斷成熟，實(shí)現(xiàn)了從基本防護(hù)到高端裝飾的多功能多領(lǐng)域覆蓋。水性涂料社會認(rèn)可度和影響力不斷提升，目前已在汽車、機(jī)車車輛、工程機(jī)械、鋼結(jié)構(gòu)、集裝箱、風(fēng)電等多個行業(yè)應(yīng)用。在國家節(jié)能、環(huán)保政策法規(guī)推動下，配套技術(shù)不斷發(fā)展，水性工業(yè)涂料已經(jīng)迎來了快速發(fā)展機(jī)遇。