VOCs治理对工程机械涂料影响的分析研究

1、 18 / 18作者：一气贯长空VOCs治理对工程机械涂料影响的分析研究 工程机械是机械行业的一个重要的分支，2019年，国内工程机械销量达到169万台，其中挖掘机械销量创纪录超23.5万台，装载机销量超过12万台，工业车辆销量突破60万台。涂装是工程机械产品生产的一道重要工序，大量的工程机械需要消耗大量的涂料。因此，工程机械成为工业涂装VOCs治理的重点行业，在国家、省、市的VOCSs治理文件中被单独列出。在有关VOCs治理政策法规的影响下，高VOCs涂料使用受限，用量将会缩减，低VOCs涂料将被推广应用。1 工程机械涂装的特点及现状工程机械产品不仅种类、型号多，而且工件材质、形状、尺寸等变

2、化范围大，这使工程机械涂装与其他机械行业涂装相比有着自身的特点，主要包括以下几个方面。（1）涂装线差异大。有的工程机械一年的市场需求量十几万台，有的却只有几千台，甚至才几百台。即使是市场需求量大的产品，不同企业的产销量差距也很大，如，挖掘机，规模大的企业年产五六万台，规模小的却只有几百台。因此，工程机械涂装线规模差距大。由于企业生产规模差距大，涂装生产线的工艺、配置完全不一样，即使是生产相同的产品，也很难有流程、工艺相同的2条涂装生产线。不同产品的涂装生产线差异更大，一个企业的多条涂装线也没有完全相同的2条线，每一条线都是有针对性的非标设计。由于涂装线差异，新的涂料、工艺很难大面积复制推广。（

3、2）涂装线水平总体不高。2000年以来，工程机械行业在涂装方面的投入加大，新建了大量的涂装线。但是，受到生产规模等限制，涂装线的建设水平总体不高。行业龙头企业生产规模较大，涂装生产线投入也较大，水平相对较高。但是，与汽车行业涂装线相比，差距很大，如，工程机械行业的涂装线没有恒温恒湿的喷漆室，很多喷漆室送风系统不具备加热空调，这也成为水性涂料难以在工程机械行业快速推广的原因之一。（3）不同的工程机械产品零件涂装工艺不同。工程机械零部件板材厚度从1mm以下到50mm以上，外型尺寸从几厘米到十几米，质量从几百克到几吨甚至十几吨。由于工件尺寸的巨大差异，工程机械零件涂装很难统一采用相同的涂料和涂装工艺

4、。如，粉末涂装，作为一种无溶剂涂料的涂装工艺，不仅环保，而且涂料利用率高，1998年就开始在工程机械行业应用。但是，由于粉末涂料高温烘烤的要求和工程机械零件板材厚度的差异大，局限于工程机械薄板件。目前，工程机械行业使用的涂料有传统溶剂型涂料、高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料、电泳涂料等，施工工艺包括浸涂、空气喷涂、手工静电喷涂、旋碟静电喷涂、静电粉末喷涂、电泳等，一家企业可能拥有多条涂装线，采用多种涂料和多种涂覆施工工艺。（4）涂装工艺总体落后。由于零件差异大，且部分产品批量较小、种类多、结构复杂，因此工程机械大多不易实现自动化喷涂，基本是手工喷涂。零件结构存在腔、缝、孔等也影响了静电喷涂工艺

5、的应用。因此，工程机械的喷涂基本上是空气喷涂，底漆喷涂部分采用无气喷涂。虽然手工静电喷涂、旋碟静电喷涂、机器人喷涂在工程机械也有应用，但所占比例不大。2 涂装VOCs治理对涂料的要求工程机械涂装VOCs可从源头、过程、末端3个环节进行治理，以实现VOCs的减排。源头减排及采用低VOCs涂料，是实现VOCs减排最有效的途径，因此在国家及各省市相关文件中都将原材料替代列为VOCs治理的首要选项。2.1限制使用高VOCs涂料国务院打赢蓝天保卫战三年行动计划（国发201822号）要求“挥发性有机物（VOCs）全面执行大气污染特别排放极限值”，第二十条指出：“重点区域禁止建设生产和使用高VOCs含量的溶

6、剂型涂料”。从2018年开始，国家对重点区域高VOCs涂料的生产和使用进行了限制，不允许建设生产和使用高VOCs涂料的项目。长三角地区20182019年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案中也明确禁止生产高VOCs含量有机溶剂型涂料、油墨和胶黏剂的新、改、扩建项目，开始对生产和使用高VOCs涂料的项目亮起红灯。其他各省市的VOCs治理相关文件也要求对高VOCs涂料生产和使用项目进行限制。但是，对工程机械而言，高VOCs涂料却没有判定标准。2013年9月，国务院印发大气污染防治行动计划提出：“在石化、有机化学、涂料、包装印刷等行业实施挥发性有机物综合整治，完善涂料等产品挥发性有机物限制标准”。20

7、14年，建筑钢结构防腐涂料中有害物质限量（GB309812014）发布，但是并不适用于工程机械。2020年3月4日发布的工业防护涂料中有害物质限量（GB309812020）对工程机械用涂料VOCs含量有专门和具体要求，如表1。该标准已于2020年12月1日开始实施，工程机械使用的涂料VOCs含量不能超过表1的限值，否则属于不合格产品。表1 工程机械用涂料VOCs含量不仅在政策上限制，在法律上也加大了惩处。中华人民共和国大气污染防治法第四十六条规定“工业涂装企业应当使用低挥发性有机物含量的涂料，并建立台账，记录生产原料、辅料的使用量、废弃量、去向以及挥发性有机物含量”。第一百零八条明确指出：“违

8、反本法规定，有下列行为之一的，由县级以上人民政府生态环境主管部门责令改正，处2万元以上20万元以下的罚款；拒不改正的，责令停产整治”，其中一种违法行为就是“工业涂装企业未使用低挥发性有机物含量涂料或者未建立、保存台账的”。2019年5月22日，生态环保部下发关于进一步规范适用环境行政处罚自由裁量权的指导意见（环执法201942号），各省市随后制定了自己的“生态环境行政处罚裁量基准”，如重庆市生态环境局关于印发重庆市环境行政处罚裁量基准的通知（渝环201977号）、北京市生态环境系统行政处罚自由裁量基准（京环发20207号）、山东省生态环境行政处罚裁量基准（鲁环发20201号）等。山东省生态环境

9、厅下发山东省生态环境行政处罚裁量基准（鲁环发20201号）将未使用低挥发性有机物含量涂料裁量等级定位5级（裁量的最高为5级）。其他各省市也有相配套的生态环境行政处罚裁量基准，对于高VOCs涂料的使用，不仅仅是停留在限制上，还上升到了行政处罚或违法处罚上。2.2倡导使用低VOCs涂料2013年国务院大气污染防治行动计划中就已经提出“推广使用水性涂料”。但是，由于涂料、工艺、成本、环保压力等多方面的因素，2018年之前，水性涂料并没有在工程机械行业真正推广使用。重点行业挥发性有机物综合治理方案（环大气201953号）中，将工业涂装VOCs综合治理列为重点行业治理任务，要求“加大汽车、家具、集装箱、

10、电子产品、工程机械等行业VOCs治理力度”。重点行业挥发性有机物综合治理方案不仅明确要求“强化源头控制，加快使用粉末、水性、高固体分、辐射固化等低VOCs含量的涂料替代溶剂型涂料”，还更加细化要求“工程机械制造大力推广使用水性、粉末和高固体分涂料”。2020年6月3日，生态环境部下发关于在疫情防控常态化前提下积极服务落实“六保”任务，坚决打赢打好污染防治攻坚战的意见（环厅202027号），文件要求优先推行生产和使用环节低VOCs原辅材料源头替代。对未实行低VOCs原辅材料源头替代和未采用高效治理设施的企业，鼓励在夏秋季采取错峰减排措施。推广使用符合国家产品质量标准的低VOCs含量涂料、油墨、胶

11、粘剂和清洗剂。2020年6月24日，生态环境部发布了2020年挥发性有机物治理攻坚方案（环大气202033号）明确“大力推动低（无）VOCs原辅材料生产和替代。将全面使用符合国家要求的低VOCs含量原辅材料的企业纳入正面清单和政府绿色采购清单”。2020年6月29日，重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南（2020年修订版）（环办大气函2020340号）发布，工程机械整机制造作为重点行业之一。在绩效分级差异化指标中，A级企业原辅材料必须采用水性涂料、无溶剂涂料或粉末涂料，不允许使用溶剂型涂料。A级企业在所有重污染天气预警期间不强制采取减排措施，不采用溶剂型涂料的B级企业在重污染天气黄色、橙

12、色天气预警期间不强制性限产、停产，这就引导更多的企业采用水性涂料、无溶剂涂料或粉末涂料。广东省广东省环境保护厅关于重点行业挥发性有机物综合整治的实施方案（20142017年）要求表面涂装行业提高低挥发性有机物含量的涂料使用比例，鼓励企业使用符合环保要求的水性、高固体分、粉末等低VOCs含量的涂料。要求工程机械制造行业推广使用高固体分、粉末涂料，到2020年底前，使用比例达到30%以上；试点推行水性涂料。广东成为较早对工程机械涂料进行专门要求的省份。2017年的山东省“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案也和广东省一样，要求工程机械行业推广使用高固体分、粉末涂料，到2020年底前，使用比例达到3

13、0%以上；试点推行水性涂料。上海市挥发性有机物深化防治工作方案（20182020年）提出，工业行业全面推进低（无）VOCs含量原辅材料和产品源头替代，加快淘汰高挥发性溶剂生产使用，到2020年汽车制造、包装印刷、家具、集装箱制造等重点行业推广低挥发性产品。要求工程机械制造行业推广使用高固体分、粉末涂料，试点推行水性涂料。到2019年，低VOCs含量涂料使用比例达30%以上。2018年11月6日，福建省人民政府印发福建省打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案，鼓励重点行业企业开展生产工艺和设备水性化改造，加大水性涂料、粉末涂料等绿色、低挥发性涂料产品使用，加快涂料水性化进程，从生产源头减少挥发性有机

14、物排放。2020年5月31日，山东省生态环境厅下发山东省2020年夏秋季挥发性有机物强化治理专项行动方案（鲁环发202027号），明确要求持续推进源头替代。2019年12月13日，山东省生态环境厅下发山东省涉挥发性有机物企业分行业治理指导意见（鲁环发2019146号），要求表面涂装行业推进源头替代，通过使用水性、粉末、高固体分、无溶剂等低VOCs含量的涂料，替代溶剂型涂料，从源头减少VOCs产生。2020年6月30日，山东省生态环境厅下发山东省工业企业无组织排放分行业管控指导意见（鲁环发202030号），也要求表面涂装行业通过使用水性、粉末、高固体分、无溶剂等低VOCs含量的涂料替代溶剂型涂料

15、，从源头减少VOCs产生。全国大多数省市在VOCs治理相关文件中也都提出了原材料替代要求，对涂装行业基本上是推广使用高固体分、粉末涂料，水性涂料等低VOCs涂料，但在高固体分、粉末涂料，水性涂料排序上各省市有所不同，推进的时间点也不同。部分省、市专门对工程机械涂料进行了要求，都倡导使用水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料替代溶剂型涂料。2.3低VOCs涂料豁免国家危险废物目录（2016版）（环境保护部令第39号）中对使用水性涂料产生的漆渣、废漆桶等不强制列为危险废物，国家危险废物目录（2021版）（环境保护部令第15号）在这方面延续了2016版。关于水性涂料废渣是否属于危废，广州市生态环境局网站上

16、有一个答复“根据2016年8月1日起施行国家危险废物名录（2016版）指出HW12染料、涂料废物。（1）264-011-12其他油墨、染料、颜料、涂料（不包括水性涂料）生产过程中产生的废水处理污泥、废吸附剂。（2）264-012-12使用涂料（不包括水性涂料）、有机溶剂进行阻挡层涂敷过程中产生的废物。（3）900-252-12使用涂料（不包括水性涂料）、有机溶剂进行喷漆、上漆过程中产生的废物进行阻挡层涂敷过程中产生的废物。据此，水性涂料废渣及其沾染物（水性涂料桶）不属于危废”。虽然各省、市、地在执行时还存在差异，但是随着水性涂料系列标准的实时运行，对水性涂料的界定会具体、明确，水性涂料废渣是不

17、是危废也就明确了。对于高VOCs涂料的使用，相关文件都规定，必须对涂装废气进行收集、处理，且对收集率、处理效率都有要求。但是，对于低VOCs（10%）涂料，只要排放浓度、速率达标，就可以不进行强制性收集和处理。无论是危废的处置，还是涂装废气的收集处理，企业都需要投入资金和支付费用。虽然使用水性涂料成本较高，但是从废物处理费用上能够节省一部分，增大了企业使用包括水性涂料在内的低VOCs涂料的意愿。3 VOCs治理对工程机械涂装材料的影响从前面提到的文件可以看出，政府对工程机械涂料的导向非常明确。这一系列的政策性文件、强制性标准、惩罚性措施必将对工程机械涂料带来巨大的影响，使不同涂料在工程机械行业

18、使用的占比发生变化。3.1对传统溶剂型涂料的影响传统溶剂型涂料见证了国内工程机械行业的成长和壮大。传统溶剂型涂料工艺成熟，应用几乎不受工件、工况、工具限制，仍是目前工程机械用涂料中占比最大的一类。但是，传统溶剂型涂料施工状态VOCs含量一般在60%以上，且大多含有苯系物，涂装施工过程会释放出大量的VOCs，已经成为VOCs治理的重要对象。从前面的相关政策文件可以看到，对生产和使用传统溶剂型涂料新、改、扩建项目已经实行限批，这使得传统溶剂型涂料的产量和用量不会再增加。不仅如此，对已有的项目也提倡源头替代、水性化改造等。因此，传统溶剂型涂料在工程机械行业的应用占比将逐渐下降。3.2对水性涂料的影响

19、水性涂料相对于传统溶剂型涂料，VOCs含量大幅降低，施工状态VOCs含量一般在15%左右，有的甚至低于10%。因此，水性涂料是VOCs治理倡导推广使用的涂料之一。水性涂料是技术、工艺成熟的环保型涂料，但是在工程机械行业应用还面临一些难点和问题。一是水性涂料对施工条件要求较传统溶剂型涂料要高，工件表面温度要求15以上、环境温度和湿度等施工窗口较传统溶剂型涂料要窄。工程机械以结构件为主，过去基本上都是使用溶剂型涂料，喷漆线也都是按溶剂型涂料进行规划和配置的，没有考虑对工件进行预热，北方地区一些配置较高的喷漆线考虑了喷漆室冬季暖风空调，但很少有对湿度的调节控制装置。二是水性涂料施工工艺成本较传统溶剂

20、型涂料的要高。要满足水性涂料的施工条件，工程机械企业必须投入一定资金对现有喷漆线进行改造，这会导致涂装生产固定成本增加。完成改造后，冬季工件需进行预热，导致涂装生产能耗增加。另外，在6080温度下水性涂料的烘干时间需要40min，比普通溶剂型涂料烘干时间增加10min，漆膜干燥能耗相应增加30%左右。三是水性涂料价格较普通溶剂型涂料高10%50%，增加了工程机械涂装的物料成本。但是，水性涂料除了低VOCs特点外，较溶剂型涂料在安全、职业健康方面也有着明显优势。此外，水性涂料的一个重要优势是和电泳涂料、粉末涂料等环保涂料不同，施工应用不受工件大小限制，除前面提到的施工条件和工艺参数外，施工方法与

21、溶剂型涂料相同，可进行喷涂、浸涂等，而且也有自干型的水性涂料，满足各种不同金属零件的涂装需要。水性涂料在工程机械行业应用的时间不长，但受到VOCs治理的影响，近两年应用范围扩大呈加速之势。在未来两年内，VOCs治理对工程机械水性涂料的影响还将持续，会有越来越多的工程机械企业采用水性涂料替代现有的溶剂型涂料，水性涂料将成为工程机械中应用量最大的一类涂料。3.3对粉末涂料的影响粉末涂料的VOCs含量几乎为零，是VOCs治理源头替代的最佳选择，而且利用率可达到98%以上，几乎没有废物产生，工艺成熟，在各级涂装VOCs质量文件中都被列为传统溶剂型涂料的替代品之一。但是，粉末涂料烘烤温度在180左右，如

22、果板材较厚，能耗就增大。虽然粉末涂料在工程机械行业已经使用了20多年，但主要局限在机罩、驾驶室等厚度3mm及以下的薄板件上。随着VOCs治理的加强，能耗成本对粉末涂料应用的影响会有所弱化，粉末涂料在工程机械行业的应用范围将会扩大，从3mm及以下薄板件发展到6mm甚至是10mm的中厚板件，会有越来越多的企业和产品采用粉末涂料替代溶剂型涂料。3.4对电泳涂料的影响电泳涂料是一种VOCs含量很低的环保型涂料，符合VOCs治理的要求，且在工程机械行业已经使用了近20年，工艺非常成熟。但是，电泳涂料适合于大批量生产和薄板件涂装。由于电泳涂装生产线一次性投资大，小批量的生产难以支撑企业去投入和运营一条电泳

23、涂装线。电泳漆膜干燥温度在120以上，厚板件能耗较大，因此只能用于机罩、驾驶室等工程机械薄板件。另外，工程机械产品零部件外型尺寸和质量都非常大，受电泳槽尺寸的限制难以实现电泳涂装。因此，VOCs治理对电泳涂料在工程机械行业应用的影响不会很大。3.5对高固体分溶剂型涂料的影响高固体分溶剂型涂料固含量一般在60%85%，施工状态的VOCs含量比传统溶剂型涂料的要低10%30%，因此在涂装VOCs治理文件中，高固体分溶剂型涂料也被作为低VOCs涂料而推荐使用。高固体分溶剂型涂料施工工艺、条件与传统溶剂型涂料完全相同，不需要进行设备改造，因此可作为传统溶剂型涂料的一种快速替代涂料。但是，高固体分溶剂型涂料仍然含有较高的VOCs，采用高固体分溶剂型涂料和使用传统溶剂型涂料一样，必须采用燃烧方式处理才能使废气达标排放，环保投资大，运行费用高。高固体分溶剂型涂料仍属于溶剂型涂料，即使是通过工程机械涂装绩效B、C级评价的企业，在重污染黄色、橙色预警的情况下会被要求限产。另外，高固体分溶剂型涂料和水性涂料一样，6080温度条件下漆膜烘烤的时间比普通溶剂型涂料的要长10min，单个工件漆膜干燥能耗增加30%左右。因此，高固体分溶剂型涂料的应用范围不会很大。3.