说到大气雾霾,然后首先要了解一下什么是雾霾。雾霾它的定义在气象学上的定义,它是定义成这样的:霾天气的定义是大量及细微干尘粒均匀浮游在空气中,使水平能见度小于十千米的空气普遍有浑浊现象,使远处光亮物微带黄色、红色,使黑色微带蓝色,它也成为大气金色云。但是在我们环保当中,对霾的定义是这样子的,它说的是空气中的灰尘、硫酸盐、硝酸盐等颗粒物组成气溶胶系统造成的视觉障碍我们叫做霾。经常说雾和霾联在一起,大家一说就是雾霾,但是雾和霾是有区别,最大的区别在于水分的含量,但水分含量达到90%以上,我们叫做雾,水分含量低于80%的时候我们叫做霾,在80和90之间是雾霾的混合物。雾和霾有一些肉眼看得见的东西,雾的颜色是乳白色、青白色,霾的颜色是黄色呈灰色,雾的边界非常清晰,过了雾区可能大家就能看到晴空万里,霾与周边环境边界看不清楚,霾的原因是城市化、工业化一个主要因素。当出现雾霾天气的时候,天空会呈现阴灰色,能见度不够,霾与城市空气污染相关联,当霾严重的时候,对人们的生产生活和身体健康产生一定的影响。我们北京地区霾天气雾霾等级分为三级,轻度霾、中度霾、重度霾。轻度霾指相对湿度小于80%,能见度大于5公里,小于10公里,中度霾空气湿度小于80%,能见度在2公里到5公里之见,重度霾指能见得要小于2公里的情况。这几张照片北京从去年下半年到今年年初典型雾霾天气的照片,大家都感同身受,从去年下半年好今年上半年雾霾天气爆发频率是比较多。
说到雾霾,雾霾和PM2.5经常联系在一起,其实雾霾天的情况下PM2.5经常超标,PM2.5指大气中空气动力学直接小于或者等于2.5微米颗粒物,也称之为可吸入颗粒物,他的直径不要人体头发丝20分之一,可吸入颗粒物进入到人体系统以后可以进入到人体的血液参与全身的循环,对人体的健康是有非常严重的影响。空气中PM2.5来源主要有两个:一是直接排放一次源,他有自然源,交通扬尘、农田扬尘,风的扰动下造成排放。另外就是人为源,我们通常是固定源和移动源。固定源的来源通过燃烧,工业生产生产过程排放。移动源指机动车行驶过程中造成的排放。另外他是二次形成,通过排放到大气当中二氧化硫、氮氧化物和VOC在空气当中满足一定条件发生一定的化学反映,形成硝酸盐、硫酸原和二次有机其溶剂造成2.5的升高。VOC现在很多研究就表明,VOC是PM2.5非常的重要的前提,VOC来源很多后面会有介绍。作为涂料生产和使用是VOC最主要的贡献源。这张照片刚才环保部朱博士已经给大家演示过,VOC的定义在不同的国家和不同领域对VOC定义是不完全一样,朱博士也提到咱们国家在制定咱们国家VOC定义,关于咱们国家VOC定义涂料协会杨秘书长多次会议提到,因为咱们国家在这块没有明确的定义,不同的定义包含VOC种类也是不一样的,所以这是咱们现在面临很重要的问题,好像环保部也已经有了初步的定义,包括VOC一些物种都有了一个指南,相信很快大家会见到一些内容。
关于挥发性有机物分类和特点给大家做一个简单介绍。挥发性有机物是挥发性化合物的统称,种类有几千种。它的特点分子量非常小,在一般情况条件下比较容易气化,有机物质生成过程中形成,也可以在有机物质发生化学分解或者生物降解过程中形成,排放到大气环境当中。挥发性有机物含量和种类往往测定方法条件的不同而不同。关于现在咱们国家对挥发性有机物,尤其有一些污染源的排放方法和测定方法还没有特别系统、特别全面的监测方法,现在环保部在组织专家编制这些方法。VOC特点有非常强的活性,是一种性格比较活泼的气体,在大气当中以一次性挥发物气态存在,在紫外线照射下在一定环境条件下发生变化生成固态、液态或者二次并存颗粒物存在。随着天气变化漂移扩容进入水和突然,污染到我们环境。VOC种类非常多,VOC来源同样也分为人为源和天然源,天然源比较简单,咱们植物通常也会排放VOC,植物排放VOC也是活性比较高。火山爆发也会排放VOC。人为源主要包括固定燃烧源,像电场、锅炉燃料燃烧过程中排放VOC。还有排放量比较炼油、石化这一块,还有工业活动溶剂使用装置的活动,像溶剂使用装置跟咱们家具生产有关系,还有移动源,移动源是2.5最主要的来源,北京大概占到30%左右。还有油品储与销,还有生活源,生活源主要是咱们从去年开始炒的比较热餐饮油烟,干洗行业干洗过程中造成的排放,还有汽修,北京汽修划归生活源。还有农业源,使用化肥、农药造成的排放。
大家生产涂料都知道VOC的毒性,毒性VOC种类占到30%左右,不光是比较轻对皮肤、眼睛、呼吸道造成刺激性或者腐蚀性。重的对我们神经系统,影响我们神经系统、肝脏、肾脏、胃这些器官。最严重就是致癌性,VOC大气环境和其他发生反映,形成光化学烟雾。VOC排放的甲烷可以增加温室效应,还有VOC在大气当中和氮氧化物、二氧化硫、铵盐之类发生反映,形成二次有机其溶剂,对PM2.5贡献非常大。VOC排放到高空和臭氧发生反映,形成臭氧空洞,可以增加紫外线的辐射。VOC排放在近地面排放有可能形成臭氧,近地面臭氧对人体健康不利,在高空中可以加剧臭氧的消耗,VOC的排放不管在近地面还是高空都是非常不好的一件事情。这是VOC在大气当中反映的图,VOC加强大气氧化活性,加强PM2.5形成,在反映过程中还能够形成臭氧,还可以和二氧化硫、氮氧化物发生反映形成二次有机其溶剂。根据我们北京市的研究发展,二次有机其溶剂在PM2.5成分占到20%左右的比例。VOC现在在北京市是我们PM2.5和臭氧这两大空气质量难题当中扮演非常重要的角色,而且VOC很多种类是有毒,直接危害人体的健康。
“十三五”期间,我国要完成到2020年单位GDP碳排放要比2005年下降40%~45%的国际承诺低碳目标,并且要为完成《中美气候变化联合声明》中提出的我国在2030年左右要达到碳排放的峰值的中长期低碳发展目标奠定基础,同时要在大气污染防治等环境指标方面取得明显成效。为此,国家有关部门颁布了系列环保法规,已如前述。根据我国“十三五”规划目录中环保、资源规划相关信息,涂料、涂料助剂、涂料颜料行业也应有针对性地制定“十三五”节能环保发展规划。主要涉及以下方面:
(1)深化行业准入机制研究;
(2)节能减排;
(3)推进资源循环利用技术发展,节约资源;
(4)完善环保激励机制和惩罚机制;
(5)完善安全应急体系建设。
涂料及相关行业发展过程中面临的环保问题主要有:VOC排放、三废超标排放、重金属污染等。
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VOC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VOC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VOC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VOC含量低于420g/L(含)的涂料免征消费税。
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VOC比例偏高,国内大多数涂料缺少VOC限值标准,已有标准与发达国家相比较为宽松。
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%。
针对配套产品升级任务及旧线改造问题,做以下规划建议:
(1)淘汰一批、限制一批、鼓励一批。逐步淘汰高VOC低固体分溶剂型汽车原厂漆,限制高VOC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VOC涂料涂装线。
(2)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VOC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。
(3)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。
(4)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。
(5)VOC总去除率达到90%以上(含)(非重点区域为80%以上)。
2014年全国船舶涂料供应量约为25000万L,约合32.5万吨,全年VOC排放约为20万吨。鉴于船舶涂装特殊性及功能性要求,削减VOC排放最直接有效的手段就是从源头降低涂料VOC含量。
(1)源头控制。底漆固含量从72%提高到80%,VOC降低17.7%,施工同等膜厚,涂料用量可减少11%,总VOC的排放减少26%;无溶剂产品基本不含VOC;固含量相近的水性产品相比溶剂型产品,VOC的含量可以减少超过80%(表2-1)。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。
(2)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。
(3)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。
(4)限制高VOC低固体分溶剂型船舶涂料生产应用,VOC超过500g/L或者稀释后VOC含量超过600g/L涂料应予以限制生产或逐步淘汰。
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。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VOC均是无组织排放。
1、开发低VOC钢结构防腐涂料,减少有机物挥发
(1)推广一批高固体分涂料,如高固体分环氧涂料、丙烯酸聚氨酯涂料、脂肪族聚脲涂料、聚硅氧烷涂料已经有高固体分产品推出,并在国内外已成功应用。
(2)应用一批成熟的水性涂料,如水性丙烯酸涂料、水性环氧涂料、水性聚氨酯涂料、水性无机富锌涂料。虽已有产品应用案例,但受限于施工因素(冬季低温施工)及产品成本的影响而得不到大规模应用,可通过产品技术攻关与规范施工环节结合的方式,提高产品市场的应用份额。
(3)限制和淘汰一批涂料。溶剂型热塑丙烯酸、过氯乙烯、高氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯等涂料在施工时产生较多的VOC,同时这几种涂料在性能上已完全可以用其他高固体分涂料取代,建议给予限制或淘汰。
2、提高涂层防腐质量降低涂层维修次数
钢结构产品的生命周期往往长于涂层寿命,因此在整个钢结构产品生命周期内,涂层要定期进行维修维护,而每多一次涂装维护就会多产生一次VOC释放,因此根据防腐时限要求针对性选用长效防腐涂料,可有效降低整个钢结构使用过程中的VOC排放。
3、清洁、规范施工
推广采用高压无气喷涂、空气辅助无气喷涂、高压无气静电喷涂、热喷涂等高施工效率、低污染涂装技术,禁止在露天环境下采用高压空气喷涂工艺,降低漆雾产生,从而降低VOC排放;规范施工,提高基层涂料附着力,防止因基层涂料脱落造成的涂层维护,从而降低VOC排放。
在有条件车间作业环境中,应督促鼓励安装后端处理装置,通过燃烧、吸附、吸收等方法对施工过程中产生的有机溶剂进行回收处理达标后排放,降低污染。
(1)突破水性木器涂料技术瓶颈。部分产品性能还不能达到溶剂型产品的要求,如丰满度较差、表面张力大、单组分涂膜强度低、封闭性较差、表层返修难、吸水胀筋等问题。部分缺点经过聚合工艺改进、分子结构设计、无机有机复合改性、纳米技术等手段已经得到改善,但在丰满度、表层返修等问题仍存在较大不足。
(2)政府采购应优先选择水性涂料涂装的家具。在各大政府采购项目,建议采购水性木器涂料涂装家具,给民众起到带头作用。
(3)淘汰一批、限制一批、鼓励一批。淘汰高VOC溶剂型硝基木器涂料等高污染产品;限制其他高VOC溶剂型木器涂料新线建设及生产规模,并逐步淘汰;鼓励水性木器涂料技术研发及推广应用。
(4)督促并鼓励木器家具涂装企业加装废气过程收集设备和末端处理设备。
开发低VOC环境友好型涂料,突破技术瓶颈,降低成本,提高质量。水性涂料和高固体分溶剂型集装箱涂料全面应用还尚需时日,需不断完善配套体系、降低成本、进一步降低产品VOC含量、提升防腐性能和涂膜强度,同时还必须解决水性涂料冬季修补难题,使其更具广泛适用性。
(1)水性涂料在集装箱制造业已有一定应用,如水性PVDC底漆、水性丙烯酸内外用面漆双层配套体系,或是水性环氧富锌底漆、水性环氧中间漆、内面漆、水性丙烯酸外面漆三层配套体系,可有效降低VOC排放量85%。
发展瓶颈水性集装箱涂料的防腐性能与现有溶剂型涂料性能仍有一定差距,且因气温、湿度关系存在冬季修补难题,制约其推广应用。缺乏富锌底漆保护的双层防护体系,防腐能力暂还不能与三层体系相提并论,虽已有水性环氧富锌底漆研发成功,并实现了水性三层防护体系,但成本太高,且防腐性能也受到业界质疑,故在水性防腐涂料及配套产品技术攻关上还有较长的路要走。
成本在2012年,受成本问题制约,水性涂料体系单箱成本较溶剂型涂料高80~100美元,若无重大技术突破降低产品成本,则成本将成为水性涂料推广的最大障碍。
(2)高固体分溶剂型涂料。现已开发了高固体分环氧中间漆和高固体分环氧内面漆,高固体分环氧富锌涂料仅完成试验工作,体系还不够完善。
(3)涂装工艺升级。采用车间底漆自动辊涂、整箱排喷工艺,在保证质量的前提下,不仅节能降耗,而且有效减少涂料用量,达到VOC减排目的。
(1)降本提质。工程机械行业竞争激烈,降本保质是利益所驱,涂装方面自然就要求物美价廉,但水性涂料和高固体分溶剂型涂料的材料成本与施工成本都偏高,因此,需要在技术上有所突破,降低环境友好型涂料在工程机械行业上的应用成本,打破其被动推广模式。
(2)增强表面适应性。工程机械钢板较厚,表面处理没有船舶、汽车制造要求高,故而表面处理在脱脂、磷化、化学残留、水膜等方面几乎都未做有效处置,因此需要涂料具有较高的表面适应性(如低表面处理涂料),从而可降低生产成本。
(3)突破产品通用性。工程机械零件较多,涂装需要多类型涂料,在保证质量前提下,设计通用型防腐产品,可有效降低涂装成本和涂装难度。
(4)速干问题。水性涂料通常存在干燥速率较慢问题,提高水性涂料的干燥速率可有效打开水性涂料在工程机械涂装中推广被动的局面。
(5)开发修补专用涂料。原厂漆修补不便,开发低VOC环境友好型修补专用涂料,填补工程机械修补市场巨大缺口。
(6)清洁施工、高效喷涂。利用机器人喷涂、静电喷涂先进喷涂方式提高涂料利用率,降低VOC排放;减少溶剂使用量,回收清洗溶剂。
(7)督促安装涂装的末端处理设备,对废气做到收集处理,达标排放。
国内建筑涂料中80%以上是水性乳胶漆,VOC含量不高。然而,其余20%仍为溶剂型建筑涂料,其VOC减排任务仍较重。因此,国家环保部批准了国家环保公益项目《建筑类涂料VOC含量限值及管控途径研究》,中国涂料工业协会作为项目协作单位参与此项目,将重点承担此部分中的诸多工作。
(1)开展国内在用建筑类涂料类型及使用情况的行业调研和市场调研,掌握不同类型建筑类涂料的污染特征;
(2)建立VOC含量检测分析方法,对国内在用主要类型的建筑类涂料组织实施VOC含量检测分析;
(3)筛选适合我国管理水平的VOC污染防治技术,编制建筑类涂料VOC污染防治技术指南;
(4)调研国外在含挥发性有机物产品管理方面的政策、法规和标准,提出各类建筑类涂料挥发性有机物管控制度。
(5)含铅与重金属涂料的替代目标。当前涂料中含铅及其他重金属成分的来源主要有以下4个方面:
①使用了含有铅及其他重金属杂质的原材料,如铝粉、锌粉、滑石粉、高岭土、硅藻土等填料中带有一定量的铅及其他重金属杂质。
②使用了含铅的助剂,如以往使用羧酸铅催干剂、植物油制醇酸树脂的醇解催化剂黄丹等。
③使用含铅及其他重金属的颜填料,如以前使用红丹、黄丹、碱式硅酸铅白等,现仍在使用铅铬黄。
④使用含铬的表面钝化剂。
其中,①和②在技术和经济方面基本上不存在问题,只是要完善涂料限铅及重金属的有关政策标准,严格监督,可完全符合代铅等重金属标准;③中的红丹、黄丹完全取代在技术和经济方面不存在问题,只需要严格监督;只是铅铬黄的替代,在技术和经济两方面均有一定难度,“十三五”期间取代铅铬颜料要达到工业化推广的程度,建议引入激励政策机制,对于含铅涂料项目替代工作完成出色的单位,国家可给予一定的奖励和补贴,推进淘汰含铅涂料工作的进展;④中的金属涂装表面钝化处理取代含铬处理剂在技术上有很大进步,关键在严格要求和积极推广。
漆膜起皱或开裂:产生问题的原因是厚涂的水性漆漆膜在高温下,漆膜表层迅速干燥成膜而厚厚的内层却干燥缓慢,在干燥过程中漆的流动产生张力差,导致最终成膜表面不平,即起皱;或直接导致底漆漆膜开裂现象。因此施工时,不要一次厚涂,应采取薄涂、多遍;同时保持家具在温度15度以上,湿度70%以下,通风良好的环境下,让漆膜正常干燥。
漆层间附着不良:造成漆膜层间附着力不良的直接原因是施工时,基材或涂层之间没打磨,造成附着力不好(因为水性漆是物理成膜,靠表面的摩擦力来提高附着力);间接原因是夏季气温高,湿漆膜与干漆膜界面形成牢固层所需时间不足,使附着力受影响。因此,要求施工人员施工时,每层间要进行充分打磨,增强附着力,同时施工安排在早晚为宜,确保产品的内在质量得以体现。
漆层发白:主要是施工环境湿度太大,施工过程中涂膜太厚等原因造成的。因为夏季气温高,部分地区空气湿度较大。漆层的表干时间随着气温的升高而加快,但是实干时间却较为缓慢;油漆工在施工过程中,可能忽略了实干时间,而在漆层表干之后,就立刻上另一道漆,导致底部漆层未完全实干,产生漆层发白的现象。因此要掌握好施工的间歇时间,一定的情况要在漆层实干下,再进行下一道工序施工。
漆层流挂:产生问题的主要原因漆液加多了水,太稀,涂刷太厚,或空气湿度太大,漆层干燥缓慢,导致流挂。因此,施工时候注意,加适量的水稀释,薄涂多遍,选择湿度低的天气施工。
污斑:油漆表面产生污斑的原因很多。例如:乳胶漆中的水分溶化墙上的物质而锈出漆面,用钢丝绒擦过的墙面会产生锈斑,墙内暗管渗漏出现污斑等。为防止污斑,可先刷一层含铝粉的底漆,若已出现污斑,可先除去污斑处乳胶漆,刷层含铝粉的底漆后,再重新上漆。
失去光泽:原因是未上底漆,或底漆及内层漆未干就直接上有光漆,结果有光漆被木料吸收而失去光泽。有光漆的质量不好也是一个原因。用干湿两用砂纸把旧漆磨掉,刷去打磨的灰尘,用干净湿布把表面擦净,待干透后,再重新刷上面漆。要特别注意的是,在气温很低的环境下涂漆,漆膜干后,也可能会失去光泽。
漆面毛糙:新上漆的表面毛糙,通常是所用的漆刷不干净或受周围环境污染之故。也有可能是油漆中混有漆皮,在使用前未经沉淀和过滤,或油漆未干时沾上了灰尘。为防止发生上述问题,必须采用干净的漆刷和漆桶。旧漆使用前,一定要用油漆滤纸或干净的尼龙丝袜过滤。另外,漆好的表面在油漆未干时要用罩子或硬纸板遮住,以防沾上灰尘。如果漆面毛糙,待其干透后,用干湿两用砂纸打磨光滑、擦净后,再重新刷上油漆。要特别注意漆刷必须是干净的。
油漆不干:室内通风不好或温度太低,油漆就干得慢。这是可以打开所有门窗促进通风,或在室内放一个加热器增加室温。如仍未能解决问题,则可能是上漆的表面油腻。这可用化学除漆剂或加热法除去油漆,彻底把表面擦干净,然后再重新上漆。
漆面粘上小虫:尽量趁油漆未干时把小虫剔去,然后用刷子沾一点油轻修补一下表面。要是油漆已开始变干,则要等漆膜完全变硬,再把小虫擦掉,这样做才不会把表面弄得一塌糊涂。