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張 瑞，于 萍，楊建明
（山推工程機械股份有限公司，山東濟寧 272000）

摘 要：由于采用水作為溶劑，水性涂料在職業健康、安全和環境保護方面較傳統溶劑型涂料具有優勢，使用水性涂料能大幅降低 VOCs的排放量，因此采用水性涂料成為涂裝行業“藍天保衛戰”的一個主要選擇。水性涂料能否大規模替代傳統溶劑型涂料的必要條件是，功能上的各項指標如防銹、防水、耐油、耐高溫、裝飾等性能及壽命是否滿足具體工況需要。水性涂料與溶劑型涂料在施工工藝上有所區別，已有噴涂線是否滿足或通過適當的改造后滿足水性涂料的施工應用，是水性涂料替代溶劑型涂料的充分條件。最后，影響工業企業是否采用水性涂料替代溶劑型涂料的是成本，最終的決定因素或驅動力則是綜合效益。

關鍵詞：HSE；水性涂料；VOCs；功能性；涂裝線；設備改造；成本；效益

 

近年來，由于霧霾天氣的出現，大家越來越關注環境保護，越來越關注空氣污染。一系列的環保政策、標準把環境污染治理落實到具體的污染源上。揮發性有機化合物（VOCs）被認為是導致霧霾的重要污染物[1]，而工業涂裝又被認為是重要的 VOCs 污染

源[2]。為此，水性涂料作為環保涂料之一，逐步在各種工業產品上得到應用。本文討論了工程機械用涂料由溶劑型切換至水性涂料的意義、需要的條件等。

1 切換水性涂料的出發點——HSE

水性涂料與溶劑型涂料相比，在職業健康、安全和環境保護（HSE）方面都具有優勢。首先，水性涂料以水為稀釋劑，含有的有機溶劑及有毒有害物質濃度大幅降低，對涂裝工人潛在的職業危害大大減少。其次，水性涂料采用水作為稀釋劑，貯存、施工過程的爆燃風險幾乎降為零，大大減輕了生產安全管理壓力。再次，水性涂料的溶劑含量可比傳統溶劑型涂料降低 75%，涂料使用過程產生的 VOCs 大大減少，相應的排放也會減少，從而減少對環境的污染。從 HSE 方面看，最主要的出發點是環境保護。近年來，霧霾天氣增多，大氣污染問題日趨突出。根據相關的研究，VOCs 是造成霧霾的主要元兇，而涂裝是VOCs 的重要來源。為此，國家和地方發布了系列環保標準政策法規，打響了“藍天保衛戰”，鼓勵使用水性涂料或其他低 VOCs涂料，限制使用傳統溶劑型涂料，從源頭減少 VOCs 的產生和排放。減少涂裝VOCs的產生和排放已成為涂料涂裝行業參與藍天保衛戰的主要行動。雖然 VOCs減排的途徑有多個，但源頭減排是比較好的一個選擇[3-4]。

2 切換水性涂料的必要條件——滿足功能性指標

涂料及其涂裝是為了滿足一定的功能性，比如滿足防銹、防水、耐油、耐高溫、裝飾等某一個方面的功能指標或同時滿足多個方面的功能指標。這些功能指標是由涂裝產品本身的用途、品質、工況等決定的，不會因采用涂料性能的不同而不同。因此，要將產品涂裝從溶劑型涂料改變為水性涂料，其必要條件就是采用水性涂料后，涂裝的功能性指標或者漆膜的性能指標不能下降。

功能性指標驗證是水性涂料替代溶劑型涂料必須要做好的基礎工作。涂層的功能性不僅會影響被涂產品的外觀效果，還會影響產品的使用壽命，進而影響產品的綜合質量和市場。因此，即使是溶劑型涂料更換型號、品牌，也是非常慎重的一項工作，必須進行大量的檢測和驗證。水性涂料替換溶劑型涂料就更不用說了，必須對涂層的各項性能指標進行檢測，特別是防腐蝕涂層的耐鹽霧性、裝飾性涂層的耐老化性等重要功能性指標，必須完全達到原有溶劑型涂料涂層的標準。否則，就存在不確定風險。

 

表1、水性涂料與溶劑型涂料施工工藝條件差異

序號	工藝條件	溶劑型涂料	水性涂料	備注
1	工件表面溫度	一般不做要求	10-35℃	使用水性涂料冬季施工工件需預熱，使用溶劑型涂料則不需要，噴涂水性涂料時工件表面溫度要大于露點溫度3℃以上
2	噴涂環境溫度	一般不做要求	10-35℃	使用水性涂料噴漆室送風冬季須有暖風空調
3	噴涂環境溫度	一般不做要求	40%-75%	水性涂料比溶劑型涂料對環境濕度更為敏感
4	閃干	無	15min	采用水性涂料需設置閃干工位
5	烘干條件	80℃，30min	80℃，40min	厚板為10mm結構件為例
6	活化期	≤8h	≤3h	雙組分涂料

每種產品對涂裝功能性指標要求并不完全相同，對于其他行業、其他產品已經成功使用的水性涂料，可以參考，但不能直接采用，必須對相關功能性指標進行驗證。另外，一些關鍵性的功能性指標除了在實驗室或樣板上驗證外，還必須在具體的產品上進行驗證。這是因為，即使是相同的涂料，不同材質、不同表面狀態、不同環境下得到的涂層性能會存在差異。

只有在功能性指標得到充分驗證的前提下，才能啟動水性涂料替換溶劑型涂料的工作。當然，功能性指標驗證只是第一步，后面還有一系列的工作。從目前水性涂料在集裝箱、軌道交通、工程機械等行業的應用來看，功能性指標是沒有問題的[5-11]。以三一重機有限公司昆山園區為例，2018 年就已經有 10 條水性涂裝生產線，水性涂料在挖掘機上已經成熟應用[12]。但是目前水性涂料產品參差不齊，必須選用穩定、可靠的水性涂料產品。

3 切換水性涂料的充分條件——工藝可實現

水性涂料的功能性指標滿足了并不代表水性涂料就可成功替代原有的溶劑型涂料。這是因為，水性涂料實際施工工藝條件與溶劑型涂料差異較大，如表 1，已有的涂裝生產線是不是具備水性涂料的施工條件或改造條件，需要針對每一條涂裝線進行分析診斷。

與溶劑型涂料相比，水性涂料施工時要求被涂產品表面溫度、環境溫度、環境濕度范圍更加窄。比如，溶劑型涂料一般對工件表面溫度沒有要求，但水性涂料有，因為工件表面溫度低，噴涂水性涂料容易形成流掛。另外，與溶劑型涂料相比，水性涂料漆膜的干燥溫度和時間會有不同，一般時間要求更長，溫度要求更高。

對于本身就具備水性涂料施工條件的涂裝線來說，水性涂料功能性指標滿足了就可以著手切換。比如汽車行業的涂裝線，建設水平高，車間密封性好，噴漆室配置了溫濕度調節系統，切換水性涂料相對容易。再比如工件噴漆前有熱水清洗的工件，就不需要再預熱，只需要烘干室溫度、長度滿足烘干要求即可。

但是，不同行業、不同企業、不同產品的涂裝線千差萬別，產品工藝流程不同，噴漆前表面狀態不同，噴漆生產節拍不同，噴漆室環境條件不同，烘干溫度和時間不同，想要完全參考或借鑒成功的水性涂料應用案例幾乎不可能。比如，會有很多水性涂料企業在進行推銷時介紹他們的水性涂料產品，在某某汽車廠家、某某產品上已大規模應用。對于同樣是汽車產品的涂料用戶來說，會是一個比較好的參考。但是，對工程機械而言，基本上不具有參考意義，因為工程機械行業的涂裝線與汽車行業的涂裝線差距太大。

首先，需要對原有噴涂線的總體情況進行評估。評估結果大致分為以下幾種情況：無須任何改動，可直接切換使用水性涂料；進行適當改造后，可切換使用水性涂料；無法進行改造，無法切換使用水性涂料。一般來說，不需要更改能夠直接切換采用水性涂料的涂裝線不多，或多或少需要進行一些改造。對于大部分涂裝線來說，經過適當的改造是可以切換使用水性涂料的，只是改造程度不同，最終的生產效率也不同。無法改造的涂裝線原因大多是現場空間受限，比如沒有預熱室空間，烘干室無法加長等。

遇到這種空間不足問題就難以采用水性涂料，除非降低產能。比如，延長烘干時間和生產節拍，使單班產能下降。為了彌補產能，可增加生產班次，但綜合成本增加，企業需要權衡。工程機械行業之前建設的涂裝生產線均沒有考慮水性涂料的應用，要想使

用水性涂料，基本上都需要一定的改造。

其次，制定設備改造技術方案。根據總體評估情況，列出涂裝線不滿足水性涂料使用的每一個點，并針對這些點制定改造方案。傳統溶劑型涂料涂裝線要切換采用水性涂料，一般來說，較為普遍的改造項目包括涂料倉庫（增加溫度調節空調）、增加預熱室（工件噴漆前預熱）、噴漆室空調送風裝置（增加溫濕度調節）、流平室（增加溫濕度調節）、閃干室（涂膜前期干燥）、烘干室（加長烘干時間），以及各室體內壁的不銹鋼材質更換等。對一些比較老舊已經很難長久使用的噴涂線，也可不更換室體不銹鋼繼續使用，用一段時間后整體按水性涂料使用要求設計更新噴涂線。工程機械涂裝線的水性化改造基本上都會需要增加工件預熱室，尤其是北方地區，冬季必須對工件進行預熱。

再次，對功能性指標滿足要求的水性涂料進行工藝驗證。工件表面溫度、噴漆室溫度、流平溫度及時間、閃干溫度及時間、烘干溫度及時間等都需要進行現場試驗驗證，選擇最佳的參數范圍。在確定這些工藝參數條件時，既要滿足涂裝質量的需要，又要

滿足涂裝生產效率的需要。另外，還需要通過試驗，選擇適合的漆霧絮凝劑。工程機械不同月份生產量波動大，且工藝條件隨季節變化明顯，因此需要進行不同季節的工藝驗證和不同產量下的產能驗證。

最后，還需要做好人員培訓。材料、工藝方法改變，必然導致人的不適應。水性涂料在施工工藝上與溶劑型涂料差異較大，對員工技能要求高。因此，需要做好涂裝操作人員技能培訓。

切換水性涂料是一個既復雜又系統的工程，需要做好材料、設備、人員、工藝等方面的準備工作。當然，不同涂裝線的原有條件不同，實施的難度也不一樣。但是無論涂裝設備條件怎么樣，從傳統溶劑型涂料切換到水性涂料都會是一個痛苦的過程，各種不適應會導致各種各樣的問題。切換為水性涂料后，要想完全適應水性涂料施工，需要有長久的心理準備，短則 2~3 個月，長則 1 a（受環境影響極大的涂裝線需經歷 4個季節、遭遇不同問題并掌握規律）。

從目前水性涂料在集裝箱、軌道交通、工程機械等行業的應用來看，水性涂料替代溶劑型涂料從工藝上是可行的[5-11]。就工程機械行業而言，在華北地區和華中地區均已經有成功應用案例[13-14]。當然，不同行業不同企業不同產品需要具體應對。

4 切換水性涂料的終極驅動——成本效益

雖然水性涂料在 HSE方面較溶劑型涂料具有優勢，但是如果成本過高，企業也只能望而卻步。如果企業使用溶劑型涂料但通過勞保、安全、環保方面的投入既能滿足 HSE 的相關要求，綜合成本又比使用水性涂料的成本要低，為什么非得選擇水性涂料？

從目前來看，許多企業采用水性涂料的綜合成本會比采用溶劑型涂料要高。造成采用水性涂料成本高的原因主要有以下幾個方面：一是水性涂料價格比溶劑型涂料高；二是涂裝線進行改造的投入，使固定成本增加；三是水性涂料施工的預熱，烘干時間增加等造成的工藝成本增加。不過，這些方面的成本對不同涂裝線來說不一定都高。水性涂料采購單價是提高了，但是它的固含量較高，而且稀釋劑是水，最后單位面積上涂料的消耗成本就不一定高，或者高不了多少。在設備改造方面，如果工件噴涂前就有熱水清洗或膩子的烘干，那么工件表面溫度不用預熱就可以滿足水性涂料施工要求，不需要額外增加預熱的改造投入。對于水性涂料倉庫，南方溫暖的地區不需要增加空調，北方地區如果廠房、倉庫原本就裝有暖氣等取暖設施，也不需要增加取暖空調。在烘干條件上，實際上水性涂料與溶劑型涂料的工藝要求差別并不大，只是溶劑型涂料的自干性能要好、干燥速度要快，一些行業一些企業習慣于噴涂后讓漆膜晾干，以減少烘干的能耗成本。隨著對廢氣無組織排放的限制，晾干的生產方式必然受到限制。綜合以上，對于一條原本設計起點高、工藝規范的涂裝線而言，采用水性涂料替代溶劑型涂料的成本不會增加太多。如果算上后續的廢氣處理費用等，有的甚至可能持平。

當然，是否采用水性涂料替代溶劑型涂料不僅僅看成本，最終還要看效益。《關于加強重污染天氣應對夯實應急減排措施的指導意見》（環辦大氣函〔2019〕648號）對水性涂料和溶劑型涂料在重污染預警天氣的限產要求不同。黃色預警期間：使用溶劑

型涂料的企業調漆、供漆、涂裝、干燥/烘干等涉 VOCs排放工序停產。橙色預警期間：使用粉末、水性、高固體分、紫外光固化等低 VOCs 含量涂料的企業調漆、供漆、涂裝、干燥/烘干等涉 VOCs 排放工序停產50%（含）以上，以生產線計；使用溶劑型涂料的企業調漆、供漆、涂裝、干燥/烘干等涉 VOCs 排放工序停

產。眼看交貨期到了卻遇上重污染黃色或橙色預警，采用溶劑型涂料就只能干著急或者丟掉客戶，采用水性涂料則可以繼續生產或部分生產以保證重要客戶或緊急的產品。保住交貨期、保住客戶，才是效益，才能有效益。成本再低丟了客戶也沒有效益。當然，遇上重污染紅色預警，都得停。但從目前來看，紅色預警的概率較小，2019年入冬以來還未出現過紅色預警。

所以，是否切換成水性涂料，成本是影響因素之一，綜合效益才是決定因素。目前，堅持采用溶劑型涂料的企業必然有他們的理由，已經采用水性涂料的企業也必然有他們綜合效益所在。

5 結 語

水性涂料在 HSE方面較傳統溶劑型涂料存在優勢，水性涂料的功能性指標與溶劑型涂料已無差別。但涂料成本的上升，綜合成本是否增加、增加多少因行業、因企業、因產品而不同。是否切換采用水性涂料不僅僅只看成本，要看最終的綜合效益。

目前，水性涂料特別是工業水性涂料應用的占比還很低，但水性涂料替代溶劑型涂料的范圍正在擴大。不同行業、不同企業、不同產品的涂裝可根據自身實際情況進行分析，選擇是否采用水性涂料，制定切換水性涂料的計劃、方案等。

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文章轉自《涂料工業》2020年第7期